201 vs 202 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Memilih antara grade stainless steel 201 dan 202 adalah keputusan pengadaan dan desain yang sering diambil oleh insinyur, perencana manufaktur, dan pembeli yang menyeimbangkan ketahanan korosi, kinerja mekanis, dan biaya. Konteks keputusan yang umum termasuk lembaran dan strip untuk peralatan konsumen, trim arsitektur, pengikat, dan komponen yang ditarik di mana paduan austenitik seri 300 penuh mungkin terlalu mahal.
Perbedaan komposisi yang kritis antara kedua grade berfokus pada bagaimana nikel dan mangan digunakan untuk mencapai stabilitas austenit: kedua paduan menggunakan keseimbangan nikel terhadap mangan yang berbeda. Keseimbangan itu mempengaruhi stabilitas austenit, respons kerja dingin, ketahanan korosi, dan biaya; akibatnya 201 dan 202 sering dibandingkan di mana sensitivitas harga nikel dan trade-off kinerja harus dipertimbangkan.
1. Standar dan Penunjukan
- Penunjukan internasional umum:
- AISI/UNS: 201 = UNS S20100; 202 = UNS S20200.
- ASTM/ASME: Keduanya muncul dalam beberapa standar produk ASTM untuk strip/lembaran stainless yang dilas dingin atau panas; konsultasikan spesifikasi produk tertentu.
- EN / EN ISO: Grade ini tidak 1:1 dengan nomor EN seri 300 tetapi ekuivalen sering terdaftar dalam tabel referensi silang pemasok.
-
JIS / GB: Ekuivalen regional ada; verifikasi batas kimia yang tepat terhadap standar lokal untuk pengadaan.
-
Klasifikasi: Baik 201 maupun 202 adalah stainless steel austenitik (non-magnetik dalam kondisi annealed); mereka bukan HSLA, baja karbon, atau baja alat. Mereka adalah bagian dari “200-seri” austenitik, dirancang sebagai alternatif nikel lebih rendah untuk stainless seri 300.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut mencantumkan rentang komposisi yang umum dan sering dikutip. Batas aktual bervariasi berdasarkan spesifikasi dan pabrik; selalu verifikasi sertifikat pabrik untuk pengadaan.
| Elemen | Rentang tipikal (201) | Rentang tipikal (202) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.15 wt% | ≤ 0.15 wt% |
| Mn | 5.5 – 7.5 wt% | 7.5 – 10.0 wt% |
| Si | ≤ 1.0 wt% | ≤ 1.0 wt% |
| P | ≤ 0.06 wt% | ≤ 0.06 wt% |
| S | ≤ 0.03 wt% | ≤ 0.03 wt% |
| Cr | 16.0 – 18.0 wt% | 17.0 – 19.0 wt% |
| Ni | 3.5 – 5.5 wt% | 4.0 – 6.0 wt% |
| Mo | biasanya jejak / tidak ada | biasanya jejak / tidak ada |
| V, Nb, Ti, B | biasanya tidak ditambahkan | biasanya tidak ditambahkan |
| N | jejak terkontrol (bervariasi berdasarkan praktik peleburan) | jejak terkontrol (bervariasi berdasarkan praktik peleburan) |
Catatan: - Perbedaan mencolok terletak pada bagaimana nikel dan mangan seimbang. Grade 202 biasanya mengandung mangan lebih tinggi dan sedikit lebih tinggi kromium; nikel hanya sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan 201. Efek bersihnya adalah rasio nikel terhadap mangan yang lebih rendah di 202 dibandingkan dengan 201, yang mempengaruhi stabilitas austenit dan respons kerja dingin. - Kedua grade menghilangkan molibdenum (Mo) yang signifikan dan elemen mikro-paduan yang biasa digunakan dalam grade stainless ferritik atau martensitik.
