304 vs 305 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Grades 304 dan 305 adalah baja tahan karat austenitik yang banyak digunakan di berbagai aplikasi pemrosesan, peralatan, arsitektur, dan industri. Insinyur dan tim pengadaan biasanya mempertimbangkan ketahanan korosi, kemampuan dibentuk, kemampuan pengelasan, dan biaya saat memilih di antara keduanya. Dilema pemilihan biasanya berfokus pada apakah suatu proyek membutuhkan kemampuan dibentuk yang lebih tinggi dan laju pengerasan kerja yang lebih rendah dari satu paduan dibandingkan dengan sifat yang luas, seimbang, dan ketersediaan yang umum dari yang lainnya.

Perbedaan praktis utama adalah bahwa 305 dipadu untuk meningkatkan duktilitas dan kemudahan pembentukan dingin relatif terhadap 304 (terutama melalui strategi nikel yang lebih tinggi dan kontrol karbon serta nitrogen yang terkait). Perbedaan ini mendorong kinerja yang terpisah dalam penarikan dalam, pembentukan regangan, dan beberapa operasi pemesinan, sementara ketahanan korosi secara keseluruhan dan stabilitas suhu tinggi tetap serupa. Karena adanya tumpang tindih dalam kandungan kromium dan besi dasar, 304 dan 305 sering dibandingkan ketika desainer menginginkan pembentukan yang lebih baik tanpa meninggalkan kinerja korosi tujuan umum.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar internasional umum:
• ASTM/ASME: 304 biasanya sesuai dengan ASTM A240/A666, UNS S30400; 305 sesuai dengan ASTM A240 (jika ditentukan) dan UNS S30500.
• EN: 304 ≈ EN 1.4301 (X5CrNi18-10); 305 ≈ EN 1.4303 (X8CrNi21-7? — catatan: ekuivalen EN langsung bervariasi berdasarkan kimia yang tepat; konsultasikan standar spesifik).
• JIS: 304 ≈ SUS304; 305 ≈ SUS305 (jika digunakan).
• GB (Cina): Penunjukan GB/T mencerminkan kimia internasional (konsultasikan tabel GB/T terbaru untuk kecocokan yang tepat).
• Klasifikasi: Baik 304 maupun 305 adalah baja tahan karat austenitik (keluarga tahan karat), bukan baja karbon atau HSLA. Mereka non-magnetik (dalam kondisi annealed) dan bukan baja alat.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini menunjukkan rentang komposisi tipikal yang ditemukan dalam spesifikasi standar dan grade komersial. Batasan yang tepat tergantung pada standar dan bentuk produk spesifik; ini adalah rentang representatif untuk tujuan perbandingan.

Catatan: - 305 dicirikan terutama oleh kandungan nikel yang lebih tinggi dibandingkan dengan 304. Nikel menstabilkan fase austenitik, menurunkan laju hasil dan pengerasan kerja, serta meningkatkan duktilitas. - Karbon dikontrol untuk membatasi sensitisasi dan korosi intergranular; maksimum karbon yang diizinkan dapat berbeda antara spesifikasi produk dan mempengaruhi ketahanan korosi setelah fabrikasi. - Molybdenum dan elemen mikro paduan lainnya umumnya tidak ada dalam grade ini; jika ada pada tingkat jejak, mereka memiliki efek yang dapat diabaikan pada ketahanan korosi tipikal.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Kromium (Cr) menyediakan film oksida pasif yang memberikan ketahanan korosi umum. - Nikel (Ni) menstabilkan austenit dan meningkatkan ketangguhan serta duktilitas. Ni yang lebih tinggi di 305 menurunkan eksponen pengerasan regangan dan meningkatkan kemampuan penarikan dalam. - Karbon dan nitrogen meningkatkan kekuatan tetapi, jika berlebihan, dapat mempromosikan sensitisasi (presipitasi karbida kromium batas butir) yang merugikan ketahanan korosi intergranular kecuali diatasi dengan varian karbon rendah atau stabilisasi.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur (tipikal): Baik 304 maupun 305 sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi annealed. Mereka tidak mengalami transformasi martensitik di bawah annealing normal; namun, kerja dingin yang parah dapat menginduksi martensit yang diinduksi regangan pada beberapa grade austenitik (304 lebih rentan dibandingkan 305 karena 305 memiliki Ni yang lebih tinggi dan energi kesalahan tumpukan yang lebih rendah).
• Perlakuan panas: Baja tahan karat austenitik tidak dikeraskan dengan pendinginan dan tempering. Rute pemrosesan standar termasuk annealing (anneal larutan pada ~1010–1120°C diikuti dengan pendinginan cepat) untuk mengembalikan duktilitas dan melarutkan karbida.
• Pekerjaan dingin: Pengerasan kerja meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi duktilitas. Karena 305 memiliki kandungan nikel yang lebih tinggi, ia mengeras lebih lambat dan menawarkan kemampuan dibentuk yang lebih baik untuk penarikan dalam, pembentukan regangan, dan pembentukan gulungan.
• Perlakuan termo-mekanis: Tidak ada grade yang biasanya dikenakan normalisasi atau pendinginan–tempering untuk kekuatan; penyesuaian sifat mekanik dicapai melalui siklus kerja dingin dan annealing larutan.

