201 vs 202 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
Memilih antara stainless steel grade 201 dan 202 adalah keputusan pengadaan dan desain yang berulang bagi insinyur, perencana manufaktur, dan manajer pengadaan. Pertukaran yang umum adalah biaya versus ketahanan korosi, kemampuan dibentuk versus kekuatan, dan kemudahan fabrikasi versus kinerja siklus hidup. Kedua paduan ini termasuk dalam stainless steel austenitik seri 200 yang dikembangkan untuk mengurangi kandungan nikel dengan menggantikan mangan dan nitrogen; mereka banyak digunakan untuk komponen lembaran, koil, dan yang dibentuk dalam aplikasi konsumen dan industri ringan.
Perbedaan teknis utama antara 201 dan 202 adalah keseimbangan paduan mereka: kedua grade menggunakan kombinasi dan jumlah mangan, nikel, dan kromium yang berbeda untuk menstabilkan struktur austenitik. Perbedaan paduan tersebut menghasilkan perbedaan yang moderat dalam sifat mekanik, perilaku pengerasan kerja, dan ketahanan korosi — dengan 202 biasanya menawarkan kinerja korosi yang sedikit lebih baik dan karakteristik pembentukan serta kekuatan yang sedikit berbeda dibandingkan dengan 201.
1. Standar dan Penunjukan
- AISI / UNS: biasanya dirujuk sebagai UNS S20100 (201) dan UNS S20200 (202) dalam literatur industri dan basis data material.
- ASTM / ASME: grade digunakan di bawah spesifikasi lembaran/plat stainless yang lebih luas (misalnya ASTM A240 mencakup banyak paduan stainless dalam bentuk lembaran/plat), tetapi standar produk spesifik dan praktik pasokan bervariasi menurut negara dan pabrik. Pembeli harus mengonfirmasi spesifikasi pembelian yang berlaku untuk bentuk produk (lembaran, koil, strip, kawat).
- EN / JIS / GB: standar Eropa (EN), Jepang (JIS), dan Cina (GB) tidak selalu mencantumkan penunjukan langsung satu-ke-satu untuk 201/202; ekuivalen tersedia secara komersial tetapi harus diverifikasi oleh persyaratan kimia dan mekanik.
- Klasifikasi: baik 201 maupun 202 adalah stainless steel austenitik (non-magnetik dalam kondisi sepenuhnya annealed), bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA. Mereka termasuk dalam subset austenitik yang distabilkan dengan nikel rendah, mangan-nitrogen.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Rentang komposisi tipikal (wt%) untuk 201 dan 202 komersial. Ini adalah rentang representatif yang ditemukan dalam lembar data pabrik komersial untuk produk lembaran/koil; pembeli harus menggunakan batas komposisi yang tepat dalam laporan uji pabrik atau spesifikasi pembelian.
| Elemen | 201 (rentang komersial tipikal, wt%) | 202 (rentang komersial tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.15 | ≤ 0.15 |
| Mn | 5.5 – 7.5 | 6.5 – 9.5 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.06 | ≤ 0.06 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 17.0 – 19.0 |
| Ni | 3.5 – 5.5 | 4.0 – 6.0 |
| N | jejak – 0.25 (terkontrol) | jejak – 0.25 (terkontrol) |
Catatan: - Strategi seri 200 mengurangi nikel relatif terhadap grade seri 300 dan mengkompensasi dengan peningkatan mangan dan nitrogen terkontrol untuk mempertahankan stabilitas austenit. - 202 biasanya diformulasikan dengan kromium dan nikel yang sedikit lebih tinggi (dan sering kali mangan yang lebih tinggi) dibandingkan dengan 201. Kombinasi tersebut dimaksudkan untuk meningkatkan ketahanan korosi umum dan duktilitas relatif terhadap beberapa komposisi 201 sambil tetap kompetitif dalam biaya dengan paduan seri 300. - Ringkasan efek paduan: kromium meningkatkan oksidasi umum dan stabilitas film pasif; nikel menstabilkan austenit dan meningkatkan ketahanan korosi serta ketangguhan; mangan dan nitrogen sebagian menggantikan nikel untuk mempertahankan fase austenitik dan meningkatkan kekuatan melalui efek solid-solution dan interstitial.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur (sebagai-annealed): kedua grade sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi annealed. Mereka dapat mengandung sejumlah kecil delta ferrite atau karbida tergantung pada kimia dan jalur pembekuan, tetapi komposisi komersial dirancang untuk mempertahankan austenit yang stabil pada suhu kamar.
