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

Pengenalan

Stainless steel 304 dan 202 adalah jenis austenitik yang umum digunakan di berbagai pasar fabrikasi, arsitektur, pengolahan makanan, dan produk konsumen. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali memutuskan antara keduanya saat menyeimbangkan ketahanan korosi, kinerja mekanis, kemampuan pengelasan, dan biaya unit. Konteks keputusan yang umum termasuk menentukan material untuk peralatan kontak makanan dalam ruangan, trim arsitektur, atau komponen struktural di mana batasan anggaran mendorong pemilihan ke opsi nikel yang lebih rendah.

Perbedaan utama antara 304 dan 202 adalah strategi paduannya: 304 menggunakan nikel yang lebih tinggi dan kromium standar untuk memastikan ketahanan korosi yang kuat dan mikrostruktur austenitik yang stabil, sementara 202 mengurangi kandungan nikel (dan meningkatkan mangan dan nitrogen) untuk mencapai alternatif biaya yang lebih rendah dengan ketahanan korosi yang sedikit berkurang tetapi kekuatan yang sebanding. Pertukaran ini—biaya material versus kinerja korosi dan perilaku proses—mendorong sebagian besar perbandingan langsung.

1. Standar dan Penunjukan

• 304
• Penunjukan umum: AISI 304, UNS S30400, EN 1.4301 (dan 304L sebagai 1.4306), JIS SUS304, GB 06Cr19Ni10.
• Klasifikasi: Stainless steel austenitik (stainless).

• Standar umum: ASTM A240/A480 (plat dan lembaran), ASME SA240, seri EN 10088.

• 202

• Penunjukan umum: AISI 202, UNS S20200, EN (tidak banyak distandarisasi di Eropa, biasanya ditentukan oleh standar nasional), JIS SUS202 setara di beberapa pasar, GB 202.
• Klasifikasi: Stainless steel austenitik (stainless), sering dipasarkan sebagai grade austenitik rendah-nikel.
• Standar umum: Digunakan dalam produk lembaran/kumparan dan produk yang dibentuk; rentang spesifikasi milik ada di berbagai wilayah.

Kedua grade adalah stainless (tahan korosi) steel daripada karbon, paduan, alat, atau HSLA steel.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini menunjukkan komposisi nominal atau rentang yang sering dikutip (wt %) untuk grade yang ditempa dan tersedia secara komersial. Nilai bervariasi berdasarkan standar dan panas; gunakan sertifikat pabrik yang relevan untuk pengadaan.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Kromium (Cr) menyediakan film oksida pasif dan ketahanan korosi umum; kedua grade memiliki kandungan Cr yang serupa. - Nikel (Ni) menstabilkan fase austenitik dan meningkatkan kemampuan bentuk dan ketahanan korosi; 304 memiliki lebih banyak Ni dibandingkan 202. - Mangan (Mn) dan nitrogen (N) dalam 202 digunakan untuk menstabilkan austenit sebagai pengganti sebagian nikel dan untuk meningkatkan kekuatan melalui penguatan larutan padat. - Karbon mempengaruhi kekuatan dan risiko sensitisasi; 202 sering memiliki batas karbon yang sedikit lebih tinggi. Varian karbon lebih rendah (misalnya, 304L) digunakan untuk mengurangi sensitisasi selama pengelasan. - Unsur minor dan kotoran (P, S) mempengaruhi kemampuan mesin dan korosi lokal.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur tipikal (seperti yang dibuat)
• Kedua 304 dan 202 pada dasarnya adalah austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi annealed. Stabilitas austenit tergantung pada kandungan Ni, Mn, dan N.
• 202 memiliki Mn/N yang lebih tinggi dan Ni yang lebih rendah; austenitnya mungkin sedikit kurang stabil pada suhu tinggi dan selama pengerjaan dingin yang berat, tetapi tetap austenitik pada suhu kamar untuk komposisi standar.

• Delta ferrite minimal dalam komposisi ini di bawah pendinginan normal; beberapa rute pemrosesan dapat memperkenalkan fraksi ferrite kecil.

• Respons terhadap perlakuan termal/mekanis yang umum

• Annealing (perlakuan larutan): Tipikal untuk kedua grade pada ~1000–1150 °C diikuti dengan pendinginan cepat untuk melarutkan karbida dan mengatur ulang mikrostruktur. Keduanya mendapatkan kembali duktilitas dan ketahanan korosi setelah anneal larutan.
• Pengerjaan dingin (penggulungan, penarikan, pembengkokan): Keduanya mengeras dengan pengerjaan dingin; 202, karena Mn dan N yang lebih tinggi, sering mencapai tingkat kekuatan yang lebih tinggi setelah pengerjaan dingin pada deformasi yang sama.
• Penuaan/presipitasi: Stainless steel austenitik tidak mengeras dengan pendinginan dan temper tradisional; paparan berkepanjangan dalam rentang 400–850 °C dapat menyebabkan fase yang membuat rapuh (karbida, fase sigma) yang mengurangi ketangguhan dan ketahanan korosi—304 lebih tahan terhadap presipitasi intermetallic karena kandungan Ni yang lebih tinggi.
• Normalisasi/pendinginan & tempering: Tidak berlaku sebagai rute penguatan untuk grade stainless austenitik; mereka tidak merespons penguatan martensitik seperti baja karbon.

