304 vs 316 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
Stainless steel 304 dan 316 adalah dua dari jenis austenitik yang paling banyak ditentukan di industri. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali harus memutuskan antara keduanya saat menyeimbangkan ketahanan korosi, kemampuan fabrikasi/las, kebutuhan mekanis, dan biaya. Konteks keputusan yang umum termasuk pengolahan makanan dan peralatan dapur (di mana biaya dan kemampuan pembentukan penting) versus layanan maritim atau kimia (di mana ketahanan korosi klorida sangat penting).
Perbedaan metalurgi utama adalah bahwa 316 dicampur dengan molibdenum (dan sering kali memiliki kandungan nikel yang sedikit lebih tinggi), yang meningkatkan ketahanan terhadap korosi lokal—terutama serangan pitting dan celah di lingkungan yang mengandung klorida. Karena keduanya adalah stainless steel austenitik dengan kandungan kromium dan nikel dasar yang serupa, mereka sering dibandingkan untuk pilihan substitusi atau spesifikasi.
1. Standar dan Penunjukan
Standar internasional dan penunjukan umum untuk 304 dan 316 meliputi:
- ASTM/ASME: A240/A276/A312 (plat, batang, tabung masing-masing)
- EN: 1.4301 (304), 1.4401 (316) dan varian karbon rendah/stabil mereka (misalnya, 1.4307 = 304L, 1.4404 = 316L)
- JIS: SUS304, SUS316
- GB (Cina): 0Cr18Ni9 (sekitar 304), 0Cr17Ni12Mo2 (sekitar 316)
Klasifikasi: baik 304 maupun 316 adalah stainless steel (austenitik). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau kelas HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut merangkum rentang komposisi tipikal untuk kelas 304 dan 316 komersial umum (diannealing, kelas standar). Standar produk dan pemasok mungkin menentukan batas yang sedikit berbeda; varian yang distabilkan atau karbon rendah (misalnya, 304L, 316L, 316Ti, 316Nb) mengubah beberapa entri.
| Elemen | 304 (rentang tipikal, wt%) | 316 (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.08 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 0.75 | ≤ 0.75 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 17.0–19.0 | 16.0–18.0 |
| Ni | 8.0–10.5 | 10.0–14.0 |
| Mo | — (biasanya 0) | 2.0–3.0 |
| V | jejak (tidak ditentukan) | jejak (tidak ditentukan) |
| Nb | tidak ada (kecuali kelas yang distabilkan) | tidak ada (kecuali kelas yang distabilkan) |
| Ti | tidak ada (kecuali kelas yang distabilkan) | tidak ada (kecuali kelas yang distabilkan) |
| B | jejak / tidak ditentukan | jejak / tidak ditentukan |
| N | kecil, terkontrol (sering ≤ 0.1) | kecil, terkontrol (sering ≤ 0.1) |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja - Kromium (Cr) menyediakan film oksida pasif yang memberikan ketahanan korosi dasar pada stainless steel. - Nikel (Ni) menstabilkan fase kubik berpusat muka (austenitik), meningkatkan ketangguhan, keuletan, dan kinerja suhu rendah. - Molybdenum (Mo), yang ada di 316, meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan yang mengandung klorida dan meningkatkan ketahanan terhadap beberapa media kimia. - Kandungan karbon mempengaruhi kekuatan dan kerentanan terhadap sensitasi (presipitasi karbida) selama pemanasan/las; varian karbon rendah (304L, 316L) atau kelas yang distabilkan mengurangi sensitasi.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur - Baik 304 maupun 316 sepenuhnya austenitik pada suhu kamar (kubik berpusat muka, FCC) setelah proses annealing larutan standar. - Mikrostruktur biasanya terdiri dari austenit fase tunggal dengan kemungkinan jejak ferrit delta tergantung pada pemrosesan dan komposisi.
Respons perlakuan panas dan pemrosesan - Stainless steel austenitik pada dasarnya tidak dapat diperlakukan panas untuk penguatan dengan pendinginan dan tempering seperti baja ferritik/martensitik. Sifat mekanis terutama ditentukan oleh kerja dingin dan pengerasan kerja. - Proses termal umum: - Annealing larutan (biasanya sekitar 1.050–1.100 °C diikuti dengan pendinginan) melarutkan karbida dan mengembalikan ketahanan korosi dan keuletan. - Annealing pelepasan stres pada suhu lebih rendah digunakan secara selektif tetapi dapat berisiko presipitasi karbida jika ditahan dalam rentang sensitasi (~500–800 °C). - Sensitasi: paparan berkepanjangan dalam rentang 500–800 °C menyebabkan presipitasi karbida kromium di batas butir, mengurangi kromium di area yang berdekatan dan meningkatkan kerentanan terhadap korosi intergranular. Mitigasi: tentukan kelas karbon rendah (304L/316L) atau kelas yang distabilkan (TP347/316Ti) saat pengelasan atau ketika layanan melibatkan suhu yang dapat menyebabkan sensitasi. - Kerja dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan tetapi juga meningkatkan kerentanan terhadap korosi lokal jika deformasi merusak film pasif.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis tergantung pada bentuk produk (lembaran, plat, batang, kawat), perlakuan panas, dan kerja dingin. Tabel memberikan rentang tipikal yang dianailling, tersedia secara komersial; nilai tepat harus dikonfirmasi dari sertifikat material atau standar untuk pengadaan.