Bagaimana strategi paduan mempengaruhi sifat: - Kromium menyediakan film pasif yang memberikan ketahanan korosi pada stainless steel; kedua grade memiliki Cr di pertengahan belasan dan memberikan ketahanan korosi atmosfer dan kimia ringan secara umum. - Nikel menstabilkan fase austenitik dan meningkatkan keuletan serta ketangguhan pada suhu rendah. - Mangan dan nitrogen digunakan sebagai stabilisator austenit yang murah untuk mengurangi permintaan nikel. Mangan tinggi meningkatkan laju pengerasan kerja dan dapat mempengaruhi kemampuan dibentuk dan dapat diproses. - Ketidakhadiran Mo membatasi ketahanan terhadap pitting klorida dan korosi celah dibandingkan dengan paduan seri 300 atau paduan yang mengandung Mo.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur (sebagai annealed): Baik 201 maupun 202 pada dasarnya sepenuhnya austenitik pada suhu ambien ketika diproses sesuai spesifikasi. Jumlah kecil delta ferrite atau fase minor lainnya dapat muncul tergantung pada komposisi yang tepat dan sejarah termal, tetapi grade ini dirancang untuk menjadi austenitik dalam kondisi annealed.
- Respons perlakuan panas:
- Stainless steel austenitik tidak dikeraskan oleh proses pendinginan dan temper konvensional. Baik 201 maupun 202 tidak dapat dibuat martensitik melalui perlakuan panas.
- Peleburan solusi (anneal tipikal pada sekitar 1010–1120 °C diikuti dengan pendinginan cepat) mengembalikan keuletan dan melarutkan fase yang diinduksi oleh regangan yang terbentuk selama pengerjaan dingin.
- Pengerjaan dingin (penggulungan, penarikan) adalah cara utama untuk meningkatkan kekuatan dalam paduan ini: pengerasan kerja meningkatkan kekuatan hasil dan kekuatan tarik sambil mengurangi perpanjangan dan ketangguhan.
- Proses termo-mekanis (deformasi dingin terkontrol + anneal rekristalisasi) akan menetapkan ukuran butir dan tekstur dan dengan demikian mempengaruhi kemampuan dibentuk akhir dan penyelesaian permukaan.
- Implikasi praktis: Desain dan pemrosesan harus mengasumsikan sifat didominasi oleh sejarah pengerjaan dingin dan annealing, bukan oleh kemampuan pengerasan yang dapat didinginkan.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis absolut sangat bergantung pada bentuk produk (lembaran yang dilas dingin, strip, koil, atau batang yang ditarik dingin) dan kondisi (sepenuhnya annealed vs. berbagai tingkat pengerjaan dingin). Tabel berikut merangkum perilaku komparatif daripada nilai pabrik spesifik.
| Sifat | 201 | 202 | Komentar |
|---|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sebanding dengan 202; kuat saat dikerjakan dingin | Sebanding dengan 201; perbedaan kecil tergantung pada pengerjaan dingin | Keduanya menguat secara signifikan dengan pengerjaan dingin |
| Kekuatan hasil | Sebanding; bisa sedikit lebih tinggi setelah pengerjaan dingin | Sebanding | Kekuatan hasil tergantung pada derajat pengurangan dingin |
| Perpanjangan (keuletan) | Baik dalam keadaan annealed; berkurang dengan pengerjaan dingin | Baik dalam keadaan annealed; mungkin sedikit lebih tinggi daripada 201 dalam beberapa batch | Keuletan secara keseluruhan serupa |
| Ketangguhan impak | Tinggi dalam kondisi annealed; mempertahankan ketangguhan pada suhu rendah | Tinggi dalam kondisi annealed | Matriks austenitik memberikan ketangguhan yang sangat baik |
| Kekerasan | Rendah dalam keadaan annealed; meningkat dengan pengerjaan dingin | Perilaku serupa | Kekerasan dikendalikan oleh pengerjaan dingin |
Siapa yang lebih kuat/lebih tangguh/lebih ulet dan mengapa: - Kekuatan: Kedua grade serupa dalam kondisi annealed. Perbedaan terutama didorong oleh proses; karena mangan dan nitrogen mempengaruhi pengerasan kerja, 201 kadang-kadang dapat menunjukkan kekuatan pengerasan kerja yang lebih tinggi tergantung pada komposisi yang tepat dan sejarah pengurangan dingin, tetapi ini tidak universal. - Ketangguhan dan keuletan: Keduanya mempertahankan ketangguhan tinggi dan keuletan yang baik dalam kondisi annealed karena matriks austenitik; perbedaan kecil dan tergantung pada aplikasi.
