201 vs 304 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Stainless steel austenitik 201 dan 304 adalah salah satu jenis yang paling umum dipertimbangkan ketika desainer, tim pengadaan, dan produsen menyeimbangkan ketahanan korosi, kemampuan dibentuk, kinerja mekanis, dan biaya. Konteks keputusan yang umum meliputi: meminimalkan biaya material untuk lingkungan dekoratif atau sedikit korosif versus memastikan ketahanan korosi jangka panjang dalam aplikasi makanan, kimia, atau luar ruangan; dan memilih antara pembentukan dingin yang lebih mudah atau ketahanan dan kinerja pengelasan jangka panjang yang lebih baik.
Perbedaan praktis utama adalah bahwa Tipe 201 secara sengaja menggunakan kandungan nikel yang lebih rendah dan penambahan mangan/nitrogen yang lebih tinggi sebagai strategi substitusi yang didorong oleh biaya, sementara Tipe 304 mempertahankan tingkat nikel dan kromium yang lebih tinggi untuk memaksimalkan stabilitas austenit dan ketahanan korosi. Karena strategi substitusi itu, 201 dan 304 sering dibandingkan di mana biaya, ketahanan korosi, dan kemampuan dibentuk dipertimbangkan dalam pemilihan komponen.
1. Standar dan Penunjukan
- 304: secara luas distandarisasi sebagai ASTM/ASME A240 (plat, lembaran), A312 (pipa), dan ekuivalen dalam sistem lain; nomor EN Eropa yang umum dikutip sebagai 1.4301 (sering X5CrNi18-10); penunjukan JIS SUS304; ekuivalen GB Cina (umumnya terdaftar di bawah paduan Cr–Ni). Klasifikasi: stainless steel austenitik.
- 201: umumnya dirujuk oleh UNS S20100 dan dalam beberapa spesifikasi produk sebagai ASTM/AISI Tipe 201 atau SUS201 dalam JIS; standar regional dan penunjukan vendor bervariasi. Klasifikasi: stainless steel austenitik (nikel-reduksi, stabilisasi mangan dan nitrogen).
Catatan: Keduanya adalah jenis stainless (austenitik) daripada baja karbon, paduan, alat, atau HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah memberikan rentang komposisi tipikal (wt%) untuk stainless steel Tipe 201 dan Tipe 304 komersial. Nilai diberikan sebagai rentang industri yang representatif; standar spesifik atau sertifikat pabrik harus dirujuk untuk toleransi yang ketat.
| Elemen | Tipe 201 (rentang tipikal, wt%) | Tipe 304 (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.15 | ≤ 0.08 |
| Mn | 5.5 – 7.5 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.06 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 18.0 – 20.0 |
| Ni | 3.5 – 5.5 | 8.0 – 10.5 |
| Mo | — (biasanya 0) | — (biasanya 0 untuk 304; Mo ada di 316) |
| N | 0.1 – 0.25 (digunakan sebagai stabilisator austenit) | ≤ 0.10 |
| Yang lain (V, Nb, Ti, B) | Umumnya tidak ditambahkan secara sengaja | Umumnya tidak ditambahkan secara sengaja |
Efek paduan (singkat): - Kromium (Cr) menyediakan film oksida pasif yang memberikan stainless steel ketahanan korosi. - Nikel (Ni) menstabilkan struktur kubik berpusat muka (austenitik), meningkatkan duktilitas, ketangguhan, dan ketahanan terhadap sensitisasi; Ni yang lebih tinggi juga meningkatkan ketangguhan pada suhu rendah. - Mangan (Mn) dan nitrogen (N) digunakan dalam 201 untuk menggantikan sebagian nikel, menstabilkan austenit tetapi mengubah perilaku mekanis dan kinerja korosi. - Karbon (C) mempengaruhi kekuatan dan kerentanan terhadap presipitasi karbida (sensitisasi) selama paparan termal; varian C yang lebih rendah (misalnya, 304L) mengurangi korosi intergranular setelah pengelasan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur (seperti diproduksi, dikeraskan): Baik 201 maupun 304 secara nominal sepenuhnya austenitik pada suhu kamar ketika dikeraskan. Stabilitas austenit dalam 201 dipertahankan oleh anggaran Mn + N yang lebih tinggi daripada Ni. Akibatnya, 201 lebih rentan terhadap pembentukan martensit yang diinduksi deformasi selama pengerjaan dingin yang berat dibandingkan 304 dalam beberapa kondisi, karena austenitnya bisa kurang stabil di bawah regangan.
