304 vs 304L – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Tipe 304 dan varian karbon rendahnya 304L adalah dua baja tahan karat austenitik yang paling banyak ditentukan di industri. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin mempertimbangkan ketahanan korosi, kinerja mekanis, kemampuan pengelasan, dan biaya saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum mencakup peralatan yang mengandung tekanan, pemrosesan makanan dan farmasi, komponen arsitektur, dan rakitan yang dilas di mana ketahanan korosi pasca-las sangat penting.
Perbedaan metalurgi utama adalah kandungan karbon maksimum yang lebih rendah dari 304L dibandingkan dengan 304. Perubahan tunggal itu mengubah kerentanan terhadap presipitasi karbida selama pengelasan dan paparan suhu tinggi, dan oleh karena itu mempengaruhi kemampuan pengelasan dan perilaku korosi pasca-las sambil menghasilkan hanya perbedaan kecil dalam kekuatan mekanis.
1. Standar dan Penunjukan
- ASTM/ASME: A240 (plat), A276 (batang), A312 (pipa) — referensi umum untuk kedua grade.
- UNS: 304 = S30400; 304L = S30403.
- EN: 304 = 1.4301; 304L = 1.4307.
- Setara JIS dan GB ada (misalnya, SUS304 / SUS304L dalam JIS).
- Klasifikasi: keduanya adalah baja tahan karat (austenitik); bukan baja karbon, baja paduan, baja alat, atau HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut merangkum elemen paduan utama dan praktik kontrol yang khas untuk setiap grade. Nilai yang ditunjukkan adalah maksimum representatif atau rentang tipikal per spesifikasi yang umum digunakan; selalu konsultasikan spesifikasi proyek atau sertifikat uji pabrik untuk batas kontraktual.
| Elemen | Peran tipikal | 304 (batas tipikal) | 304L (batas tipikal) |
|---|---|---|---|
| C (karbon) | Kekuatan, presipitasi karbida | ≤ 0.08% (maks) | ≤ 0.03% (maks) |
| Mn (mangan) | Deoksidator, penstabil austenit | ≤ 2.0% | ≤ 2.0% |
| Si (silikon) | Deoksidator | ≤ 1.0% | ≤ 1.0% |
| P (fosfor) | Kotoran, risiko embrittlement | ≤ 0.045% | ≤ 0.045% |
| S (sulfur) | Kemudahan pemesinan (ditambahkan sebagai kotoran) | ≤ 0.03% | ≤ 0.03% |
| Cr (krom) | Pasivasi, ketahanan korosi | ~18–20% | ~18–20% |
| Ni (nikel) | Penstabil austenit, ketangguhan | ~8–11% | ~8–12% |
| Mo (molybdenum) | Ketahanan pitting (tidak ada) | biasanya tidak ada | biasanya tidak ada |
| V, Nb, Ti, B, N | Mikropaduan, stabilisasi (jarang) | umumnya tidak ditentukan | umumnya tidak ditentukan |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Krom membentuk film oksida pasif yang memberikan baja tahan karat ketahanan korosi. - Nikel menstabilkan fase austenit dan meningkatkan ketangguhan dan keuletan. - Karbon meningkatkan kekuatan tetapi pada konsentrasi yang lebih tinggi dapat bergabung dengan krom untuk membentuk karbida krom di batas butir, mengurangi ketahanan korosi lokal (sensitisasi). - Karbon yang lebih rendah di 304L mengurangi kecenderungan untuk presipitasi karbida selama pengelasan dan paparan suhu tinggi.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Baik 304 maupun 304L sepenuhnya austenitik pada suhu ambien ketika diproses dengan benar. Karakteristik mikrostruktural dan respons perlakuan panas yang khas:
- Seperti yang diproduksi (dianil/solusi-dianil): austenit kubik berpusat wajah (FCC) yang seragam dengan karbida yang halus dan terdistribusi secara merata (jika ada). Annealing solusi melarutkan karbida dan memulihkan ketahanan korosi dengan mendinginkan dengan cepat untuk menghindari presipitasi kembali.
- Pekerjaan dingin: kedua grade mengeras dengan cepat (baja tahan karat austenitik memiliki laju pengerasan regangan yang tinggi), menghasilkan peningkatan kerapatan dislokasi dan mungkin martensit yang diinduksi regangan di bagian yang sangat terdeformasi (terutama pada suhu rendah atau dengan pembentukan dingin yang agresif).
- Pengelasan dan sensitisasi: ketika terpapar pada kisaran 450–850 °C (perkiraan) selama pengelasan, karbida krom dapat mengendap di batas butir pada 304 yang memiliki karbon lebih tinggi, menghabiskan krom yang berdekatan dan meningkatkan kerentanan terhadap korosi intergranular. Kandungan karbon yang lebih rendah dari 304L meminimalkan risiko presipitasi karbida ini.