- Pengerjaan dingin dan efek yang diinduksi regangan: baik 201 maupun 202 menunjukkan pengerasan kerja yang substansial ketika dibentuk dingin; derajat pengerjaan dingin yang besar dapat memperkenalkan martensit yang diinduksi regangan di beberapa lot tergantung pada komposisi dan suhu deformasi.
- Perlakuan panas:
- Annealing (rekristalisasi) pada suhu anneal stainless yang tipikal (sekitar 1000–1100 °C) mengembalikan duktilitas dan menghasilkan mikrostruktur austenitik tanpa stres.
- Perlakuan larutan dan pendinginan cepat umumnya digunakan untuk melarutkan endapan dan menghasilkan ketahanan korosi yang optimum.
- Pendinginan dan tempering atau rute pengerasan konvensional yang digunakan untuk baja ferritik/tempered tidak berlaku — grade stainless austenitik tidak mengeras melalui transformasi martensitik dengan cara yang sama seperti baja karbon yang didinginkan.
- Proses termo-mekanis (penggulungan dingin + anneal) mengontrol ukuran butir dan tekstur; kedua paduan merespons dengan baik terhadap penggulungan ditambah anneal untuk menghasilkan lembaran/koil dengan kemampuan dibentuk dan kualitas permukaan yang baik.
4. Sifat Mekanik
Tabel: Sifat mekanik tipikal — identifikasi ini sebagai nilai annealed tipikal untuk lembaran/koil komersial (nilai bervariasi menurut bentuk produk, pengerjaan dingin, dan pemasok).
| Sifat (annealed) | 201 (tipikal) | 202 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | ~480 – 620 | ~500 – 640 |
| Bukti 0.2% / Hasil (MPa) | ~205 – 310 | ~215 – 330 |
| Peregangan (A%) | ~35 – 50 | ~30 – 45 |
| Dampak Charpy (kualitatif) | Ketangguhan baik pada suhu ambien | Ketangguhan baik pada suhu ambien |
| Kekerasan (rentang HRB / HV) | Sedang (cepat mengeras kerja) | Sedang (sedikit lebih tinggi saat disuplai di beberapa lot) |
Interpretasi: - Kedua grade menunjukkan envelope mekanik yang serupa dalam keadaan annealed; 202 sering kali menunjukkan nilai tarik dan hasil yang sedikit lebih tinggi karena keseimbangan paduannya (lebih tinggi Ni/Cr/Mn), sementara peregangan mungkin sedikit lebih rendah tergantung pada kimia dan pemrosesan yang tepat. - Keduanya mengeras kerja secara signifikan selama pembentukan; sifat akhir untuk bagian yang dikerjakan dingin harus dievaluasi dengan mempertimbangkan tingkat pengerjaan dingin yang diharapkan. - Ketangguhan dampak pada suhu kamar umumnya memadai untuk aplikasi struktural dan konsumen yang umum; tidak ada grade yang dipilih untuk aplikasi kritis ketangguhan suhu rendah di mana paduan khusus diperlukan.
5. Kelayakan Las
Kelayakan las dari austenitik nikel rendah umumnya baik, tetapi paduan dan kandungan nitrogen mempengaruhi kerentanan retak panas dan kinerja mekanik/korosi pasca-las.