| Sifat (diannealing, tipikal) | 304 | 316 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (UTS) | ~480–620 MPa (rentang tipikal) | ~480–620 MPa (rentang tipikal) |
| Kekuatan luluh (0.2% offset) | ~190–310 MPa (bervariasi menurut produk) | ~190–310 MPa (bervariasi menurut produk) |
| Peregangan (A%) | ≥ 40% (ukuran tipis lebih tinggi) | ≥ 40% (ukuran tipis lebih tinggi) |
| Kekerasan (diannealing) | HB ~120–200 (tergantung pada pengerasan kerja) | HB ~120–200 (tergantung pada pengerasan kerja) |
Interpretasi - Kekuatan: Dalam kondisi dianailling, 304 dan 316 menunjukkan kekuatan tarik dan luluh yang sangat mirip; perbedaan dalam kekuatan biasanya kecil dibandingkan dengan efek dari kerja dingin atau bentuk produk. - Ketangguhan dan keuletan: Kedua kelas ini tangguh dan ulet pada suhu kamar dan suhu sub-nol berkat mikrostruktur austenitik yang stabil. 316 mungkin mempertahankan ketangguhan yang sedikit lebih baik dalam beberapa lingkungan suhu rendah atau sangat korosif karena paduannya, tetapi perbedaannya moderat. - Kekerasan: Keduanya relatif lunak dalam keadaan dianailling; kekerasan dapat meningkat secara substansial dengan kerja dingin.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las baik 304 maupun 316 umumnya sangat baik menggunakan proses pengelasan fusi standar (TIG, MIG, SMAW, dll.). Pertimbangan kunci:
- Tingkat karbon dan sensitasi: kandungan karbon mengontrol kerentanan terhadap korosi intergranular setelah pengelasan. Gunakan varian karbon rendah (304L, 316L) atau kelas yang distabilkan (misalnya, 316Ti) untuk pengelasan ukuran berat atau ketika annealing larutan pasca-las tidak praktis.
- Kekerasan dan kemampuan pengerasan: stainless steel austenitik memiliki kemampuan pengerasan yang rendah; pembentukan martensit di HAZ las tidak umum dibandingkan dengan baja ferritik.
- Indeks kemampuan las (kualitatif): rumus setara karbon membantu mengevaluasi risiko retak atau kemampuan pengerasan. Contoh indeks yang umum digunakan oleh insinyur adalah: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ dan $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretasi kualitatif: baik 304 maupun 316 menghasilkan las yang ulet dan tahan retak dengan prosedur yang tepat. Mo dan kandungan Ni yang lebih tinggi pada 316 dapat memerlukan perhatian pada pemilihan pengisi untuk mencocokkan kinerja korosi. Annealing larutan pasca-las atau penggunaan kelas karbon rendah/stabil yang diminimalkan mengurangi sensitasi.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
Kelas stainless - Film pasif Cr2O3 pada 304 dan 316 memberikan ketahanan korosi umum di udara dan banyak lingkungan akuatik. - Untuk korosi lokal (pitting, korosi celah) di lingkungan yang mengandung klorida, molibdenum adalah elemen paduan yang efektif. Gunakan angka setara ketahanan pitting (PREN) sebagai indeks perbandingan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Secara kualitatif, 316 (dengan Mo) akan memiliki PREN yang lebih tinggi daripada 304 dan dengan demikian ketahanan pitting yang lebih baik di media yang mengandung klorida. - Sensitasi dan korosi intergranular terjadi jika karbon bergabung dengan kromium di batas butir; kelas karbon rendah atau yang distabilkan mengurangi ini.
Baja non-stainless - Untuk baja karbon dan baja paduan rendah (tidak menjadi subjek perbandingan ini), metode perlindungan korosi termasuk galvanisasi, pengecatan, pelapisan polimer, atau perlindungan katodik. PREN tidak berlaku untuk logam non-stainless.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan pembentukan: 304 umumnya dianggap sedikit lebih mudah dibentuk dan ditarik daripada 316 dalam kondisi dianailling; keduanya banyak digunakan untuk penarikan dalam dan bentuk kompleks. Kerja dingin meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi keuletan.
- Kemudahan pemesinan: Stainless steel austenitik lebih sulit untuk diproses daripada baja karbon karena pengerasan kerja dan ketangguhan. 316, karena Mo dan nikel yang lebih tinggi, sering kali lebih sulit diproses daripada 304 dan dapat menghasilkan keausan alat yang cepat; gunakan alat tajam, pengaturan yang kaku, umpan positif, dan pendingin yang sesuai.
