304 vs 316L – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Type 304 dan 316L adalah dua jenis stainless steel austenitik yang paling umum ditentukan dalam industri. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin mempertimbangkan ketahanan korosi, karakteristik fabrikasi, kemampuan pengelasan, kinerja mekanis, dan biaya siklus hidup saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk peralatan layanan makanan dan finishing arsitektur (di mana biaya dan penampilan penting) dibandingkan dengan lingkungan laut atau pemrosesan kimia (di mana ketahanan terhadap klorida/korosi pitting dan kinerja korosi jangka panjang sangat penting).
Secara umum, perbedaan praktis utama adalah strategi paduan: 316L mengandung molibdenum dan keseimbangan nikel/krim yang sedikit berbeda serta karbon yang lebih rendah dibandingkan 304, yang secara material meningkatkan ketahanan terhadap korosi yang disebabkan oleh klorida sambil meningkatkan biaya material. Karena perbedaan ini, 304 dan 316L dibandingkan setiap kali desainer menyeimbangkan ketahanan korosi, perilaku fabrikasi/pengelasan, persyaratan mekanis, dan anggaran.
1. Standar dan Penunjukan
Standar internasional umum dan pengenal tipikal untuk setiap grade:
- ASTM/ASME
- 304: ASTM A240 (plat), A276 (batang), UNS S30400
- 316L: ASTM A240 (plat), A276 (batang), UNS S31603
- EN (Eropa)
- 304: EN 1.4301
- 316L: EN 1.4404
- JIS (Jepang)
- 304: SUS304
- 316L: SUS316L
- GB (Cina)
- 304: 06Cr19Ni10 (atau setara)
- 316L: 0Cr17Ni12Mo2 (atau setara)
Klasifikasi: baik 304 maupun 316L adalah stainless steel (keluarga austenitik). Mereka bukan baja karbon, baja alat, baja paduan, atau HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut memberikan rentang komposisi tipikal (persentase berat %) yang umum ditemukan dalam spesifikasi ASTM/EN atau lembar data industri. Nilai adalah rentang dan tergantung pada standar/bentuk produk tertentu.
| Elemen | 304 (rentang tipikal, wt%) | 316L (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.03 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 17.5–19.5 (≈18%) | 16.0–18.0 (≈16–17%) |
| Ni | 8.0–10.5 (≈8–10%) | 10.0–14.0 (≈10–12%) |
| Mo | — (jejak) | 2.0–3.0 |
| V | jejak | jejak |
| Nb (Cb) | — | jejak (tidak umum untuk 316L) |
| Ti | — | jejak (tidak umum untuk 316L) |
| B | jejak | jejak |
| N | ≤ 0.10 (jika ditentukan) | ≤ 0.10 (jika ditentukan) |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Kromium (Cr) menyediakan film oksida pasif yang mendefinisikan perilaku stainless; kedua grade memiliki cukup Cr untuk ketahanan korosi umum. - Nikel (Ni) menstabilkan fase austenitik dan meningkatkan ketangguhan serta kemampuan bentuk. - Molybdenum (Mo) dalam 316L secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah dalam lingkungan yang mengandung klorida. - Pengurangan karbon (C) dalam 316L (penunjukan "L") mengurangi sensitisasi selama pengelasan dan mengurangi kerentanan terhadap korosi intergranular. - Unsur minor dan nitrogen dapat digunakan dalam beberapa spesifikasi untuk menyesuaikan kekuatan dan ketahanan korosi lokal.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - Baik 304 maupun 316L sepenuhnya austenitik (kubus berpusat wajah) dalam kondisi annealed pada suhu kamar. Mereka umumnya tidak berubah menjadi ferit atau martensit selama siklus termal normal, kecuali ketika dikerjakan dingin secara berat (yang dapat menginduksi martensit regangan secara lokal di 304).
Respons perlakuan panas/proses: - Stainless steel austenitik tidak dikeraskan oleh perlakuan panas quench-and-temper konvensional. Annealing (solusi anneal pada ~1000–1150 °C tergantung pada spesifikasi) diikuti dengan pendinginan cepat mengembalikan mikrostruktur austenitik yang telah diperlakukan solusi dan melarutkan karbida. - Sensitisasi (presipitasi karbida kromium di batas butir) terjadi jika bagian-bagian ditahan kira-kira antara 425–850 °C selama pengelasan atau perlakuan panas. Karbon yang lebih rendah (316L) mengurangi risikonya. - Pemrosesan termo-mekanis (pekerjaan dingin + solusi anneal) mengontrol struktur butir dan sifat mekanis; pekerjaan dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan tetapi juga meningkatkan tegangan sisa dan dapat meningkatkan kerentanan terhadap korosi lokal jika film pasif permukaan terganggu. - Normalisasi tidak berlaku untuk memperkuat grade austenitik; solusi anneal adalah standar untuk menghilangkan pengerasan regangan dan mengembalikan ketahanan korosi.