Indeks yang relevan:
- Setara karbon IIW:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Indeks Pcm yang lebih rinci untuk kecenderungan retak dingin:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Karbon rendah (≤ 0.15 wt%) mengurangi risiko pengendapan karbida dan serangan intergranular setelah pengelasan. Itu menguntungkan untuk kedua grade. - Mangan dan nitrogen yang tinggi dapat meningkatkan kemampuan pengerasan dan kecenderungan terhadap pengerasan lokal di dekat las; namun, stainless steel austenitik biasanya tidak memerlukan pemanasan awal dan kurang rentan terhadap retak dingin yang diinduksi hidrogen dibandingkan dengan baja karbon. - Penggunaan logam pengisi: bahan habis pakai pengelasan yang dipilih untuk mencocokkan ketahanan korosi (misalnya, pengisi stainless austenitik konvensional) mempertahankan kinerja sambungan. Untuk lingkungan korosi kritis, pilih pengisi dengan keseimbangan nikel/kromium yang setidaknya setara. - Pengasaman dan pasivasi pasca-las mungkin diperlukan untuk mengembalikan ketahanan korosi permukaan dalam rakitan yang dilas.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Korosi umum: 202 umumnya memberikan ketahanan korosi umum yang sedikit lebih baik dibandingkan 201 karena kandungan kromium dan nikel yang sedikit lebih tinggi. Keduanya kurang tahan korosi dibandingkan seri 300 (misalnya, 304) di lingkungan yang mengandung klorida atau agresif.
- Korosi lokal: baik 201 maupun 202 tidak direkomendasikan untuk paparan berkepanjangan terhadap kondisi laut atau kaya klorida tanpa langkah perlindungan; ketahanan terhadap pitting dan korosi celah terbatas relatif terhadap grade yang mengandung molibdenum.
- Kapan menggunakan indeks korosi: PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) berguna ketika kandungan Mo dan N signifikan:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Untuk 201/202, Mo biasanya tidak ada atau dapat diabaikan, dan N terkontrol; PREN memiliki utilitas terbatas karena paduan ini tidak diformulasikan untuk ketahanan terhadap pitting. - Perlindungan permukaan untuk aplikasi non-stainless (tidak relevan di sini): untuk komponen di mana ketahanan korosi yang lebih tinggi diperlukan tetapi stainless tidak dipilih, galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan pelindung adalah alternatifnya.
- Panduan praktis: Pilih 202 dibandingkan 201 ketika layanan melibatkan atmosfer yang sedikit korosif atau pembasahan sesekali; pilih 304 atau lebih tinggi ketika paparan klorida yang persisten atau layanan luar ruangan jangka panjang diantisipasi.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Dibentuk
- Kemampuan dibentuk: kedua grade memiliki kemampuan dibentuk yang baik dalam kondisi annealed. Seri 200 sering kali ditentukan untuk penarikan dalam dan barang konsumen yang dibentuk. 201 dan 202 memiliki tingkat pengerasan kerja yang tinggi; desainer harus memperhitungkan springback dan mempertimbangkan anneal perantara untuk pembentukan yang parah.
- Kemudahan pemesinan: stainless steel austenitik umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja ferritik atau baja karbon karena konduktivitas termal yang rendah dan pengerasan kerja yang tinggi. 201 dan 202 memiliki kemudahan pemesinan yang serupa satu sama lain; beberapa lot yang di-anneal di pabrik mungkin lebih mudah diproses dibandingkan dengan varian yang sangat dipadu. Gunakan alat tajam, pengaturan yang kaku, dan umpan/kecepatan yang terkontrol.
- Penyelesaian: keduanya dapat dipoles dan di-etch dengan baik; pemilihan penyelesaian permukaan (penyelesaian pabrik, 2B, No. 4) mempengaruhi perilaku korosi dan estetika. Elektro-polishing dan pasivasi meningkatkan ketahanan korosi setelah fabrikasi.
