304 vs 316Ti – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Baja tahan karat austenitik 304 dan 316Ti adalah dua paduan yang paling sering ditentukan dalam peralatan proses, pipa, arsitektur, dan komponen yang dibuat. Insinyur dan profesional pengadaan biasanya mempertimbangkan trade-off antara ketahanan korosi, perilaku fabrikasi, biaya material, dan kinerja jangka panjang saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih kelas untuk lingkungan yang sedikit korosif di mana biaya dan kemampuan dibentuk penting (menguntungkan 304), versus layanan korosif atau suhu tinggi di mana sensitisasi atau ketahanan terhadap pitting sangat penting (menguntungkan varian 316 yang distabilkan).

Perbedaan metalurgi utama adalah bahwa 316Ti adalah versi stabilisasi titanium dari keluarga 316: titanium ditambahkan secara sengaja untuk mengikat karbon sebagai titanida (TiC/TiN) dan menghambat presipitasi karbida kromium (sensitisasi) di batas butir. Stabilisasi tersebut meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular setelah terpapar siklus termal yang sensitisasi dan dapat meningkatkan stabilitas suhu tinggi, sambil mempertahankan sifat umum baja tahan karat 316.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar umum:
• ASTM / ASME: Tipe 304 (UNS S30400), Tipe 316Ti (UNS S31635)
• EN: 304 (1.4301), 316Ti (1.4571)
• JIS: SUS304, SUS316Ti
• GB (Cina): 0Cr18Ni9 (304), 0Cr17Ni12Mo2Ti (316Ti)
• Kelas material: Keduanya adalah baja tahan karat austenitik (tahan karat, non-magnetik dalam kondisi annealed). Mereka bukan baja karbon maupun HSLA; mereka termasuk dalam keluarga paduan tahan karat yang ditujukan untuk ketahanan korosi dan kemampuan dibentuk daripada pengerasan melalui quench/temper.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Catatan: - Rentang di atas mencerminkan spesifikasi industri umum (EN/ASTM/JIS) dan praktik komersial tipikal. Rentang yang diizinkan secara tepat tergantung pada standar dan bentuk produk. - 316Ti berbeda dari 316 standar terutama karena penambahan titanium yang disengaja dalam jumlah yang biasanya terkait dengan kandungan karbon (cukup Ti untuk bergabung dengan karbon bebas).

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Kromium (Cr) menyediakan film oksida pasif untuk ketahanan korosi. Kromium yang lebih tinggi meningkatkan ketahanan korosi umum dan ketahanan pengendapan pada suhu tinggi. - Nikel (Ni) menstabilkan fase austenitik, meningkatkan ketangguhan dan keuletan, serta mengurangi respons magnetik. - Molybdenum (Mo) dalam 316Ti meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan yang mengandung klorida. - Titanium (Ti) dalam 316Ti mengikat karbon untuk membentuk karbida/nitrida titanium, mencegah pembentukan karbida kromium di batas butir dan dengan demikian mengurangi sensitisasi dan korosi intergranular setelah terpapar panas. - Karbon (C) meningkatkan kekuatan (ketika tidak distabilkan) tetapi memperburuk sensitisasi dalam rentang 450–850°C kecuali distabilkan atau dijaga rendah (seperti pada 316L).

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Keduanya 304 dan 316Ti sepenuhnya austenitik dalam kondisi annealed. Pertimbangan mikrostruktural:

• 304: mikrostruktur annealed adalah austenit dengan kimia batas butir yang terdistribusi secara merata. Ketika terpapar suhu sensitisasi (~450–850°C) atau pendinginan lambat, karbida kromium (Cr23C6) dapat mengendap di batas butir jika karbon tersedia, menyebabkan pengurangan kromium lokal dan membuat baja rentan terhadap korosi intergranular. Pekerjaan dingin dapat memperkenalkan martensit yang diinduksi regangan dalam 304, mempengaruhi respons magnetik dan kekerasan lokal.

• 316Ti: juga austenitik, tetapi titanium mengikat karbon sebagai presipitat TiC/TiN atau Ti(C,N), yang lebih stabil dan terbentuk pada suhu lebih tinggi daripada karbida kromium. Ini membantu mencegah pengurangan kromium selama ekskursi termal dan siklus pengelasan. Namun, jika Ti tidak seimbang dengan C (Ti tidak cukup), karbida masih dapat terbentuk. Paparan berlebihan pada suhu yang sangat tinggi dapat menciptakan presipitat lain (fase sigma) yang dapat membuat paduan menjadi rapuh jika ditahan dalam rentang 600–900°C untuk waktu yang lama; stabilisasi termal saja tidak menghilangkan semua mekanisme kerapuhan suhu tinggi.