4. Sifat Mekanis

Tabel berikut memberikan rentang representatif untuk bentuk produk yang ditempa, annealed (lembaran, plat, atau kumparan dingin). Sifat aktual tergantung pada pengerjaan dingin, ketebalan, dan perlakuan panas.

Interpretasi: - 202 cenderung mencapai kekuatan yang lebih tinggi—terutama setelah pengerjaan dingin—karena penguatan larutan padat Mn dan N yang lebih tinggi. Kekuatan luluh dan kekuatan tarik sering kali lebih tinggi untuk 202 dalam kondisi yang sebanding. - 304 biasanya menunjukkan duktilitas yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih baik setelah paparan termal atau pengelasan karena kandungan Ni yang lebih tinggi dan stabilitas austenit yang lebih besar. - Pemilihan harus mempertimbangkan kondisi saat disuplai: 304 yang dikerjakan dingin mungkin melebihi 202 yang di-anneal dalam hal kekuatan, tetapi 202 yang dikerjakan dingin umumnya akan lebih kuat daripada 304 yang dikerjakan dengan cara yang sama.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan untuk stainless steel austenitik umumnya baik, tetapi sensitivitas tergantung pada tingkat karbon, paduan yang mempengaruhi kemampuan pengerasan, dan kerentanan terhadap korosi intergranular.

Rumus kunci yang digunakan untuk menilai risiko kemampuan pengelasan (interpretasi kualitatif):

• Setara karbon (metode IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Lebih tinggi $CE_{IIW}$ menunjukkan peningkatan kemampuan pengerasan dan potensi risiko retak pada beberapa baja; untuk stainless steel austenitik, elemen-elemen ini digunakan secara berbeda, tetapi rumus memberikan konsep perbandingan.

• Angka setara ketahanan pitting (untuk korosi daripada retak las): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Pcm (indeks kemampuan pengelasan yang lebih banyak digunakan untuk baja karbon, tetapi berguna secara konseptual): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif untuk 304 vs 202: - 304 biasanya menunjukkan kemampuan pengelasan yang sangat baik dengan logam pengisi standar (misalnya, 308L untuk 304) dan risiko retak panas serta embrittlement pasca las yang rendah ketika prosedur yang tepat digunakan. Kontrol karbon (304L) digunakan di mana sensitisasi menjadi perhatian. - 202 dapat dilas dengan metode umum, tetapi kandungan Ni yang lebih rendah meningkatkan risiko masalah terkait las tertentu, seperti duktilitas yang sedikit berkurang di zona yang terpengaruh panas dan potensi kerentanan yang lebih tinggi terhadap bentuk korosi lokal tertentu di lingkungan yang agresif. - Pembersihan pra- dan pasca-las, pemilihan pengisi yang tepat, dan menghindari paparan berkepanjangan pada suhu sensitisasi adalah kontrol standar. Untuk aplikasi kritis, lakukan kualifikasi prosedur las dan pengujian korosi pada rakitan yang dilas.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Perilaku stainless
• Kedua 304 dan 202 bergantung pada film oksida pasif yang kaya kromium untuk ketahanan korosi. 304, dengan nikel yang lebih tinggi, umumnya memberikan ketahanan korosi umum yang lebih baik, kinerja yang lebih baik di lingkungan yang mengandung klorida, dan kemampuan bentuk yang lebih baik tanpa retak permukaan yang dapat mengkompromikan pasivitas.

• 202 memiliki ketahanan korosi yang dapat diterima untuk banyak lingkungan dalam ruangan dan sedikit korosif (trim dekoratif, peralatan dalam ruangan, komponen HVAC), tetapi tidak direkomendasikan untuk lingkungan yang kaya klorida (pantai, laut, aliran proses yang terklorinasi) di mana 304 atau grade paduan yang lebih tinggi lebih disukai.

• Penggunaan PREN (di mana berlaku)

• Untuk penilaian korosi pitting gunakan: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$

• PREN lebih umum diterapkan pada grade duplex dan austenitik yang mengandung Mo dan N yang tinggi; ini akan menggambarkan mengapa 304 (Mo rendah, N rendah) dan 202 (Mo rendah, N sedang) keduanya terbatas dalam lingkungan klorida yang parah.