- Perlakuan panas: tidak ada grade yang mengeras dengan pendinginan; annealing solusi (misalnya, 1050–1100 °C) diikuti dengan pendinginan cepat digunakan untuk memulihkan ketahanan korosi dan keuletan. Tidak ada penguatan quench-and-temper konvensional yang berlaku seperti pada baja martensitik.
4. Sifat Mekanis
Alih-alih nilai absolut (yang tergantung pada bentuk produk dan spesifikasi), tabel di bawah ini membandingkan perilaku relatif yang khas dalam kondisi dianil.
| Sifat | 304 | 304L | Komentar |
|---|---|---|---|
| Kekuatan tarik (dianil) | Lebih tinggi (sedikit) | Lebih rendah (sedikit) | Kandungan karbon yang lebih rendah menghasilkan kekuatan tarik yang sedikit lebih rendah untuk 304L. |
| Kekuatan hasil | Lebih tinggi (sedikit) | Lebih rendah (sedikit) | Tren yang sama seperti kekuatan tarik. |
| Peregangan / Keuletan | Baik | Setara atau sedikit lebih baik | 304L dapat menunjukkan keuletan yang sedikit lebih baik karena C yang lebih rendah. |
| Ketangguhan impak | Sangat baik (tergantung suhu) | Setara | Keduanya mempertahankan ketangguhan yang baik pada suhu ambien. |
| Kekerasan (dianil) | Sedikit lebih tinggi | Sedikit lebih rendah | Perbedaan kecil; keduanya relatif lunak dalam keadaan dianil. |
Implikasi praktis: perbedaan kekuatan antara 304 dan 304L adalah moderat dalam kondisi dianil dan seringkali tidak menentukan kecuali di mana kekuatan minimum yang ditentukan oleh kode diperlukan.
5. Kemampuan Pengelasan
Baja tahan karat austenitik umumnya dianggap sangat dapat dilas; namun, kandungan karbon mempengaruhi kerentanan terhadap presipitasi karbida dan kebutuhan untuk perlakuan pasca-las.
Pertimbangan utama dalam kemampuan pengelasan: - Karbon yang lebih rendah di 304L mengurangi risiko sensitisasi dan korosi intergranular pasca-las, menjadikan 304L pilihan yang lebih aman untuk struktur yang dilas yang tidak akan dianil setelah fabrikasi. - Kedua grade menunjukkan keuletan tinggi di las dan zona terpengaruh panas (HAZ), meminimalkan risiko retak dingin. Mereka rentan terhadap retak panas di bawah kondisi pengelasan yang tidak tepat jika ada kontaminan atau pemasangan yang buruk. - Baja tahan karat austenitik memiliki ekspansi termal yang tinggi dan konduktivitas termal yang rendah; kontrol distorsi dan desain sambungan sangat penting.
Indeks kemampuan pengelasan empiris yang berguna (interpretasikan secara kualitatif): - Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Nilai $CE_{IIW}$ yang lebih tinggi menunjukkan kemampuan pengerasan yang lebih besar dan peningkatan risiko retak pada baja di mana transformasi martensitik relevan; untuk baja tahan karat austenitik, ini membantu membandingkan efek relatif dari kandungan paduan pada perilaku HAZ las. - Angka setara ketahanan pitting (untuk baja tahan karat yang dipaduan) dan rumus Pcm yang umum digunakan untuk kecenderungan retak dingin: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Interpretasi: nilai $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan kerentanan yang berkurang terhadap retak las. Kandungan karbon yang lebih rendah dari 304L mengurangi kontribusi $P_{cm}$ dari karbon dibandingkan dengan 304.
Panduan kualitatif: - Gunakan 304L untuk rakitan las besar, bagian tipis tanpa anneal pasca-las, atau ketika bagian tidak dapat dianil setelah pengelasan. - Jika fabrikasi mencakup annealing solusi penuh setelah pengelasan, 304 dapat diterima; 304 mungkin memberikan kekuatan yang sedikit lebih tinggi jika menguntungkan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik 304 maupun 304L bergantung pada oksida pasif kaya krom untuk ketahanan korosi di lingkungan ringan (atmosfer, banyak layanan makanan dan kimia). Keduanya tidak mengandung molybdenum dan dengan demikian kurang tahan terhadap pitting lokal di lingkungan kaya klorida dibandingkan dengan grade yang mengandung Mo.
- PREN (angka setara ketahanan pitting) umumnya digunakan untuk paduan yang mengandung Mo dan N untuk memperkirakan ketahanan terhadap pitting: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Untuk 304/304L, Mo ≈ 0, jadi PREN pada dasarnya adalah Cr + 16×N; indeks ini memiliki diskriminasi terbatas untuk grade ini karena komposisinya tidak mengandung Mo.
- Sensitisasi dan korosi intergranular: perbedaan praktis utama adalah bahwa 304L kurang rentan terhadap sensitisasi setelah pengelasan karena presipitasi karbida yang memerlukan karbon yang cukup besar kurang mungkin terjadi. Untuk layanan di mana korosi intergranular menjadi perhatian dan annealing solusi pasca-las tidak praktis, 304L lebih disukai.