4. Sifat Mekanis

Sifat mekanis di bawah ini adalah tipikal untuk bentuk pelat/lembaran yang telah annealed dan harus dikonfirmasi terhadap sertifikat material untuk panas dan bentuk produk tertentu.

Interpretasi: - Kedua grade menawarkan ketangguhan tinggi dan duktilitas baik dalam kondisi annealed. 305 cenderung menunjukkan kekuatan hasil yang sedikit lebih rendah dan perpanjangan yang lebih baik — ini adalah niat desain untuk memfasilitasi operasi pembentukan. - Kekuatan dalam baja tahan karat austenitik ini sangat dipengaruhi oleh kerja dingin daripada perlakuan panas; desainer harus menentukan sifat mekanik yang diperlukan dalam dokumen kontrak.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan baja tahan karat austenitik umumnya sangat baik dibandingkan dengan grade ferritik, tetapi perhatian terhadap distorsi, sensitisasi, dan sifat pasca pengelasan diperlukan.

Indeks empiris yang berguna: - Karbon Setara ($CE_{IIW}$) untuk menilai secara kualitatif kerentanan terhadap retak dingin dan efek pengerasan: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Pcm (untuk memprediksi kerentanan retak dingin dalam pengelasan baja—kurang umum diterapkan pada stainless, tetapi berguna dalam diskusi kualitatif): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Interpretasi kualitatif: - Baik 304 maupun 305 mudah dilas dengan logam pengisi umum (misalnya, keluarga 308L/309L untuk 304). Karena 305 memiliki nikel yang lebih tinggi, ia cenderung bahkan kurang rentan terhadap retak pembekuan dan mempertahankan duktilitas di zona yang terpengaruh panas. - Kontrol karbon penting untuk menghindari sensitisasi; varian karbon rendah (304L) ditentukan saat mengelas bagian besar tanpa anneal larutan pasca pengelasan. - Annealing pasca pengelasan umumnya tidak diperlukan untuk sebagian besar lingkungan layanan; namun, praktik terbaik untuk pengurangan stres dan pembersihan berlaku. - Untuk aplikasi kritis, pilih paduan pengisi untuk mencocokkan sifat korosi dan mekanik; konsultasikan kode pengelasan dan lembar data logam pengisi.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Korosi umum: Dengan kandungan kromium yang serupa, 304 dan 305 memiliki ketahanan yang secara luas serupa terhadap korosi atmosfer umum, asam industri makanan, dan banyak bahan kimia organik dan anorganik.
• Korosi pitting/crevice: Keduanya tidak mengandung molybdenum yang signifikan; untuk lingkungan kaya klorida, grade 316 atau paduan PREN yang lebih tinggi lebih disukai.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) berguna untuk baja tahan karat yang mengandung molybdenum: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Karena Mo ≈ 0 dan N rendah di 304 dan 305, PREN rendah dan indeks menawarkan sedikit keuntungan di sini — keduanya tidak direkomendasikan untuk layanan klorida agresif tanpa langkah perlindungan.
• Perlindungan permukaan untuk baja non-tahan karat: Tidak berlaku di sini; keduanya adalah tahan karat. Ketika perlindungan tambahan diperlukan, pasivasi, elektropolishing, dan pelapisan dapat diterapkan.
• Sensitisasi: Kontrol karbon (dan penggunaan varian karbon rendah) atau annealing larutan mengurangi risiko korosi intergranular setelah pengelasan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Dibentuk

