202 vs 204 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Aloy stainless 200‑series austenitik seperti "202" dan "204" biasanya diusulkan sebagai alternatif rendah-nikel untuk grade 300‑series di mana biaya, kemampuan dibentuk, dan ketahanan korosi harus seimbang. Insinyur dan tim pengadaan sering menghadapi dilema pemilihan: memilih komposisi mangan yang lebih tinggi dan nikel yang lebih rendah yang meminimalkan biaya material tetapi bisa lebih sulit untuk dibentuk (202), atau memilih aloy baru yang dioptimalkan biaya yang mengurangi nikel tanpa mengorbankan kemampuan dibentuk dengan menambahkan tembaga atau menyesuaikan elemen paduan lainnya (umumnya disebut 204 atau 204Cu).

Perbedaan arah utama antara kedua keluarga ini adalah trade-off biaya-kinerja yang didorong oleh strategi paduan: 202 mengurangi nikel terutama dengan mangan yang lebih tinggi, sedangkan varian 204 berusaha untuk mempertahankan atau meningkatkan kemampuan dibentuk dan kinerja korosi dengan menggunakan keseimbangan yang berbeda dari Ni, Cr, Mn dan penambahan tembaga yang terkontrol. Karena keduanya adalah baja stainless austenitik yang dimaksudkan sebagai pengganti ekonomis untuk 304 dalam banyak aplikasi, mereka sering dibandingkan selama desain, manufaktur, dan pengadaan.

1. Standar dan Penunjukan

• 202: Umumnya dirujuk sebagai AISI/UNS S20200 (kadang disingkat SS202). Ditemukan dalam rentang produk lembaran dan strip komersial dan dirujuk dalam spesifikasi stainless yang digulung datar (misalnya, ASTM A240 untuk lembaran/pelat di beberapa pasar) dan berbagai katalog nasional.
• 204: Sering dijumpai sebagai 204Cu (UNS S20430) atau penunjukan komersial yang menekankan stainless austenitik rendah-nikel dan mengandung tembaga. Tidak setiap standar nasional memiliki padanan EN/JIS/GB yang langsung; produsen menerbitkan spesifikasi pabrik atau nomor UNS.
• Standar untuk memeriksa batasan yang tepat: ASTM/ASME (A240, A480 untuk pelat/lembaran), daftar UNS (S20200, S20430), dan sertifikat pabrik pemasok. EN (Eropa) atau padanan GB/JIS regional mungkin berbeda dan harus diverifikasi untuk kriteria penerimaan.

Klasifikasi: Baik 202 maupun 204 adalah baja stainless austenitik (non-magnetik dalam kondisi sepenuhnya annealed), bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: rentang komposisi tipikal (wt%). Nilai adalah rentang representatif dari lembar data komersial umum; selalu konfirmasi dengan sertifikat pabrik atau spesifikasi untuk batch yang Anda beli.

Elemen	202 (tipikal, wt%)	204 / 204Cu (tipikal, wt%)
C	≤ 0.15 (rendah)	≤ 0.08–0.10 (rendah)
Mn	Relatif tinggi (misalnya, beberapa wt% untuk menggantikan Ni)	Sedang (lebih rendah dari 202)
Si	≤ ~1.0 (deoksidator minor)	≤ ~0.8–1.0
P	≤ 0.03–0.05 (batas kotoran)	≤ 0.03–0.045
S	≤ 0.03 (batas kotoran)	≤ 0.03
Cr	~17–19	~18–20
Ni	Sedang (berkurang dibandingkan 304, tetapi lebih tinggi dari beberapa varian 204)	Lebih rendah dari 304; mirip atau sedikit lebih rendah dari 202 tergantung pada subgrade
Mo	Biasanya tidak ada atau jejak	Biasanya tidak ada atau jejak
Cu	Jejak hingga ~0.5–1.0 (biasanya rendah)	Penambahan yang disengaja (misalnya, ~0.5–1.5) dalam 204Cu
N	Rendah hingga sedang (jumlah kecil untuk menstabilkan austenit)	Rendah (terkontrol)
V, Nb, Ti, B	Bukan penambahan paduan yang umum	Bukan tipikal