• Perlindungan permukaan untuk baja non-stainless (tidak berlaku di sini)

• Jika spesifikasi proyek memerlukan galvanisasi atau pengecatan, catat bahwa ini adalah strategi terpisah yang digunakan untuk baja non-stainless; untuk grade stainless, penyelesaian permukaan dan perlakuan pasivasi adalah metode perlindungan utama.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk

• Kemampuan bentuk dan pembengkokan:
• 304 memiliki kemampuan bentuk yang sangat baik, kemampuan tarik yang dalam, dan karakteristik pemulihan karena Ni yang lebih tinggi dan austenit yang stabil—diutamakan di mana pembentukan kompleks diperlukan.

• 202 dapat dibentuk tetapi memiliki tingkat pengerasan kerja yang lebih tinggi; cetakan dan alat harus mengakomodasi peningkatan gaya pembentukan dan siklus anneal yang lebih sering mungkin diperlukan untuk pembentukan radius ketat.

• Kemampuan mesin:

• Stainless steel austenitik umumnya kurang dapat dikerjakan dibandingkan baja karbon. Kekuatan dan kecenderungan pengerasan kerja 202 membuat pemesinan sedikit lebih menantang dibandingkan 304; namun, karena 202 sering mengandung batas sulfur yang lebih tinggi dalam beberapa varian komersial (meningkatkan kemampuan mesin), hasil di dunia nyata tergantung pada spesifikasi produk.

• Gunakan alat yang sesuai (insert karbida, rake positif tinggi), pendingin, dan umpan/kecepatan konservatif untuk hasil yang konsisten.

• Penyelesaian permukaan:

• Keduanya penghalusan, pengasaman, dan perlakuan pasivasi adalah standar. 304 menerima penyelesaian umum (2B, BA, No.4) dengan hasil yang dapat diprediksi; 202 mungkin menunjukkan perilaku etsa yang sedikit berbeda dan memerlukan perhatian untuk mempertahankan penampilan yang seragam dalam aplikasi dekoratif.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih 304 ketika ketahanan korosi, daya tahan jangka panjang dalam kondisi lembab atau sedikit agresif, atau rakitan yang dibentuk/dilas secara ekstensif diperlukan. - Pilih 202 ketika biaya material awal adalah batasan dominan dan lingkungan tidak agresif (dalam ruangan, atmosfer terkontrol) dan kekuatan yang lebih tinggi dengan biaya lebih rendah dapat diterima.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya
• 202 biasanya lebih murah per kilogram dibandingkan 304 karena menggantikan mangan dan nitrogen untuk sebagian kandungan nikel. Nikel adalah elemen paduan dengan biaya tinggi, sehingga grade rendah-Ni cenderung dipasarkan sebagai alternatif ekonomis.

• Harga pasar berfluktuasi seiring dengan nilai nikel komoditas dan limbah stainless; premi relatif untuk 304 dapat melebar secara signifikan pada periode harga nikel tinggi.

• Ketersediaan

• 304 tersedia secara global dalam bentuk lembaran, kumparan, plat, batang, pipa, dan pengikat. Waktu tunggu biasanya singkat untuk bentuk produk standar.
• 202 tersedia secara luas di banyak pasar untuk lembaran dan kumparan tetapi mungkin kurang umum dalam bentuk produk khusus atau standar internasional tertentu. Konfirmasi ketersediaan untuk pesanan volume besar atau dimensi khusus.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi penutup: - Pilih 304 jika ketahanan korosi, kemampuan bentuk yang superior, ketersediaan global yang mapan, dan daya tahan jangka panjang dalam lingkungan yang sedikit agresif adalah hal yang penting. Ini adalah pilihan yang lebih aman untuk aplikasi kontak makanan, higienis, dan yang terpapar pantai/lautan. - Pilih 202 jika biaya material awal adalah pendorong utama, lingkungan layanan bersifat jinak (dalam ruangan, non-klorida), dan kekuatan yang lebih tinggi atau kandungan nikel yang lebih rendah dapat diterima. Validasi melalui pengujian korosi spesifik aplikasi dan konfirmasi spesifikasi pemasok untuk N, Mn, dan S untuk memastikan kemampuan mesin dan penyelesaian permukaan yang diperlukan.

Catatan akhir: Selalu tentukan bentuk produk yang diperlukan, penyelesaian permukaan, kondisi sifat mekanis (annealed vs. cold-worked), dan standar yang berlaku pada pesanan pembelian. Untuk pengelasan dan komponen kritis, lakukan kualifikasi prosedur pengelasan dan, di mana ketahanan korosi menjadi perhatian keselamatan atau siklus hidup, lakukan pengujian korosi spesifik aplikasi daripada hanya mengandalkan perbandingan grade umum.