- Penyelesaian permukaan: keduanya menerima penyelesaian mekanis dan elektropolishing standar. 316 sering kali lebih disukai di mana elektropolishing dan pasivasi akan diandalkan di lingkungan klorida.
- Panduan pembentukan dan pengelasan: hindari overheating dan penahanan lama dalam rentang 500–800 °C untuk mencegah sensitasi; rencanakan urutan las dan pemilihan material pengisi untuk menjaga kinerja korosi.
8. Aplikasi Tipikal
| 304 — Penggunaan Tipikal | 316 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Peralatan dapur, wastafel, peralatan pengolahan makanan (non-klorida) | Perangkat keras maritim, pompa, katup, dan fitting yang terpapar air laut |
| Trim arsitektur dan pegangan dalam ruangan | Peralatan kimia dan petrokimia yang menangani klorida atau asam |
| Peralatan minuman dan susu | Perangkat farmasi dan medis di mana ketahanan klorida diperlukan |
| Pengikat (penggunaan interior), panel dekoratif | Penukar panas, tabung kondensor di pabrik maritim atau pesisir |
| Trim otomotif dan komponen interior | Platform lepas pantai, komponen pembuatan kapal, infrastruktur pesisir |
Alasan pemilihan - Pilih 304 ketika layanan tidak melibatkan serangan klorida yang signifikan dan biaya serta kemampuan pembentukan adalah prioritas. - Pilih 316 ketika layanan mencakup paparan terhadap air laut, garam, atau bahan kimia kaya klorida di mana ketahanan pitting dan celah yang lebih baik diperlukan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 316 biasanya lebih mahal daripada 304 karena molibdenum dan sering kali nikel yang lebih tinggi meningkatkan biaya material. Perbedaan harga bervariasi dengan fluktuasi pasar di Ni dan Mo.
- Ketersediaan: 304 lebih banyak disimpan dalam berbagai bentuk produk (lembaran, plat, batang, pengikat) dan ketebalan. 316 tersedia secara luas tetapi mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama atau jumlah pesanan minimum yang lebih tinggi untuk beberapa bentuk produk khusus (misalnya, tabung seamless diameter besar atau plat berat).
- Catatan pengadaan: tentukan kelas yang tepat, bentuk produk, dan varian karbon rendah atau stabil saat memesan untuk menghindari substitusi yang dapat merusak kinerja korosi.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif)
| Aspek | 304 | 316 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Sangat baik (gunakan 304L atau stabilisasi sesuai kebutuhan) | Sangat baik (gunakan 316L atau stabilisasi sesuai kebutuhan) |
| Kekuatan–Ketangguhan | Baik; mirip dengan 316 dalam keadaan dianailling | Baik; mirip dengan 304 dalam keadaan dianailling; mempertahankan ketangguhan di lingkungan korosif |
| Ketahanan korosi (umum) | Baik | Lebih baik di lingkungan klorida/pitting karena Mo |
| Kemampuan pembentukan | Sedikit lebih baik untuk penarikan dalam | Sedikit kurang dapat dibentuk; lebih baik untuk layanan korosi yang parah |
| Kemudahan pemesinan | Sedikit lebih mudah daripada 316 | Sedikit lebih menantang; pengerasan kerja lebih banyak |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi (kandungan Mo dan Ni meningkatkan biaya) |
Kesimpulan dan rekomendasi - Pilih 304 jika: - Aplikasi berada di dalam ruangan atau melibatkan layanan non-klorida (peralatan makanan, penyelesaian arsitektur) di mana ketahanan korosi umum, biaya lebih rendah, dan kemampuan pembentukan yang baik adalah prioritas. - Anda menginginkan ketersediaan maksimum di seluruh bentuk dan ukuran produk dengan biaya material yang lebih rendah. - Pilih 316 jika: - Lingkungan layanan mencakup klorida, air laut, garam, atau media kimia yang mempromosikan pitting dan korosi celah. - Umur yang lebih lama di lingkungan agresif, pengurangan pemeliharaan, atau keandalan material yang lebih tinggi membenarkan biaya material yang lebih tinggi. - Anda memerlukan kinerja yang lebih baik dalam rakitan yang dilas di mana ketahanan korosi lokal di area las sangat penting (dan Anda memilih opsi karbon rendah/stabil yang sesuai sesuai kebutuhan).
Tip pengadaan akhir: Selalu tentukan varian kelas yang tepat (misalnya, 304L, 316L, 316Ti), bentuk produk, penyelesaian permukaan, dan persyaratan pengujian atau sertifikasi. Untuk lingkungan kritis atau agresif, pertimbangkan pengujian korosi laboratorium, uji lapangan, atau kualifikasi material untuk memvalidasi pemilihan kelas untuk layanan yang dimaksud.