1Cr18Ni9Ti vs 0Cr18Ni9 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur dan tim pengadaan sering menghadapi pilihan antara dua jenis stainless steel yang sangat mirip: 1Cr18Ni9Ti dan 0Cr18Ni9. Keputusan biasanya mempertimbangkan kinerja korosi setelah pengelasan atau paparan suhu tinggi, batasan fabrikasi dan kemampuan pengelasan, serta biaya siklus hidup. Dalam banyak aplikasi, trade-off adalah antara peningkatan ketahanan terhadap korosi intergranular dan stabilitas metalurgi (dengan biaya material yang sedikit lebih tinggi) dibandingkan dengan ketersediaan yang luas dan biaya yang lebih rendah untuk stainless austenitik umum.
Perbedaan metalurgi utama berpusat pada kontrol karbon dan strategi stabilisasi: satu jenis sengaja distabilkan dengan titanium untuk mengurangi presipitasi karbida di batas butir, sementara yang lainnya adalah jenis krom-nikel austenitik umum dengan batas karbon standar. Perbedaan ini mempengaruhi perilaku mereka selama pengelasan, layanan suhu tinggi, dan lingkungan yang rentan terhadap korosi.
1. Standar dan Penunjukan
- Ekivalen internasional umum:
- 1Cr18Ni9Ti ≈ AISI/UNS 321 (stainless steel austenitik yang distabilkan titanium)
- 0Cr18Ni9 ≈ AISI/UNS 304 (stainless steel austenitik 18/8 standar)
- Standar di mana jenis ini muncul: GB (Cina), ASTM/ASME (ekivalen AISI/UNS), EN (EN 1.4541 untuk 321, EN 1.4301 untuk 304), JIS, dan ISO.
- Klasifikasi: keduanya adalah stainless steel austenitik (bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA). Mereka adalah stainless steel paduan dengan krom dan nikel sebagai elemen paduan utama.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah rentang komposisi tipikal yang dinyatakan dalam persen berat untuk ekivalen yang sering dirujuk (AISI 321 untuk 1Cr18Ni9Ti dan AISI 304 untuk 0Cr18Ni9). Batasan yang tepat tergantung pada standar dan produsen; selalu konsultasikan sertifikat material.
| Elemen | 1Cr18Ni9Ti (rentang tipikal, wt%) | 0Cr18Ni9 (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 (distabilkan oleh Ti) | ≤ 0.08 (jenis standar) |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | ~17.0–19.5 | ~17.0–19.5 |
| Ni | ~8.0–10.5 | ~8.0–10.5 |
| Mo | — (biasanya tidak ada) | — (biasanya tidak ada) |
| V | — | — |
| Nb | — | — |
| Ti | ~0.5–0.7 (stabilizer) | — |
| B | jejak | jejak |
| N | jejak hingga ~0.1 | jejak hingga ~0.1 |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja - Kromium (Cr): kontributor utama untuk pembentukan film pasif dan ketahanan korosi umum. - Nikel (Ni): menstabilkan fase austenitik, meningkatkan ketangguhan dan keuletan. - Karbon (C): meningkatkan kekuatan tetapi dapat bergabung dengan kromium untuk membentuk karbida kromium di batas butir ketika terpapar 450–850°C; sensitisasi ini mengurangi ketahanan terhadap korosi intergranular. - Titanium (Ti): mengikat karbon (dan nitrogen) dengan membentuk karbida/nitrida titanium yang stabil, mencegah presipitasi karbida kromium dan meningkatkan kinerja korosi pasca pengelasan serta stabilitas suhu tinggi. - Elemen minor (Mn, Si, N) menyesuaikan kinerja mekanik dan korosi; Mo dan Nb tidak ada dalam dua jenis ini kecuali ditentukan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur dasar: kedua jenis sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi annealed standar.
- 0Cr18Ni9 (304): dalam keadaan annealed mikrostruktur adalah austenit homogen. Jika terpapar suhu sensitisasi (sekitar 450–850°C) untuk periode yang lama—seperti siklus pengelasan tertentu—karbon dapat bergabung dengan kromium untuk membentuk karbida kromium di batas butir. Ini menyebabkan pengurangan lokal kromium dan kerentanan terhadap korosi intergranular.
- 1Cr18Ni9Ti (321): keberadaan titanium mendorong pembentukan karbida/nitrida titanium yang secara preferensial mengkonsumsi karbon dan nitrogen, mengurangi pembentukan karbida kromium selama paparan termal. Matriks austenitik tetap distabilkan, yang meningkatkan ketahanan terhadap serangan intergranular setelah pemanasan dan pengelasan.
- Perlakuan panas: kedua jenis umumnya disuplai dalam kondisi annealed. Mereka tidak dikeraskan dengan proses pendinginan dan temper konvensional (seperti baja martensitik). Perlakuan standar:
- Pemanasan larutan diikuti dengan pendinginan cepat mengembalikan ketahanan korosi (melarutkan karbida).
