204Cu vs 304L – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur dan tim pengadaan sering kali dihadapkan pada pilihan antara grade austenitik baru yang mengandung tembaga dan rendah nikel dan 304L yang telah lama ada untuk komponen di mana ketahanan korosi, kemampuan dibentuk, dan biaya sangat penting. Konteks keputusan yang umum termasuk peralatan makanan dan minuman, pelapis arsitektur, komponen peralatan, dan rakitan yang dilas di mana kinerja korosi harus seimbang dengan biaya material dan persyaratan fabrikasi.
Perbedaan praktis yang penting adalah bahwa 204Cu adalah stainless steel austenitik rendah nikel yang dirancang untuk menurunkan biaya material sambil mempertahankan banyak sifat mekanik dan korosi dari 304/304L konvensional; 304L tetap menjadi stainless steel austenitik dasar dengan kinerja yang lebih luas dan terbukti, terutama di mana ketahanan korosi umum maksimum, ketersediaan produk yang luas, atau perilaku pengelasan/kriogenik yang ketat diperlukan. Karena kimia dan respons proses mereka berbeda, desainer membandingkan mereka untuk lingkungan korosi, kemampuan dilas, kebutuhan kekuatan, dan total biaya kepemilikan.
1. Standar dan Penunjukan
- 204Cu: Dijual secara komersial di bawah berbagai nama dagang dan spesifikasi pabrik; biasanya dirujuk sebagai penunjukan gaya AISI/UNS dalam literatur pemasok. Ini adalah stainless steel austenitik yang dirancang sebagai alternatif rendah nikel untuk seri 304; periksa spesifikasi pabrik tertentu untuk nomor UNS/EN yang tepat.
- 304L: Dicakup oleh standar yang banyak digunakan seperti ASTM A240 / ASME SA-240 (plat, lembaran), ASTM A276 (batang), ASTM A312 (pipa) dan EN 1.4307 (lembaran/plat); UNS S30403. Diklasifikasikan sebagai stainless steel austenitik (varian rendah karbon dari 304).
Klasifikasi: - 204Cu: Stainless austenitik (rendah-Ni, mengandung Cu). - 304L: Stainless austenitik (rendah-karbon).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Rentang komposisi tipikal (representatif; verifikasi terhadap pabrik/spesifikasi untuk batas yang tepat)
| Elemen | 204Cu (rentang tipikal) | 304L (rentang tipikal) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.06 (C rendah terkontrol) | ≤ 0.03 (varian C rendah) |
| Mn | ~5.0–7.5% | ≤ 2.0% |
| Si | ≤ 1.0% | ≤ 1.0% |
| P | ≤ 0.045% | ≤ 0.045% |
| S | ≤ 0.03% | ≤ 0.03% |
| Cr | ~16.0–19.0% | 18.0–20.0% |
| Ni | ~3.0–5.0% | 8.0–12.0% |
| Mo | — (biasanya tidak ada) | — (biasanya tidak ada di 304L) |
| V | — | — |
| Nb (Cb) | — | — |
| Ti | — | — |
| B | — | — |
| Cu | ~0.8–1.4% | jejak/≤0.5% |
| N | terkontrol (lebih tinggi dari 304L di beberapa varian, hingga ~0.15–0.20%) | ≤ 0.10% |
Catatan tentang strategi paduan: - 204Cu mengurangi kandungan nikel dan mengkompensasi dengan mangan yang lebih tinggi dan nitrogen terkontrol untuk menstabilkan fase austenitik; tembaga ditambahkan untuk memulihkan karakteristik korosi dan kekuatan tertentu serta untuk meningkatkan ketahanan di beberapa media asam. - 304L menggunakan nikel yang lebih tinggi untuk menstabilkan austenit dan karbon rendah untuk meminimalkan presipitasi karbida selama pengelasan, yang meningkatkan ketahanan korosi intergranular setelah pengelasan.
Efek paduan: - Kromium menyediakan film pasif untuk ketahanan korosi; sedikit lebih rendahnya Cr di beberapa varian 204Cu dapat mempengaruhi ketahanan korosi lokal secara moderat. - Nikel menstabilkan austenit dan meningkatkan keuletan serta ketangguhan; 204Cu mengkompensasi dengan Mn dan N untuk mempertahankan austenit dan sifat mekanik. - Tembaga dapat meningkatkan ketahanan terhadap beberapa asam reduksi dan sedikit meningkatkan ketahanan korosi umum serta penguatan kerja dingin. - Nitrogen meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap pitting (jika ada) tetapi meningkatkan pertimbangan pengelasan (nitrogen mendorong austenit dan memperkuat matriks).