8. Aplikasi Tipikal
Tabel: Penggunaan umum untuk setiap grade dan mengapa mereka dipilih.
| 201 — Penggunaan Tipikal | 202 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Peralatan interior yang sensitif biaya (backsplashes, trim) | Peralatan konsumen dengan kebutuhan korosi yang sedikit lebih tinggi (wastafel dapur, panel peralatan masak) |
| Trim dekoratif dan elemen arsitektur (dalam ruangan) | Trim otomotif dan perangkat keras interior |
| Peralatan masak dan peralatan dalam lini produk anggaran | Pengikat dan perangkat keras yang dibentuk di mana kekuatan atau ketahanan korosi yang sedikit lebih tinggi diinginkan |
| Saluran HVAC dan saluran dalam ruangan | Komponen struktural ringan dan rakitan untuk paparan luar ruangan ringan (dengan perhatian desain) |
Rasional pemilihan: - Pilih 201 untuk aplikasi dalam ruangan yang tidak kritis terhadap korosi, bervolume besar, dan didorong biaya di mana kemampuan dibentuk maksimum diperlukan dan ketahanan korosi jangka panjang yang sangat lama tidak diperlukan. - Pilih 202 ketika ketahanan korosi yang sedikit lebih baik, kekuatan yang sedikit lebih tinggi, atau spesifikasi pemasok tertentu memerlukannya, tetapi di mana biaya yang lebih tinggi relatif terhadap 201 dapat diterima.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: baik 201 maupun 202 diposisikan sebagai alternatif biaya lebih rendah untuk austenitik seri 300 karena kandungan nikel yang berkurang; 201 sering kali merupakan opsi biaya lebih rendah. 202 biasanya memiliki sedikit premium dibandingkan 201 karena kandungan nikel/kromium yang lebih tinggi.
- Ketersediaan: bentuk produk umum (lembaran dingin, koil, strip, dan beberapa produk kawat/pengikat) tersedia secara luas di seluruh dunia. Ketersediaan bagian berat, plat, atau temper khusus lebih terbatas dibandingkan dengan grade arus utama seperti 304.
- Catatan pengadaan: harga nikel pasar dan produksi pabrik lokal mempengaruhi selisih harga antara 201 dan 202; pertimbangkan total biaya kepemilikan (fabrikasi, umur yang diharapkan, pemeliharaan) daripada hanya biaya material awal.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: perbandingan ringkas (penilaian kualitatif)
| Karakteristik | 201 | 202 |
|---|---|---|
| Kelayakan Las | Baik (praktik austenitik standar) | Baik (praktik austenitik standar) |
| Kekuatan–Ketangguhan (annealed) | Kekuatan sedang, duktilitas tinggi | Kekuatan sedikit lebih tinggi, ketangguhan sebanding |
| Ketahanan korosi | Baik untuk layanan dalam ruangan/ringan | Sedikit lebih baik untuk lingkungan yang sedikit korosif |
| Kemampuan dibentuk | Sangat baik (pengerasan kerja tinggi) | Sangat baik (perilaku springback sedikit berbeda) |
| Biaya | Lebih rendah | Sedikit lebih tinggi |
Rekomendasi: - Pilih 201 jika Anda memerlukan opsi austenitik biaya terendah untuk komponen bervolume besar, dalam ruangan, atau yang terpapar ringan di mana penarikan dalam/kesanggupan dibentuk dan biaya adalah pendorong utama. 201 sangat cocok untuk trim dekoratif, elemen arsitektur dalam ruangan, dan banyak barang konsumen. - Pilih 202 jika aplikasi Anda memerlukan peningkatan moderat dalam ketahanan korosi umum dan/atau kekuatan sambil tetap berada di bawah harga seri 300 yang tipikal. Gunakan 202 ketika paparan bersifat intermiten, layanan sedikit korosif, atau ketika produk yang ditentukan memerlukan komposisi 202.
Catatan operasional akhir: - Untuk komponen kritis, konfirmasikan laporan uji pabrik pemasok untuk hasil kimia dan mekanik dan minta perlakuan penyelesaian permukaan dan pasivasi yang sesuai untuk rakitan yang kritis terhadap korosi. - Untuk pengelasan dan fabrikasi, ikuti praktik terbaik untuk stainless steel austenitik: kontrol input panas, gunakan logam pengisi yang cocok, dan lakukan pembersihan dan pasivasi pasca-fabrikasi di mana estetika atau kinerja korosi penting.