Bagaimana strategi paduan mempengaruhi sifat: - Kromium (Cr) memberikan film pasif dan ketahanan korosi dasar yang umum pada stainless austenitik. - Nikel (Ni) menstabilkan austenit dan meningkatkan ketangguhan serta kemampuan dibentuk; mengurangi Ni menurunkan biaya material tetapi dapat mempengaruhi ketangguhan dan perilaku korosi kecuali dikompensasi. - Mangan (Mn) digunakan untuk menstabilkan austenit ketika Ni dikurangi — lebih murah daripada Ni tetapi meningkatkan pengerasan kerja dan dapat mempengaruhi keuletan dan kemampuan mesin. - Tembaga (Cu) dalam varian 204 digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan kemampuan dibentuk serta sebagian mengkompensasi pengurangan Ni dalam kinerja korosi; Cu juga dapat membantu ketahanan terhadap asam tertentu dan meningkatkan hasil permukaan. - Karbon dan nitrogen dikontrol untuk menyeimbangkan kekuatan (melalui penguatan larutan padat dan interstitial) dan menghindari sensitisasi atau kekerasan yang berlebihan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Kedua 202 dan 204 sepenuhnya austenitik ketika diproduksi dan di-anneal. Poin kunci:

• Mikrostruktur tipikal: austenit kubik pusat wajah (FCC) yang stabil dengan butir austenitik yang terdistribusi merata; tidak ada ferit atau martensit dalam material yang diproses dengan benar dan sepenuhnya di-anneal.
• Respons pengerjaan dingin: Kedua grade mudah mengeras karena regangan (baja stainless austenitik mengeras melalui deformasi), tetapi 202 — dengan Mn yang lebih tinggi — cenderung mengeras lebih cepat, yang dapat mengurangi batas kemampuan dibentuk pada penarikan dalam dan menyulitkan pencetakan kecuali digunakan anneal sementara.
• Perlakuan panas: Baja stainless austenitik tidak dapat dikeraskan dengan pendinginan/tempering konvensional. Annealing (biasanya dalam rentang 1000–1150 °C diikuti dengan pendinginan air) mengembalikan keuletan dan ketangguhan. 204Cu mungkin menunjukkan perilaku pengerasan usia yang moderat di bawah kondisi temperatur/waktu tertentu karena presipitasi tembaga, tetapi ini tidak dapat dibandingkan dengan grade stainless pengerasan presipitasi dan biasanya tidak dimanfaatkan untuk desain kekuatan tinggi.
• Pengolahan termo-mekanis: Penggulungan panas diikuti dengan annealing terkontrol menetapkan ukuran butir dan sifat akhir; mengontrol regangan sisa dan menghindari martensit yang diinduksi oleh pengerjaan dingin (jika ada) meningkatkan ketangguhan.

4. Sifat Mekanik

Tabel — perbandingan kualitatif (kondisi di-anneal kecuali dinyatakan lain). Nilai yang tepat tergantung pada bentuk produk, ketebalan, temper, dan lembar data pemasok tertentu.

Sifat	202	204 / 204Cu
Kekuatan Tarik (perkiraan, di-anneal)	Sedang — sebanding dengan 200‑series lainnya; lebih tinggi dari beberapa varian rendah-Ni karena Mn	Sebanding dengan 202; mungkin menunjukkan keseimbangan kekuatan/keuletan yang sedikit lebih baik karena Cu
Kekuatan Luluh	Sedang	Sedang; mirip atau sedikit lebih rendah dari 202 dalam keadaan di-anneal
Panjang Regangan (keuletan)	Baik tetapi berkurang relatif terhadap 204 setelah pengerjaan dingin (lebih cepat mengeras)	Umumnya sedikit lebih baik dalam kemampuan dibentuk dan panjang regangan di banyak plat pemasok
Ketangguhan Impak	Baik pada suhu ambien; bisa lebih rendah pada suhu kriogenik jika Ni sangat rendah	Baik pada suhu ambien; tembaga dan Ni yang terkontrol membantu mempertahankan ketangguhan
Kekerasan (di-anneal)	Rendah hingga sedang (cepat mengeras)	Rendah hingga sedang (cenderung mempertahankan kelembutan yang lebih baik selama pembentukan)

Mengapa: Mn yang lebih tinggi dan Ni yang lebih rendah pada 202 meningkatkan stabilitas austenit tetapi juga memperkuat pengerasan kerja; ini menghasilkan kekuatan instan yang lebih tinggi selama pembentukan tetapi mengurangi total panjang regangan yang dapat dicapai sebelum kegagalan. Keseimbangan paduan 204Cu bertujuan untuk mempertahankan keuletan dan ketangguhan sambil tetap mengurangi kandungan nikel dan biaya.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las dipengaruhi oleh ekuivalen karbon, kemampuan pengerasan, dan mikro-paduan. Persamaan prediktif yang berguna:

• Ekuivalen Karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (indeks kemampuan las Eropa): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi (kualitatif): - Baik 202 maupun 204 mudah dilas menggunakan prosedur baja stainless austenitik standar (GMAW, TIG, dll.) dengan risiko retak dingin yang rendah karena baja stainless austenitik mempertahankan keuletan dalam logam las. - Mn yang lebih tinggi (202) meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ secara moderat, yang berarti perhatian sedikit lebih besar terhadap input panas dan suhu antar-lapis mungkin diperlukan untuk menghindari pengerasan lokal atau mikrostruktur yang tidak diinginkan di zona yang terpengaruh panas. - 204Cu, dengan penambahan tembaga, umumnya dilas sebanding dengan austenitik lainnya; tembaga mungkin sedikit mempengaruhi pemilihan pengisi — mencocokkan komposisi dengan pengisi austenitik yang sesuai (misalnya, padanan keluarga 308/309 atau pengisi rendah-Ni yang ditentukan oleh pemasok) menghindari masalah mikrosegregasi. - Annealing pasca-las jarang diperlukan untuk layanan tipikal, tetapi pelepasan stres dan kontrol risiko korosi intergranular harus dipertimbangkan untuk geometri yang rentan terhadap sensitisasi atau suhu layanan yang tinggi.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kedua grade adalah baja stainless austenitik dengan pasivitas berbasis kromium. Keduanya tidak mengandung molibdenum yang signifikan, sehingga ketahanan terhadap pitting klorida lebih rendah dibandingkan dengan 300‑series yang mengandung Mo (misalnya, 316).
• PREN biasanya tidak berguna untuk grade ini (bermakna untuk stainless yang mengandung Mo). Sebagai referensi, rumus PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Karena Mo ≈ 0 untuk 202/204, PREN tidak akan menunjukkan ketahanan pitting yang tinggi.
• Panduan praktis:
• 202: dapat diterima di lingkungan yang sedikit korosif (dalam ruangan, kontak makanan, dekoratif), tetapi kurang tahan terhadap klorida dan lingkungan asam dibandingkan 304/316. Rentan terhadap noda permukaan dan pitting di lingkungan klorida yang agresif.
• 204/204Cu: dimaksudkan sebagai alternatif rendah-Ni yang lebih kuat untuk 304; tembaga dapat sedikit meningkatkan ketahanan terhadap asam tertentu dan menekan inisiasi korosi celah dalam beberapa kondisi layanan, tetapi bukan pengganti Mo dalam paparan klorida berat.
• Untuk baja non-stainless (tidak berlaku di sini): gunakan galvanisasi, pengecatan atau pelapisan. Untuk grade stainless ini, pertimbangkan elektro-polishing, pasivasi, atau pelapisan pelindung untuk lingkungan yang agresif.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Pembentukan dingin: 202 mengeras lebih cepat — desainer harus memperhitungkan springback dan mungkin memerlukan anneal sementara; penarikan dalam bisa lebih menantang. 204Cu cenderung menawarkan kemampuan dibentuk yang lebih baik dan sering lebih disukai di mana tikungan ketat dan pencetakan kompleks diperlukan.
• Kemampuan mesin: Tidak ada grade yang dapat diproses secepat baja karbon bebas potong. Mn yang lebih tinggi di 202 dapat mengurangi kemampuan mesin; 204Cu sering diproses dengan cara yang sama atau sedikit lebih baik, dan Cu yang terkontrol dapat meningkatkan pembentukan chip dan hasil permukaan.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima pemolesan dan penyelesaian dengan baik; 204Cu mungkin menghasilkan penampilan permukaan yang sedikit lebih baik dalam beberapa operasi.
• Pengelasan dan pasca-fabrikasi: Penyesuaian yang tepat dan pemilihan pengisi sangat penting; hindari pendinginan cepat yang dapat menjebak stres; pickling/pasivasi setelah pengelasan disarankan untuk mengembalikan ketahanan korosi.