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Baik 204Cu maupun 304L terutama bersifat austenitik (kubus berpusat muka) dalam keadaan solusi-annealed. Mereka tidak dapat diperlakukan panas dalam arti pengerasan martensitik — kekuatan dicapai melalui kerja dingin, solusi padat, dan mikro-paduan.
- Proses tipikal: solusi anneal (misalnya, 1.000–1.100 °C tergantung pada pemasok) diikuti dengan pendinginan cepat untuk mempertahankan struktur austenitik sepenuhnya.
- 204Cu: Kandungan Mn dan N yang lebih tinggi menstabilkan austenit; mungkin menunjukkan kekuatan yang sedikit lebih tinggi setelah pendinginan. Tembaga berada dalam solusi padat dan tidak membentuk fase terpisah pada pemrosesan normal. Kerja dingin yang sangat berat dapat menginduksi martensit yang diinduksi regangan di kedua grade tergantung pada komposisi dan suhu, tetapi kandungan Mn/N yang lebih tinggi di 204Cu cenderung menekan pembentukan martensit dibandingkan dengan beberapa austenitik rendah nikel.
- 304L: Perilaku yang dikenal baik — austenit yang di-anneal solusi stabil; kerja dingin yang berat meningkatkan kerapatan dislokasi dan pengerasan kerja; karbon rendah membatasi presipitasi karbida, menjaga ketahanan korosi intergranular setelah pengelasan.
- Respons perlakuan panas: keduanya memerlukan solusi annealing untuk mengembalikan keuletan setelah kerja dingin atau pengelasan; tidak ada rute pengerasan quench dan temper untuk grade austenitik ini.
4. Sifat Mekanik
Tabel: Perilaku mekanik komparatif (tipikal, di-anneal/diperlakukan solusi; kualitatif)
| Sifat | 204Cu | 304L |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Lebih tinggi (relatif) — dirancang untuk kekuatan yang lebih baik melalui N/Mn/Cu | Baik — standar industri dasar |
| Kekuatan luluh | Lebih tinggi (relatif) | Lebih rendah (relatif terhadap 204Cu) |
| Peregangan (keuletan) | Baik — sedikit lebih rendah atau sebanding karena kekuatan yang lebih tinggi | Sangat baik — keuletan sedikit lebih tinggi dalam kondisi di-anneal |
| Kekerasan (ambient) | Sangat baik | Sangat baik — ketangguhan suhu rendah yang terbukti dalam banyak kasus |
| Kekerasan (di-anneal) | Sedikit lebih tinggi | Lebih rendah (lebih lunak) |
Interpretasi: - 204Cu dirancang untuk memberikan kekuatan luluh dan tarik yang lebih tinggi dalam kondisi di-anneal dibandingkan dengan 304L konvensional, sambil mempertahankan keuletan yang berguna. Ini dapat memungkinkan bagian yang lebih tipis atau desain yang lebih ringan di mana kekuatan menjadi faktor utama. - 304L memberikan peregangan dan ketangguhan yang dapat diandalkan dengan sejarah layanan yang panjang, terutama di mana ketahanan korosi maksimum dan perilaku ulet di berbagai rentang suhu diperlukan.
5. Kemampuan Dilas
Pertimbangan kemampuan dilas untuk stainless steel austenitik tergantung pada karbon, nitrogen, dan elemen yang mempengaruhi kerentanan retak panas dan mode pembekuan.