5. Kelayakan Las
- Pandangan umum: Stainless steel austenitik seri 200 mudah dilas dengan proses pengelasan fusi dan resistensi yang umum. Mereka tidak mengeras melalui perlakuan panas, dan lasan tetap ulet dan tangguh.
- Faktor yang mempengaruhi: Kandungan karbon, mangan, nitrogen, dan elemen residu mempengaruhi kerentanan terhadap retak panas, kandungan ferrit di zona fusi, dan sifat mekanis pasca-las.
- Indeks kelayakan las yang berguna (untuk interpretasi kualitatif):
- Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Pcm (indeks kerentanan pitting/retak): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretasi (kualitatif):
- Keduanya 201 dan 202 adalah baja karbon rendah dan paduan sedang; $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ mereka umumnya rendah dibandingkan dengan baja karbon tinggi, menunjukkan kelayakan las yang baik.
- Kandungan mangan dan nitrogen yang lebih tinggi (digunakan sebagai stabilisator austenit) dapat mempromosikan retak panas dalam situasi las tertentu atau mengubah kandungan ferrit dalam logam las; menggunakan logam pengisi yang sesuai (sering kali pengisi seri 300 yang kompatibel) dan mengontrol input panas mengurangi cacat.
- Pemanasan awal dan perlakuan panas pasca-las biasanya tidak diperlukan untuk kontrol korosi atau hidrogen, tetapi pengelasan bagian yang lebih tebal atau logam yang berbeda harus mengikuti prosedur yang memenuhi syarat.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Sebagai paduan stainless dengan kromium ≈16–19 wt%, kedua grade menawarkan ketahanan umum terhadap korosi atmosfer, bahan makanan, dan banyak bahan kimia ringan. Mereka kurang tahan korosi dibandingkan dengan seri 300 (304/316) di lingkungan yang mengandung klorida.
- PREN (Angka Setara Ketahanan Pitting) digunakan untuk menilai ketahanan pitting klorida ketika Mo/N dan penghambat pitting lainnya hadir: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk 201 dan 202, Mo ≈ 0 dan N rendah; oleh karena itu nilai PREN rendah dibandingkan dengan paduan yang mengandung Mo. Gunakan PREN hanya ketika Mo dan N signifikan — jika tidak, indeks menunjukkan bahwa grade ini tidak dimaksudkan untuk lingkungan klorida yang agresif.
- Perlindungan permukaan:
- Dalam sebagian besar aplikasi, ini digunakan sebagai stainless (tanpa pelapisan tambahan); untuk lingkungan yang sangat agresif, perlindungan permukaan seperti pasivasi, elektropolishing, atau pelapisan pelindung mungkin diperlukan.
- Untuk layanan luar ruangan atau pesisir yang menuntut, pertimbangkan grade paduan lebih tinggi atau pelapisan pelindung (galvanisasi celup panas biasanya tidak digunakan pada stainless di mana perilaku stainless yang melekat diperlukan).
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Dibentuk
- Pembentukan: Kedua grade dapat dibentuk dalam kondisi annealed. Penarikan dalam dan pembentukan kompleks dimungkinkan tetapi memerlukan alat yang disesuaikan untuk tingkat pengerasan kerja yang lebih tinggi dibandingkan dengan paduan seri 300.
- Kemudahan pemesinan: Paduan seri 200 umumnya lebih sulit diproses dibandingkan dengan baja karbon yang mudah dipotong; pengerasan kerja yang lebih tinggi dan kecenderungan untuk mengeras di antarmuka alat berarti gaya pemotongan yang lebih tinggi dan keausan alat yang cepat kecuali alat dan umpan dioptimalkan. 202 sering dianggap serupa dengan 201 dalam kemudahan pemesinan; kemudahan pemesinan spesifik tergantung pada bentuk produk dan temper.