- Untuk 0Cr18Ni9, varian karbon rendah atau pemanasan larutan + pendinginan digunakan untuk mengurangi sensitisasi.
- Untuk 1Cr18Ni9Ti, kandungan Ti yang distabilkan mengurangi kebutuhan untuk pemanasan larutan pasca pengelasan untuk mencegah korosi intergranular, tetapi perhatian dalam pengelasan dan fabrikasi masih penting.
- Proses termo-mekanis (pekerjaan dingin, annealing) mempengaruhi kekuatan dan keuletan dengan cara yang sama pada kedua jenis; pekerjaan dingin meningkatkan kekuatan dan menurunkan keuletan.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik tipikal (kondisi annealed) serupa untuk kedua jenis; jenis yang distabilkan titanium dipilih lebih untuk stabilitas metalurgi daripada perbedaan besar dalam sifat mekanik statis.
| Sifat (tipikal, annealed) | 1Cr18Ni9Ti (≈ 321) | 0Cr18Ni9 (≈ 304) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (UTS) | ~500–700 MPa | ~500–700 MPa |
| Kekuatan luluh (0.2% bukti) | ~200–300 MPa | ~200–300 MPa |
| Peregangan (A%) | ~40% (keuletan baik) | ~40% (keuletan baik) |
| Kekerasan | Relatif rendah (nilai HB/HRB tipikal konsisten dengan stainless austenitik yang di-annealed) | Mirip dengan 1Cr18Ni9Ti |
Interpretasi - Tidak ada jenis yang dipilih terutama untuk kekuatan statis yang superior; keduanya memberikan keseimbangan kekuatan dan keuletan yang khas dari stainless steel austenitik. - 1Cr18Ni9Ti menawarkan keuntungan marginal dalam ketahanan creep dan stabilitas selama paparan suhu tinggi yang berkepanjangan karena titanium menstabilkan karbida dan mengurangi presipitasi batas butir. - Ketangguhan umumnya sebanding; perbedaan tergantung pada aplikasi daripada besar.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan stainless steel austenitik umumnya sangat baik, tetapi kandungan karbon dan stabilisasi mempengaruhi kerentanan terhadap sensitisasi dan retak panas.
Indeks kemampuan pengelasan yang umum digunakan: - Ekivalen karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Korosi Pitting atau indeks kemampuan pengelasan: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif - 0Cr18Ni9: paduan konvensional dan kandungan karbon membuatnya dapat dilas dengan prosedur pengelasan stainless austenitik standar. Namun, pengelasan dapat menghasilkan zona sensitisasi jika material dibiarkan dalam rentang 450–850°C; pemanasan larutan atau menggunakan varian karbon rendah (misalnya, 304L) adalah mitigasi. - 1Cr18Ni9Ti: titanium mengurangi kecenderungan untuk membentuk karbida kromium, meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular pasca pengelasan. Prosedur pengelasan lainnya serupa; suhu pra-panas dan antar-passing harus dikontrol sesuai praktik standar untuk menghindari pertumbuhan butir yang berlebihan. - Kedua jenis rentan terhadap retak panas jika komposisi logam las dan parameter pengelasan tidak dikontrol; pemilihan pengisi dan praktik pengelasan yang baik mengurangi risiko ini. - Untuk lingkungan korosif yang kritis, pertimbangkan jenis karbon rendah (L) atau jenis yang distabilkan (Ti/Nb) untuk menghindari risiko sensitisasi.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua jenis bergantung pada film pasif yang diperkaya kromium untuk ketahanan korosi di lingkungan pengoksidasi.
- Untuk indeks korosi lokal (PREN) rumus yang biasa digunakan adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Karena tidak ada jenis yang biasanya mengandung molibdenum, dan nitrogen rendah, nilai PREN adalah sedang; jenis ini tidak dioptimalkan untuk ketahanan pitting klorida yang agresif dibandingkan dengan paduan duplex atau superaustenitik yang mengandung Mo.
- 0Cr18Ni9 (304): ketahanan korosi umum yang baik di lingkungan atmosfer, kimia ringan, dan kontak makanan. Di lingkungan klorida, ia rentan terhadap pitting dan korosi celah tergantung pada konsentrasi klorida dan suhu.
- 1Cr18Ni9Ti (321): ketahanan korosi umum yang mirip dengan 304, tetapi ketahanan yang lebih baik terhadap korosi intergranular setelah terpapar suhu sensitisasi karena stabilisasi titanium.
- Perlindungan permukaan untuk non-stainless atau di mana kinerja yang lebih baik diperlukan:
- Baja non-stainless memerlukan galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan.