Indeks yang berguna: - Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Indikator setara korosi pitting (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - 304L: Kemampuan dilas yang sangat baik. Karbon rendah meminimalkan sensitisasi; pengisi umum (keluarga 308L) cocok dengan komposisi untuk menghindari korosi intergranular. Risiko retak pembekuan rendah jika praktik pengelasan standar diikuti. - 204Cu: Dapat dilas tetapi memerlukan perhatian. Mn, N, dan Cu yang lebih tinggi meningkatkan indeks $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ relatif terhadap 304L, yang dapat mempengaruhi pembekuan logam las dan perilaku HAZ. Praktik yang direkomendasikan sering kali mencakup pemilihan logam pengisi dengan nikel yang cukup untuk memastikan logam las yang ulet dan pencampuran untuk mempertahankan ketahanan korosi; solusi annealing pasca pengelasan jarang digunakan dalam produksi tetapi dapat diterapkan jika perlu. - Kedua grade rentan terhadap pengerasan kerja dan distorsi selama pengelasan; kontrol input panas dan suhu antar-lapis sebagai standar. Ketika karbon, nitrogen, atau Mn meningkat, pemanasan awal jarang diperlukan untuk austenitik, tetapi pemilihan pengisi dan desain sambungan harus mempertimbangkan pencampuran dan kebutuhan korosi lokal.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Perlindungan non-stainless (tidak berlaku di sini): Untuk baja karbon, galvanisasi atau pelapisan adalah standar, tetapi baik 204Cu maupun 304L adalah stainless dan mengandalkan terutama pada perlindungan film pasif.
PREN (angka setara ketahanan pitting) relevan untuk ketahanan pitting di mana Mo dan N signifikan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Untuk baik 204Cu maupun 304L (tanpa Mo; N hadir dalam konsentrasi rendah), nilai PREN cukup rendah dibandingkan dengan duplex atau seri 316 yang mengandung Mo; oleh karena itu, keduanya tidak ideal untuk lingkungan klorida yang parah di mana pitting dan korosi celah menjadi perhatian. - 204Cu: Penambahan tembaga dapat meningkatkan ketahanan terhadap beberapa asam reduksi (misalnya, asam sulfat) dan meningkatkan ketahanan korosi umum dalam beberapa aliran proses; namun, kandungan Ni yang lebih rendah dan Cr/N yang bervariasi berarti bahwa ketahanan korosi lokal di lingkungan kaya klorida mungkin sedikit lebih rendah dibandingkan 304L dalam beberapa kasus. - 304L: Secara umum dapat diandalkan untuk korosi umum, layanan makanan, dan paparan atmosfer; untuk lingkungan klorida agresif atau klorida suhu tinggi, grade yang mengandung Mo (misalnya, 316/316L) lebih disukai.
Ketika perlindungan permukaan (pelapisan, pasivasi) digunakan, kedua grade merespons dengan baik terhadap pembersihan mekanis/kimia dan perlakuan pasivasi elektrokimia; pastikan pembersihan dan pasivasi pasca pengelasan untuk mengembalikan film pasif.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Dibentuk
- Pembentukan: Kedua grade sangat dapat dibentuk dalam kondisi di-anneal. Kekuatan 204Cu yang lebih tinggi mungkin memerlukan gaya pembentukan yang lebih tinggi; pemulihan mungkin sedikit berbeda. Untuk penarikan dalam dan pembentukan yang parah, kekuatan luluh 304L yang lebih rendah mungkin menguntungkan.
- Kemudahan pemesinan: Stainless steel austenitik mengeras saat kerja; 304L cukup sulit untuk diproses—peralatan dan umpan yang hati-hati diperlukan. Kekuatan dan kandungan Mn yang lebih tinggi pada 204Cu dapat meningkatkan pengerasan kerja, tetapi tembaga kadang-kadang dapat meningkatkan pembentukan chip; secara keseluruhan, kemudahan pemesinan akan tergantung pada perlakuan panas dan bentuk produk tertentu.
- Finishing permukaan dan pemolesan: Keduanya dapat mencapai finishing yang baik; 304L adalah pilihan konvensional untuk permukaan yang sangat halus dalam aplikasi higienis.
- Penyambungan dan pengencangan: Pengencang berulir dan pembentukan dingin harus mempertimbangkan kekuatan 204Cu yang lebih tinggi; pemulihan dan penggilingan ulir dapat terjadi di kedua grade tanpa pelumasan dan peralatan yang tepat.