- Penyelesaian: Polishing, menyikat, dan penyelesaian permukaan adalah hal yang umum; kontrol warna panas dari pengelasan dan pasivasi yang sesuai disarankan untuk mengembalikan ketahanan korosi setelah fabrikasi.
8. Aplikasi Tipikal
| Penggunaan tipikal — 201 | Penggunaan tipikal — 202 |
|---|---|
| Trim dekoratif, panel arsitektur, furnitur, panel depan peralatan di mana biaya sangat penting | Komponen peralatan, pengikat, sekrup, peralatan dapur ringan, trim otomotif di mana kemampuan tarik yang lebih baik atau ketersediaan regional diinginkan |
| Peralatan makan dan alat, wastafel (dalam produk yang sensitif terhadap anggaran) | Aplikasi pipa dan kawat di lingkungan dengan korosi rendah |
| Bagian yang dibentuk dingin di mana pengerasan kerja yang lebih tinggi dapat ditoleransi | Komponen yang memerlukan ketahanan sedikit lebih tinggi terhadap korosi ringan dan di mana 202 lebih tersedia |
Rasional pemilihan: - Pilih berdasarkan lingkungan korosi (ringan vs. sedang), kemampuan dibentuk yang diperlukan (penarikan dalam vs. pembengkokan sederhana), harapan penyelesaian permukaan, dan biaya material. Untuk layanan yang terpapar klorida berat, pilih grade paduan yang lebih tinggi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Baik 201 maupun 202 dikembangkan untuk mengurangi kandungan nikel dan dengan demikian menurunkan biaya dibandingkan dengan paduan seri 300 ketika harga nikel tinggi. Biaya relatif antara 201 dan 202 berfluktuasi dengan pasar elemen paduan (Ni, Mn, Cr). Secara historis, 201 sering kali sedikit lebih murah daripada 202, tetapi pasokan dan permintaan lokal, serta selisih harga nikel/mangan, menentukan biaya pengadaan yang sebenarnya.
- Ketersediaan: 201 diproduksi secara luas dan umumnya tersedia dalam lembaran, strip, koil, dan beberapa produk yang ditarik. Ketersediaan 202 bervariasi berdasarkan wilayah dan bentuk produk; di beberapa pasar, ia ditawarkan sebagai alternatif untuk 201 ketika kinerja atau preferensi pemasok menyarankan demikian.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif)
| Atribut | 201 | 202 |
|---|---|---|
| Kelayakan las | Baik | Baik |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Sebanding; ketangguhan tinggi; kekuatan meningkat dengan pengerjaan dingin | Sebanding; ketangguhan tinggi; penguatan pengerjaan dingin serupa |
| Biaya | Seringkali lebih rendah | Seringkali sedikit lebih tinggi (tergantung pasar) |
Rekomendasi: - Pilih 201 jika: - Biaya adalah pendorong utama dan kondisi layanan bersifat umum (dalam ruangan, peralatan domestik, trim dekoratif). - Anda memerlukan stainless austenitik yang hemat biaya dengan ketangguhan yang baik dan ketahanan korosi yang dapat diterima untuk lingkungan ringan. - Pilih 202 jika: - Anda memerlukan ketahanan korosi umum yang sedikit lebih baik atau karakteristik kemampuan dibentuk yang sedikit berbeda yang ditawarkan oleh keseimbangan Ni/Mn yang diubah. - Pasar pengadaan menunjukkan harga yang menguntungkan atau ketersediaan yang lebih baik untuk 202 dalam bentuk produk yang diperlukan.
Catatan akhir: - Kedua grade berfungsi sebagai stainless steel austenitik dan dipilih untuk aplikasi layanan umum yang sensitif terhadap biaya. Perbedaan teknis yang mendefinisikan adalah strategi nikel vs. mangan untuk menstabilkan austenit; penyetelan komposisi itu mengubah pengerasan kerja, kinerja korosi, dan sensitivitas harga. Untuk komponen kritis, selalu spesifikasikan sertifikat pabrik yang diperlukan, bentuk produk dan temper, dan validasi rakitan las dengan prosedur yang memenuhi syarat.