- Perlindungan permukaan: karena tahan karat, tidak ada grade yang secara rutin memerlukan galvanisasi atau pengecatan untuk pencegahan korosi, tetapi kerusakan mekanis, paparan klorida yang agresif, atau lingkungan kimia yang parah mungkin memerlukan pelapisan, perlindungan katodik, atau penggantian dengan grade paduan yang lebih tinggi.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pembentukan: kedua grade membentuk dan menarik dengan baik dalam kondisi dianil; kekuatan 304L yang sedikit lebih rendah dapat membantu dalam operasi penarikan dalam atau pembentukan di mana meminimalkan retak dan pemulihan bermanfaat.
- Kemudahan pemesinan: baja tahan karat austenitik lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon karena pengerasan kerja yang cepat dan konduktivitas termal yang rendah. 304 dan 304L memiliki kemudahan pemesinan yang serupa; alat karbida dan parameter pemotongan yang terkontrol disarankan. Varian sulfurized yang mudah dipotong ada (misalnya, 303) untuk kemudahan pemesinan yang lebih baik tetapi dengan ketahanan korosi yang terkompromikan.
- Penyelesaian permukaan dan pemolesan: keduanya dapat dipoles dengan baik, dengan persiapan permukaan dan penyelesaian mekanis yang serupa.
- Fabrikasi pengelasan: 304L mengurangi risiko korosi pasca-las dalam rakitan yang dilas dan sering menghilangkan kebutuhan untuk anneal solusi hanya untuk memulihkan ketahanan korosi.
8. Aplikasi Tipikal
| 304 | 304L |
|---|---|
| Peralatan dapur, wastafel, peralatan, trim arsitektur | Wadah tekanan, pipa, dan tangki yang dilas dan tidak dianil solusi |
| Peralatan pendinginan dan pemrosesan makanan | Wadah penyimpanan kimia dan pipa di mana ketahanan korosi pasca-las diperlukan |
| Trim dekoratif otomotif | Struktur besar yang dilas, misalnya, tangki bahan bakar, di mana meminimalkan sensitisasi penting |
| Penukar panas di lingkungan ringan | Peralatan farmasi dan bioteknologi di mana pengelasan tanpa perlakuan panas pasca-las adalah hal yang umum |
Rasional pemilihan: pilih 304 ketika kekuatan mekanis yang sedikit lebih tinggi dan fabrikasi standar dengan kemungkinan annealing pasca-las dapat diterima dan ketika minimisasi biaya menjadi pendorong. Pilih 304L ketika pengelasan mendominasi jalur fabrikasi dan proyek tidak dapat atau tidak akan mencakup annealing solusi setelah pengelasan, atau ketika meminimalkan risiko korosi intergranular adalah wajib.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 304 umumnya sedikit lebih murah per kilogram dibandingkan dengan baja tahan karat yang distabilkan atau khusus; 304L mungkin memiliki premi marginal karena kontrol karbon yang lebih ketat, tetapi di banyak pasar perbedaan harga antara 304 dan 304L kecil.
- Ketersediaan: keduanya tersedia secara luas dalam bentuk plat, lembaran, gulungan, pipa, tabung, dan batang dari berbagai pabrik dan distributor global. Waktu tunggu biasanya pendek untuk bentuk produk standar; untuk volume besar atau penyelesaian permukaan khusus, konfirmasikan ketersediaan lebih awal dalam pengadaan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | 304 | 304L |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan (praktis) | Baik | Lebih baik untuk rakitan yang dilas, tidak dianil |
| Kekuatan–Ketangguhan (dianil) | Kekuatan sedikit lebih tinggi | Kekuatan sedikit lebih rendah, ketangguhan sebanding |
| Biaya | Sedikit lebih rendah atau sebanding | Sedikit lebih tinggi atau sebanding |
Rekomendasi: - Pilih 304 jika: - Anda memerlukan kekuatan tarik atau kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi dalam kondisi dianil dan annealing solusi penuh setelah fabrikasi direncanakan atau dapat dicapai. - Desain terutama difabrikasi dengan pengikat atau di mana pengelasan terbatas dan sensitivitas terhadap presipitasi karbida pasca-las rendah. - Pilih 304L jika: - Komponen akan dilas secara ekstensif dan tidak dapat dianil solusi setelahnya, atau jika meminimalkan risiko korosi intergranular di HAZ adalah persyaratan kunci. - Kondisi fabrikasi dan layanan melibatkan suhu atau paparan yang sebaliknya akan mendorong sensitisasi pada 304 yang memiliki karbon lebih tinggi.
Catatan praktis akhir: perbedaan kandungan karbon kecil tetapi berpengaruh untuk rakitan yang dilas dan paparan suhu tinggi. Untuk peralatan tekanan yang kritis terhadap keselamatan atau diatur oleh kode, selalu konfirmasikan pemilihan material terhadap standar atau kode yang berlaku (misalnya, ASME) dan tentukan bentuk produk yang diperlukan, perlakuan pasca-las, dan kriteria inspeksi dalam dokumen pengadaan.