• Kemampuan dibentuk: 305 dirancang untuk meningkatkan kinerja penarikan dalam dan pembentukan regangan. Nikel yang lebih tinggi menurunkan laju pengerasan kerja, memungkinkan deformasi satu langkah yang lebih besar dan lebih sedikit anneal perantara.
• Kemudahan pemesinan: Baik 304 maupun 305 lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja karbon. Laju pengerasan kerja yang lebih rendah pada 305 dapat membuat beberapa operasi pemesinan lebih mudah (tekanan alat yang berkurang dan kecenderungan untuk pengerasan cepat yang berkurang), tetapi tidak ada yang bersaing dengan grade pemotongan bebas (misalnya, 303). Gunakan alat tajam, umpan yang sesuai, dan pelumasan.
• Pembengkokan dan embossing: 305 umumnya menghasilkan bengkokan yang lebih halus dengan sedikit pemulihan dan retak pada pekerjaan lembaran yang tipis.
• Finishing permukaan dan pembentukan: 305 mengurangi risiko kekasaran permukaan selama pembentukan; untuk finishing yang terlihat berkualitas tinggi, pilih finishing permukaan yang sesuai dan kontrol alat untuk menghindari galling.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih 304 ketika kinerja korosi yang luas, ketersediaan, dan sifat mekanik yang seimbang adalah yang utama. Ini adalah standar industri untuk stainless tujuan umum. - Pilih 305 ketika penarikan dalam, pembentukan regangan, dan duktilitas unggul mengurangi langkah-langkah manufaktur atau limbah; 305 dapat menurunkan biaya pemrosesan untuk komponen yang dibentuk kompleks meskipun biaya material sedikit lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Karena 305 biasanya mengandung lebih banyak nikel, biasanya harganya lebih tinggi per kilogram dibandingkan 304, dengan semua hal lain sama. Volatilitas pasar nikel mendorong perbedaan biaya relatif.
• Ketersediaan: 304 adalah baja tahan karat austenitik yang paling umum disimpan dan tersedia secara luas dalam bentuk lembaran, pelat, pipa, tabung, kawat, dan batang. 305 tersedia dalam bentuk umum (lembaran, strip, gulungan) tetapi mungkin tidak disimpan secara luas dalam semua bentuk produk dan ketebalan; waktu tunggu bisa lebih lama untuk bentuk khusus.
• Tip pengadaan: Untuk bagian yang dicetak dalam volume tinggi, tentukan 305 hanya jika penghematan pembentukan hilir mengimbangi biaya material per unit yang lebih tinggi. Untuk fabrikasi satu kali atau volume rendah, keuntungan pasokan 304 sering mendominasi.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Kesimpulan: - Pilih 304 jika Anda membutuhkan baja tahan karat austenitik yang umum, tersedia luas, dan hemat biaya dengan ketahanan korosi yang baik serta sifat pembentukan/pengelasan konvensional. - Pilih 305 jika proses manufaktur memerlukan kemampuan pembentukan dingin yang unggul, penarikan dalam, atau pengurangan pemulihan dan pengerasan kerja; 305 dapat mengurangi langkah pembentukan dan limbah dalam bagian yang dicetak atau dibentuk dalam volume tinggi meskipun harga material lebih tinggi.

Panduan praktis akhir: - Verifikasi batasan kimia dan mekanik yang tepat dengan laporan uji pabrik pemasok dan standar yang relevan (ASTM/EN/GB/JIS) sebelum pemilihan akhir. - Untuk komponen yang dilas, terpapar klorida, atau sangat terbebani, evaluasi paduan alternatif (misalnya, 316, grade duplex) atau perlakuan pasca-fabrikasi daripada mengandalkan perbedaan marginal antara 304 dan 305.