4. Sifat Mekanis
Tabel di bawah ini mencantumkan nilai mekanis tipikal untuk bentuk produk yang telah di-anneal (lembar/plat/batang). Rentang sifat tergantung pada bentuk produk (dikerjakan dingin vs dikerjakan panas vs ditempa) dan ketebalan.
| Sifat (annealed, tipikal) | 304 | 316L |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (MPa) | ~515–720 | ~485–690 |
| Kekuatan Luluh, 0.2% (MPa) | ~205–310 | ~170–300 |
| Peregangan (A %, tipikal) | ~40–60% | ~40–60% |
| Kekerasan Dampak (Charpy V, suhu kamar) | Baik; umumnya tinggi | Sebanding atau sedikit lebih baik pada suhu rendah |
| Kekerasan (HB/HRB, tipikal annealed) | ~100–200 HB | ~95–190 HB |
Interpretasi: - Kedua grade bersifat duktil dan tangguh dalam kondisi annealed. 304 sering menunjukkan kekuatan tarik/luluh nominal yang sedikit lebih tinggi dalam bentuk produk tertentu, tetapi perbedaannya kecil dan tergantung pada bentuk produk. - Karbon yang lebih rendah pada 316L mengurangi risiko kerapuhan akibat presipitasi karbida dan meningkatkan kinerja setelah pengelasan. - Untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi, pekerjaan dingin atau paduan alternatif dipilih; austenitik ini dipilih terutama untuk ketahanan korosi dan kemampuan bentuk daripada kekuatan tinggi.
5. Kemampuan Pengelasan
Stainless steel austenitik umumnya termasuk dalam paduan yang paling mudah dilas. Pertimbangan utama dalam kemampuan pengelasan: - Kandungan karbon mempengaruhi sensitisasi; karbon yang lebih rendah pada 316L mengurangi presipitasi karbida selama siklus termal pengelasan, meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular tanpa perlakuan panas pasca pengelasan. - Stainless steel austenitik memiliki kemampuan pengerasan yang rendah dan tidak rentan terhadap retak dingin yang disebabkan oleh hidrogen yang terlihat pada baja karbon. Namun, mereka rentan terhadap distorsi karena konduktivitas termal yang rendah dan koefisien ekspansi termal yang tinggi.
Indeks kemampuan pengelasan yang berguna (hanya untuk penggunaan kualitatif): - Setara karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Rumus Pcm yang lebih komprehensif: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Baik 304 maupun 316L menghasilkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang rendah dibandingkan dengan baja karbon tinggi dan tinggi kekuatan, menunjukkan kemampuan pengelasan yang baik. Karbon yang lebih rendah pada 316L lebih lanjut mengurangi $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, menjadikannya lebih disukai untuk pengelasan bagian berat atau ketika desainer ingin menghindari perlakuan panas pasca pengelasan. - Pilihan pengisi umum: gunakan pengisi yang cocok (misalnya, 308L untuk 304, pengisi 316L/316 untuk 316L) untuk mempertahankan ketahanan korosi pada logam las. Untuk sambungan yang tidak serupa, pilih pengisi untuk menghindari titik lemah galvanik atau korosi.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Perilaku stainless: Keduanya bergantung pada film oksida kromium pasif untuk ketahanan korosi umum. Untuk lingkungan perendaman atau agresif yang mengandung klorida, molibdenum sangat menentukan.
- Angka Setara Ketahanan Pitting (PREN) adalah indikator umum ketahanan terhadap korosi lokal (pitting): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Implikasi PREN yang tipikal:
- 304: kekurangan Mo, PREN didorong terutama oleh Cr dan N; PREN yang lebih rendah berarti kerentanan yang lebih tinggi terhadap pitting di lingkungan klorida.
- 316L: Mo meningkatkan PREN, meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah dalam media yang mengandung klorida (air laut, garam, beberapa aliran proses kimia).
- Baja non-stainless: untuk konteks, baja karbon/paduan memerlukan perlindungan permukaan seperti galvanisasi, pelapisan, atau cat; PREN tidak berlaku untuk mereka.
Kelayakan: - Gunakan 304 untuk atmosfer, paparan kimia ringan, kontak makanan, dan lingkungan dalam ruangan. - Gunakan 316L di mana paparan terhadap klorida, atmosfer laut, atau bahan kimia halogenasi diharapkan, atau di mana komponen yang dilas akan tetap dalam kondisi layanan yang dapat mempromosikan sensitisasi.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan mesin: Austenitik mengeras saat dikerjakan; 316L biasanya lebih sulit dikerjakan dibandingkan 304 karena Mo mengurangi konduktivitas termal dan meningkatkan keausan alat dalam beberapa operasi. Gunakan alat yang tajam, umpan lambat dengan pendingin berat, dan alat karbida untuk keduanya.