- Perlakuan panas: Baik 201 maupun 304 tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas quench-and-temper konvensional (mereka adalah jenis austenitik yang tidak dapat dipanaskan). Praktik pengelasan yang umum adalah pengelasan larutan pada suhu sekitar 1010–1120 °C diikuti dengan pendinginan cepat (quench air atau quench air cepat) untuk melarutkan karbida dan mengembalikan ketahanan korosi dan duktilitas.
- Pengerjaan dingin dan pemrosesan termomekanis: Kekuatan pada kedua jenis terutama meningkat melalui pengerjaan dingin. Peningkatan pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan hasil dan kekuatan tarik serta mengurangi perpanjangan; 201 biasanya mengeras lebih cepat.
- Sensitisasi: Kedua jenis dapat mengalami presipitasi karbida kromium jika terpapar dalam rentang suhu sensitisasi (sekitar 500–800 °C) untuk waktu yang lama, yang mengarah pada korosi intergranular. Varian karbon rendah (misalnya, 304L) atau jenis yang distabilisasi (dengan penambahan Ti atau Nb) digunakan ketika pengelasan atau paparan suhu tinggi menjadi perhatian.
4. Sifat Mekanis
Tabel membandingkan perilaku mekanis secara kualitatif (bentuk produk tipikal, dikeraskan). Nilai yang tepat tergantung pada bentuk produk (lembaran, plat, tabung), temper, dan lembar data pemasok.
| Sifat | Tipe 201 | Tipe 304 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedikit lebih tinggi (karena Mn/N dan pengerjaan dingin yang umum) | Sedang (keseimbangan yang baik antara kekuatan dan duktilitas) |
| Kekuatan hasil | Lebih tinggi (cenderung memiliki hasil yang lebih tinggi dalam temper yang sebanding) | Lebih rendah (duktilitas hasil yang lebih besar) |
| Panjang (duktilitas) | Lebih rendah (perpanjangan berkurang dibandingkan 304 dalam keadaan dikeraskan) | Lebih tinggi (duktilitas dan kemampuan dibentuk yang lebih baik) |
| Ketangguhan impak | Baik pada suhu kamar; lebih rendah dari 304 dalam beberapa temper | Ketangguhan notch yang sangat baik pada suhu kamar dan suhu rendah |
| Kekerasan | Sedikit lebih tinggi (dan meningkat lebih banyak dengan pengerjaan dingin) | Lebih rendah dalam kondisi dikeraskan; meningkat dengan pengerjaan dingin |
Interpretasi: Tipe 201 sering memberikan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi saat diterima untuk jalur pemrosesan yang sama, tetapi dengan mengorbankan duktilitas dan kadang-kadang ketangguhan. Tipe 304 memberikan kombinasi duktilitas–ketangguhan yang lebih baik, yang menguntungkan dalam pembentukan dan keandalan layanan dalam banyak aplikasi korosif dan struktural.