8. Aplikasi Tipikal
Tabel: Penggunaan tipikal berdasarkan grade
| 204Cu | 304L |
|---|---|
| Komponen peralatan dan produk konsumen di mana keseimbangan biaya/kekuatan penting | Peralatan pengolahan makanan, farmasi, dan permukaan higienis |
| Trim arsitektur dan pelapis di mana biaya nikel yang lebih rendah menarik | Peralatan proses kimia di mana kinerja 304L yang terbukti diperlukan |
| Papan dekoratif, wastafel, dan barang yang dibuat di mana korosi sedang | Wadah tekanan yang dilas dan pipa (ketersediaan fitting/logam pengisi yang luas) |
| Trim dan komponen otomotif (di mana ditentukan oleh OEM) | Interior maritim, bagian struktural, dan aplikasi kriogenik |
Rasional pemilihan: - Pilih 204Cu di mana pengurangan kandungan nikel menurunkan biaya material tanpa mengorbankan kekuatan yang diperlukan dan di mana lingkungan korosi tidak sangat agresif terhadap pitting klorida. - Pilih 304L di mana sejarah penggunaan yang panjang, ketersediaan yang luas dalam banyak bentuk produk, dan kinerja korosi/pengelasan yang terbukti diperlukan—terutama dalam makanan, medis, dan paparan luar ruangan/maritim yang parah.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 204Cu dipasarkan untuk mengurangi ketergantungan pada harga nikel dengan menggantikan Mn, N, dan Cu, sehingga biaya bahan bakunya biasanya lebih rendah dibandingkan 304L pada periode harga nikel tinggi. Total biaya terpasang harus mencakup fabrikasi, bahan habis pakai pengelasan (mungkin lebih tinggi untuk 204Cu), dan kinerja korosi siklus hidup.
- Ketersediaan: 304L tersedia secara global dalam bentuk lembaran, plat, batang, pipa, dan pengencang. Ketersediaan 204Cu tergantung pada wilayah dan portofolio produk pabrik; beberapa bentuk atau ukuran produk khusus mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama atau pemasok yang terbatas.
- Tip pengadaan: Evaluasi sertifikat pabrik pemasok, waktu tunggu, dan jejak; untuk komponen kritis, konfirmasi ketersediaan bentuk produk (koil, lembaran, pipa, bagian yang dicetak) sebelum pembekuan desain.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Ringkasan perbandingan cepat (kualitatif)
| Aspek | 204Cu | 304L |
|---|---|---|
| Kemampuan dilas | Baik — memerlukan pemilihan pengisi yang dipertimbangkan karena Mn/N/Cu | Sangat baik — prosedur yang sudah mapan |
| Keseimbangan Kekuatan – Ketangguhan | Kekuatan lebih tinggi (ketangguhan baik) | Ketangguhan seimbang dengan kekuatan luluh yang lebih rendah |
| Biaya | Potensi biaya material lebih rendah (nikel lebih rendah) | Biaya material lebih tinggi (nikel lebih tinggi) |
| Korosi (umum) | Sebanding untuk banyak atmosfer; mungkin sedikit lebih lemah di lingkungan klorida agresif | Ketahanan korosi umum yang kuat; lebih disukai untuk paparan higienis dan beberapa klorida |
| Ketersediaan | Baik tetapi lebih terbatas oleh wilayah/pemasok | Sangat tinggi — ketersediaan global yang luas |
Pilih 204Cu jika: - Sensitivitas biaya material tinggi dan paparan harga nikel harus dikurangi. - Kekuatan di-anneal yang lebih tinggi diinginkan untuk memungkinkan pengurangan ketebalan bagian atau penghematan berat. - Lingkungan korosi yang dimaksud sedang (layanan klorida tidak parah) dan ketersediaan pemasok telah dikonfirmasi. - Desainer siap untuk menentukan bahan habis pakai pengelasan yang sesuai dan memvalidasi prosedur pengelasan.
Pilih 304L jika: - Ketahanan korosi yang terbukti dan luas serta ketersediaan rantai pasokan maksimal adalah prioritas. - Aplikasi membutuhkan sejarah kinerja layanan yang panjang (makanan, farmasi, rakitan yang dilas secara ekstensif). - Kekuatan kerja dingin yang lebih rendah tetapi keuletan yang sangat baik dan kemampuan dilas yang dapat diprediksi diperlukan. - Komponen mungkin menghadapi lingkungan klorida atau memerlukan protokol pasivasi/pengelasan yang mapan.
Catatan penutup: Baik 204Cu maupun 304L adalah pilihan stainless austenitik yang berguna; pilihan harus didorong oleh penilaian mendetail tentang paparan korosi, persyaratan mekanik, praktik pengelasan dan fabrikasi, biaya siklus hidup, dan kemampuan pemasok. Selalu konfirmasi batas kimia dan mekanik yang tepat dari sertifikat pabrik dan validasi kualifikasi prosedur pengelasan untuk grade dan bentuk produk yang dipilih.