- Kemampuan bentuk: Kedua grade sangat dapat dibentuk; 304 sering lebih disukai untuk penarikan dalam dan pekerjaan dekoratif karena kekuatan yang sedikit lebih tinggi dan duktilitas yang baik. 316L berkinerja baik dalam pembentukan dan lebih disukai ketika pengelasan berikutnya atau ketahanan korosi diprioritaskan.
- Penyelesaian permukaan: Keduanya dipoles untuk hasil estetika yang baik; 316L mungkin memerlukan pembersihan pasca pengelasan yang lebih hati-hati untuk mengembalikan film pasif dalam layanan korosif.
- Perhatikan springback: Austenitik memiliki modulus elastis yang relatif tinggi dan menunjukkan springback saat dibengkokkan; desain alat harus mempertimbangkan hal itu.
8. Aplikasi Tipikal
| 304 – Penggunaan Tipikal | 316L – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Peralatan dapur, wastafel, peralatan, peralatan pengolahan makanan (non-klorida) | Perangkat keras laut, perlengkapan kapal, pompa air laut, penukar panas |
| Trim arsitektur dan pegangan | Pipa proses kimia, tangki, dan perlengkapan yang terpapar klorida |
| Pengikat dan perangkat keras untuk penggunaan dalam ruangan | Peralatan farmasi dan medis (316L atau 316LVM untuk implan) |
| Peralatan minuman dan susu (di mana paparan klorida terbatas) | Konstruksi lepas pantai dan pesisir, penanganan garam |
Alasan pemilihan: - Pilih 304 ketika estetika, ketahanan korosi sedang, dan efisiensi biaya adalah pendorong utama dan paparan terhadap klorida terbatas. - Pilih 316L ketika layanan melibatkan klorida, ketahanan pitting/korosi celah yang lebih tinggi diperlukan, atau rakitan yang dilas harus tahan terhadap serangan intergranular tanpa perlakuan panas pasca pengelasan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: 316L lebih mahal daripada 304 karena tambahan Mo dan sering kali Ni yang lebih tinggi. Premi harga bervariasi dengan harga logam pasar (fluktuasi nikel dan molibdenum) dan faktor bentuk.
- Ketersediaan: Kedua grade tersedia secara luas di seluruh dunia dalam bentuk lembar, plat, tabung, batang, dan pipa. 304 biasanya adalah opsi stainless yang paling mudah didapat dan biaya terendah; 316L umumnya tersedia tetapi kadang-kadang kurang tersedia dalam ukuran atau finishing khusus.
- Catatan pengadaan: Saat menentukan 316L, konfirmasi waktu pengiriman dan stok dalam bentuk produk yang diperlukan (misalnya, tabung tanpa sambungan, tabung las, ukuran lembar).
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 304 | 316L |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Luar biasa (gunakan pengisi karbon rendah untuk rakitan yang dilas) | Luar biasa — unggul untuk pengelasan berat dan risiko sensitisasi yang lebih rendah |
| Kekuatan–Ketangguhan | Baik; sedikit lebih tinggi kekuatan nominal dalam beberapa bentuk | Ketangguhan sebanding; sedikit lebih rendah kekuatan luluh dalam beberapa bentuk tetapi ketangguhan yang sangat baik pada suhu rendah |
| Biaya | Lebih rendah (lebih ekonomis) | Lebih tinggi (premi harga untuk Mo/Ni) |
Rekomendasi: - Pilih 304 jika biaya dan ketahanan korosi umum adalah kebutuhan utama, untuk pekerjaan arsitektur dalam ruangan, peralatan layanan makanan (non-klorida), dan fabrikasi umum di mana penarikan dalam atau penyelesaian permukaan adalah kunci. - Pilih 316L jika korosi pitting/korosi celah yang disebabkan oleh klorida menjadi perhatian, jika rakitan yang dilas harus menghindari korosi intergranular tanpa perlakuan panas pasca pengelasan, atau ketika layanan bersifat laut, pemrosesan kimia, atau agresif lainnya. Gunakan 316L ketika biaya siklus hidup dan keandalan di lingkungan yang keras lebih penting daripada biaya material yang lebih tinggi.
Tip praktis akhir: konsultasikan standar material dan lembar data produk untuk komposisi dan sifat mekanis yang tepat dari bentuk material pemasok, dan evaluasi pengujian korosi (misalnya, pengujian ketahanan pitting atau polarisasi siklik) untuk aplikasi yang terpapar klorida yang kritis.