8. Aplikasi Tipikal

202 — Penggunaan Tipikal	204 / 204Cu — Penggunaan Tipikal
Barang konsumen, peralatan dapur, trim arsitektur ringan, panel dekoratif, peralatan dalam ruangan di mana biaya menjadi pendorong	Peralatan rumah tangga (mesin cuci, pengering), wastafel dapur, panel arsitektur dekoratif, perlengkapan sanitasi di mana kemampuan dibentuk dan hasil permukaan yang lebih baik diperlukan
Trim otomotif dan komponen struktural kecil dengan paparan klorida terbatas	Pipa dan komponen yang dibentuk yang memerlukan kemampuan tarik yang baik dan kontrol dimensi yang lebih baik
Lembaran struktural ringan di mana paparan korosi ringan	Aplikasi yang menggantikan 304 di mana pengurangan nikel diinginkan tetapi kemampuan dibentuk atau ketangguhan harus dipertahankan

Rasional pemilihan: pilih 202 di mana biaya material awal adalah kendala utama dan paparan korosi sedang; pilih 204/204Cu di mana sedikit biaya material atau pemrosesan yang lebih tinggi dibenarkan oleh kemampuan dibentuk yang lebih baik, hasil permukaan yang lebih konsisten, dan pemeliharaan ketangguhan dengan pengurangan Ni.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Keduanya diposisikan sebagai alternatif biaya lebih rendah untuk 304. 202 sering memiliki strategi kandungan nikel terendah (dikontribusikan oleh Mn yang lebih tinggi), yang secara historis menghasilkan penghematan biaya — tetapi harga bahan baku musiman (Mn vs Ni vs Cu) dapat mengubah ekonomi relatif. 204/204Cu dirancang untuk menyeimbangkan pengurangan nikel dengan sifat yang dipertahankan dan dapat bersaing, terutama ketika Ni mahal dan Cu ekonomis.
• Ketersediaan: 202 tersedia secara luas secara global sebagai lembaran/strip komersial standar. Ketersediaan 204/204Cu tergantung pada wilayah dan produsen; semakin umum tetapi mungkin kurang merata dibandingkan 202 di beberapa pasar dan bentuk produk (misalnya, koil tertentu, opsi temper lembaran pra-selesai).

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel — perbandingan cepat (kualitatif):

Atribut	202	204 / 204Cu
Kemampuan Las	Baik; pantau input panas (pengerasan kerja)	Baik; tembaga memiliki dampak minimal pada praktik pengelasan standar
Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Kekuatan sedang, peningkatan pengerasan kerja; ketangguhan memadai pada suhu ambien	Kekuatan serupa, sedikit lebih baik dalam keuletan/kemampuan dibentuk dan mempertahankan ketangguhan
Biaya (material)	Biasanya lebih rendah di banyak pasar (tergantung pada harga Mn/Ni)	Dioptimalkan biaya untuk pengurangan Ni sambil mempertahankan kemampuan dibentuk; mungkin serupa atau sedikit lebih tinggi dari 202

Pilih 202 jika: - Prioritas Anda adalah meminimalkan biaya material dan aplikasi melibatkan lingkungan ringan, operasi pembentukan sederhana, dan di mana pemasok dapat dengan mudah menyediakan bentuk koil/lembaran yang diperlukan. - Anda dapat merancang langkah fabrikasi untuk memperhitungkan pengerasan kerja yang lebih kuat (anneal sementara, toleransi alat).

Pilih 204 (204Cu) jika: - Anda memerlukan kemampuan dibentuk yang lebih ketat, hasil permukaan yang lebih baik setelah pembentukan, atau keseimbangan mekanis yang lebih dekat dengan 304 sambil tetap menurunkan kandungan nikel. - Aplikasi menuntut ketangguhan yang konsisten dan mengurangi risiko masalah proses dari pengerasan kerja yang cepat (pencetakan kompleks, penarikan dalam, bagian peralatan volume tinggi).

Catatan penutup: Kedua grade adalah pilihan stainless austenitik yang dioptimalkan biaya yang berguna. Pemilihan akhir harus selalu dilakukan berdasarkan sertifikat pabrik pemasok yang diverifikasi, bentuk produk (koil, lembaran, pipa), temper/finish yang diperlukan, dan analisis biaya siklus hidup yang mempertimbangkan volatilitas biaya material, waktu siklus fabrikasi (misalnya, kebutuhan untuk anneal), dan paparan korosi jangka panjang.