5. Kelayakan Pengelasan
Kelayakan pengelasan kedua jenis umumnya baik dibandingkan dengan baja karbon karena stainless steel austenitik tidak mengeras melalui transformasi martensitik saat pendinginan. Pertimbangan:
- Setara karbon dan risiko retak pengelasan dapat diperkirakan dengan rumus empiris yang diterima. Dua indeks yang umum digunakan adalah:
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretasi (kualitatif): Nikel yang lebih rendah dalam 201 mengurangi stabilitas austenit dibandingkan 304, yang dapat mempengaruhi mode pembekuan, kerentanan terhadap retak panas, dan derajat martensit yang diinduksi regangan di zona yang terpengaruh panas (HAZ) dalam beberapa kondisi. Mangan dan N yang lebih tinggi dalam 201 juga dapat mengubah pemilihan logam pengisi dan komposisi logam las.
- Panduan praktis:
- Gunakan logam pengisi yang sesuai. Untuk logam dasar 304 yang dilas ke 304, pengisi 308/308L adalah umum. Untuk 201, banyak produsen memilih pengisi yang mengembalikan kandungan Ni yang lebih tinggi dalam logam las untuk meningkatkan ketahanan korosi dan duktilitas.
- Pemanasan awal umumnya tidak diperlukan; pengelasan pasca tidak biasanya digunakan untuk austenitik dalam aplikasi normal.
- Untuk sambungan tahan korosi yang kritis, pilih kimia pengisi untuk memastikan logam las dan HAZ memenuhi kebutuhan ketahanan korosi.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Perilaku stainless: Kedua jenis membentuk film pasif kaya kromium; namun, ketahanan korosi secara keseluruhan berbeda.
- PREN (berguna terutama untuk menilai ketahanan pitting di lingkungan klorida ketika Mo dan N ada) dihitung sebagai:
- $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Catatan: Untuk Tipe 304 (Mo ≈ 0) PREN didominasi oleh Cr dan N; untuk Tipe 201, Cr yang lebih rendah dan N yang berbeda menghasilkan PREN yang lebih rendah dibandingkan 304, sehingga ketahanan pitting dalam klorida umumnya lebih rendah.
- Aspek praktis:
- Tipe 304 memiliki ketahanan korosi umum yang lebih baik di banyak lingkungan akuatik dan atmosfer dan merupakan minimum yang disukai untuk kontak makanan, peralatan medis, dan banyak paparan kimia.
- Tipe 201 berfungsi dengan baik di lingkungan dalam ruangan yang sedikit korosif (panel dekoratif, peralatan dapur dalam kondisi klorida rendah, peralatan) tetapi tidak disarankan untuk aplikasi dengan paparan klorida yang signifikan (lingkungan pesisir, garam pencair) atau di mana stabilitas pasif jangka panjang diperlukan.
- Perlindungan non-stainless: Jika baja non-stainless dibandingkan, perlindungan permukaan umum termasuk galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan—tetapi ini tidak menggantikan perilaku stainless. Untuk 201 dan 304, penyelesaian permukaan (polishing elektro-kimia, perlakuan pasivasi) dapat secara signifikan mempengaruhi kinerja korosi.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Dibentuk
- Pembentukan dan penarikan dalam: Tipe 304 umumnya menawarkan kemampuan dibentuk dan elastisitas yang lebih baik dalam kondisi dikeraskan karena kandungan nikel yang lebih tinggi dan duktilitas yang lebih besar. Tipe 201 dapat dibentuk, tetapi pemulihan kembali lebih besar dan logam mengeras lebih cepat; alat dan parameter proses harus memperhitungkan hal itu.
- Pembengkokan dan distorsi pengelasan: Duktilitas 304 yang lebih baik mengurangi risiko retak selama pembentukan yang parah; 201 mungkin memerlukan lebih banyak kekuatan dan kontrol proses yang lebih ketat.
- Kemudahan pemesinan: Stainless steel austenitik umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon. Tipe 201 cenderung mengeras dengan cepat, yang dapat mengurangi kemudahan pemesinan; alat dengan sudut rake yang lebih tinggi, pengaturan yang kaku, dan laju umpan yang lebih lambat umumnya digunakan. 304 juga lengket dan memerlukan alat yang tepat, tetapi banyak tukang mesin menemukan 304 sedikit lebih mudah untuk diproses dalam temper yang sebanding.