- Untuk 304 atau 321, penyelesaian permukaan (electropolish) dan perlakuan pasivasi meningkatkan ketahanan korosi; untuk lingkungan klorida yang agresif, pilih jenis yang mengandung Mo (misalnya, 316) atau terapkan pelapisan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: stainless steel austenitik umumnya kurang mudah diproses dibandingkan baja karbon karena pengerasan kerja yang tinggi. Antara 1Cr18Ni9Ti dan 0Cr18Ni9, kemudahan pemesinan sebanding; variasi kecil dapat muncul dari ukuran butir dan paduan minor.
- Kemudahan pembentukan: kedua jenis memiliki kemudahan pembentukan yang sangat baik dan dapat ditarik dalam-dalam, dibengkokkan, atau dibentuk dingin dalam keadaan annealed.
- Pengelasan dan operasi pasca pengelasan: 1Cr18Ni9Ti mengurangi kebutuhan untuk pemanasan larutan pasca pengelasan yang mahal dalam beberapa kasus karena stabilisasi, meningkatkan throughput untuk rakitan yang dilas yang akan sensitif terhadap korosi intergranular.
- Penyelesaian permukaan: keduanya merespons dengan baik terhadap pemolesan dan pasivasi; paduan yang distabilkan titanium mungkin memerlukan perhatian untuk memastikan presipitat kaya Ti tidak tertinggal di permukaan di mana mereka dapat mempengaruhi penyelesaian.
8. Aplikasi Tipikal
| 1Cr18Ni9Ti (≈ 321) | 0Cr18Ni9 (≈ 304) |
|---|---|
| Manifold knalpot, bagian tungku, dan pipa pesawat di mana terpapar suhu tinggi dan pemanasan siklik terjadi | Peralatan dapur, pengolahan makanan, aplikasi arsitektur, tangki dan pipa untuk bahan kimia ringan |
| Komponen pabrik kimia yang terkena siklus termal atau struktur yang dilas di mana sensitisasi pasca pengelasan menjadi perhatian | Barang konsumen, pengikat, dan komponen struktural umum di lingkungan non-klorida |
| Komponen otomotif dan dirgantara yang terpapar oksidasi suhu tinggi | Penukar panas, wadah penyimpanan, dan fabrikasi di mana biaya dan ketersediaan mendukung 304 |
Alasan pemilihan - Pilih jenis yang distabilkan Ti ketika layanan mencakup ekskursi termal berulang melalui rentang sensitisasi atau ketika ketahanan korosi pasca pengelasan tanpa pemanasan larutan yang mahal diperlukan. - Pilih jenis umum yang tidak distabilkan ketika ketahanan korosi umum, biaya, dan kemudahan pengadaan menjadi perhatian utama dan kondisi layanan tidak mungkin menyebabkan sensitisasi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- 0Cr18Ni9 (304) adalah salah satu stainless steel yang paling umum di seluruh dunia—tersedia luas dalam bentuk lembaran, pelat, pipa, batang, dan komponen yang dilas, umumnya dengan biaya lebih rendah dibandingkan varian yang distabilkan.
- 1Cr18Ni9Ti (321) tersedia luas tetapi biasanya dihargai sedikit lebih tinggi daripada 304 karena tambahan titanium dan niche yang jelas dalam aplikasi suhu tinggi/dilas.
- Pertimbangan pasokan: keduanya diproduksi dalam bentuk pabrik standar; untuk waktu pengiriman yang kritis atau untuk bentuk produk yang tidak biasa (pelat tebal, forging besar), perencanaan pengadaan disarankan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan
| Atribut | 1Cr18Ni9Ti (≈ 321) | 0Cr18Ni9 (≈ 304) |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Sangat baik; stabilitas korosi pasca pengelasan lebih baik karena Ti | Sangat baik; risiko sensitisasi kecuali dikontrol |
| Kekuatan–Ketangguhan | Sebanding; keduanya menunjukkan keuletan dan ketangguhan yang baik | Sebanding |
| Biaya | Premium moderat dibandingkan 304 | Lebih ekonomis dan sangat tersedia |
Rekomendasi penutup - Pilih 1Cr18Ni9Ti jika: - Komponen akan mengalami paparan termal siklik dalam rentang sensitisasi, atau - Korosi intergranular pasca pengelasan menjadi perhatian dan pemanasan larutan tidak praktis, atau - Stabilitas suhu tinggi/ketahanan creep yang lebih baik diperlukan. - Pilih 0Cr18Ni9 jika: - Aplikasi memerlukan ketersediaan yang luas dan biaya material yang lebih rendah, dan - Kondisi layanan tidak diharapkan menyebabkan presipitasi karbida di batas butir (atau strategi mitigasi—304L, pemanasan larutan—digunakan jika diperlukan).
Catatan akhir Konfirmasi batasan kimia dan mekanik yang tepat dengan standar yang berlaku dan sertifikat pabrik untuk material yang dibeli. Untuk desain kritis, tentukan baik jenis yang distabilkan (Ti atau Nb) atau varian karbon rendah (L), dan dokumentasikan perlakuan pasca pengelasan atau kontrol fabrikasi yang diperlukan dalam spesifikasi pengadaan dan fabrikasi.