- Penyelesaian permukaan: Kedua jenis dapat dipoles hingga hasil akhir yang tinggi. Karena kerentanannya yang lebih tinggi terhadap korosi lokal di lingkungan yang agresif, 201 mungkin menunjukkan noda lebih awal jika penyelesaian permukaan dan pasivasi tidak memadai.
8. Aplikasi Tipikal
| Tipe 201 | Tipe 304 |
|---|---|
| Trim dekoratif, panel arsitektur dalam ruangan, panel peralatan konsumen, trim luar peralatan masak biaya rendah, tabung tugas ringan di lingkungan non-agresif | Peralatan pengolahan makanan, wastafel dan meja dapur, komponen proses kimia (non-Mo), pipa, penukar panas, perangkat medis (non-implan), pengikat di lingkungan luar ruangan dan dekat laut |
| Rasional pemilihan: | |
| - Pilih 201 ketika batasan anggaran mendominasi dan lingkungan layanan ringan (dalam ruangan, klorida rendah), atau ketika kekuatan yang lebih tinggi saat diterima dan penyelesaian permukaan yang cerah diprioritaskan. | |
| - Pilih 304 ketika kinerja korosi, higiene, kelayakan pengelasan dengan dukungan industri yang luas, dan keandalan jangka panjang di berbagai lingkungan diperlukan. |
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Tipe 201 biasanya lebih murah daripada Tipe 304 karena kandungan nikel yang jauh lebih rendah. Nikel adalah penggerak biaya utama dalam stainless steel; mengganti Ni dengan Mn dan N mengurangi sensitivitas biaya material terhadap pasar nikel.
- Ketersediaan: Tipe 304 ada di mana-mana di seluruh dunia dalam bentuk lembaran, plat, gulungan, tabung, dan batang dan umumnya lebih mudah diperoleh dalam kondisi material bersertifikat untuk aplikasi kritis. Tipe 201 umum secara regional dan tersedia luas untuk bentuk produk komoditas, tetapi data pabrik bersertifikat dan bentuk produk tertentu mungkin kurang tersedia dibandingkan 304 di beberapa pasar.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Atribut | Tipe 201 | Tipe 304 |
|---|---|---|
| Kelayakan pengelasan | Baik, tetapi pilihan pengisi mungkin perlu disesuaikan | Sangat baik, praktik pengisi yang distandarisasi secara luas |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan lebih tinggi, duktilitas/ketangguhan lebih rendah | Kekuatan seimbang dengan duktilitas dan ketangguhan yang superior |
| Biaya | Lebih rendah (nikel-reduksi) | Lebih tinggi (kandungan Ni standar) |
Rekomendasi: - Pilih Tipe 201 jika: - Proyek sensitif terhadap biaya dan paparan terbatas pada lingkungan ringan, dalam ruangan, atau klorida rendah. - Kekuatan yang lebih tinggi saat diterima dan penghematan biaya lebih penting daripada kebutuhan akan ketahanan korosi maksimum. - Penampilan permukaan dan biaya rendah dalam produk konsumen diprioritaskan. - Pilih Tipe 304 jika: - Ketahanan korosi jangka panjang, layanan higienis, atau paparan klorida diharapkan. - Kemampuan dibentuk, kelayakan pengelasan, dan sertifikasi material yang sudah mapan penting. - Aplikasi harus memenuhi standar industri umum untuk kontak makanan, farmasi, atau paparan luar ruangan.
Catatan akhir: Pemilihan material harus selalu divalidasi terhadap kondisi lingkungan spesifik, beban mekanis, urutan pengelasan dan pembentukan, serta batasan pengadaan/pasokan proyek. Untuk aplikasi kritis, konsultasikan sertifikat pabrik dan lakukan pengujian korosi atau evaluasi teknik untuk memastikan kesesuaian 201 dibandingkan 304 untuk layanan yang dimaksud.