Respons perlakuan panas: - Annealing larutan (praktik standar) mengembalikan keuletan dan melarutkan presipitat yang tidak diinginkan: suhu anneal larutan tipikal untuk baja tahan karat austenitik biasanya berada dalam rentang $1010–1150^\circ\text{C}$ (konsultasikan standar yang berlaku). Pendinginan cepat (air atau udara) digunakan untuk mempertahankan keadaan larutan. - Baik 304 maupun 316Ti tidak merespons quench-dan-temper untuk penguatan seperti baja ferritik atau martensitik. Pekerjaan dingin meningkatkan kekuatan (penguatan kerja) tetapi mengurangi keuletan. - Pemrosesan termo-mekanik (penggulungan dingin, siklus annealing) mengontrol ukuran butir dan sifat mekanik untuk produk lembaran dan strip.

4. Sifat Mekanik

*Nilai bervariasi dengan bentuk produk (lembaran, pelat, batang, kerja dingin) dan temper yang tepat. Konsultasikan standar spesifik atau sertifikat uji pabrik untuk nilai mekanik yang dijamin.

Interpretasi: - Dalam keadaan annealed, kedua kelas memiliki kekuatan dan ketangguhan yang sebanding. Pekerjaan dingin meningkatkan kekuatan untuk keduanya; 316Ti dapat menunjukkan kekuatan yang sedikit lebih tinggi dalam beberapa kondisi karena paduannya tetapi perbedaannya modest. Ketangguhan umumnya sangat baik untuk keduanya karena mikrostruktur austenitik.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las: - Baik 304 maupun 316Ti mudah dilas dengan metode peleburan dan resistensi yang umum. Kandungan karbon yang relatif rendah membatasi pengerasan selama pengelasan, tetapi sensitisasi dapat terjadi pada 304 dan 316 yang tidak distabilkan jika siklus termal las menghasilkan presipitasi karbida. - Stabilisasi titanium pada 316Ti membuatnya lebih toleran terhadap input panas las dan pendinginan pasca-las yang sebaliknya akan mensensitisasi kelas yang tidak distabilkan; sering kali ditentukan untuk komponen yang dilas yang dimaksudkan untuk layanan suhu tinggi atau di mana pelepasan stres pasca-las tidak praktis.

Indeks kemampuan las yang berguna (hanya untuk penggunaan kualitatif): - Karbon Ekivalen (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (kerentanan retak dingin atau creep): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi: Kedua indeks meningkat dengan elemen paduan yang mempromosikan kemampuan pengerasan atau segregasi. 316Ti akan menunjukkan Pcm yang sedikit berbeda karena Ti dan Mo; namun, untuk komposisi baja tahan karat austenitik yang tipikal, CE dan Pcm tetap rendah dibandingkan dengan baja karbon tinggi dan tidak membatasi kemampuan las dalam aplikasi biasa. Praktik pra- dan pasca-las (pembersihan, pengendalian input panas, pemilihan pengisi) penting untuk menghindari korosi lokal dan untuk mencocokkan sifat mekanik.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Perilaku tahan karat: keduanya bergantung pada film oksida kromium pasif. 316Ti menawarkan ketahanan yang lebih baik terhadap pitting klorida dan korosi celah dibandingkan 304 karena kandungan Mo.

• Penggunaan PREN (Angka Ekivalen Ketahanan Pitting) membantu membandingkan kerentanan terhadap serangan lokal: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Interpretasi: PREN yang lebih tinggi menunjukkan ketahanan pitting yang lebih baik. 316Ti, yang memiliki Mo, akan memiliki PREN yang lebih tinggi daripada 304; kandungan nitrogen juga berkontribusi jika ada.

• Sensitisasi: 304 dapat rentan terhadap korosi intergranular setelah terpapar suhu sensitisasi. 316Ti menahan sensitisasi karena Ti secara preferensial membentuk karbida dan nitrida yang stabil, menjaga kromium dalam larutan padat di batas butir.

• Alternatif non-tahan karat: tidak berlaku di sini; metode perlindungan seperti galvanisasi atau pengecatan digunakan untuk baja karbon, bukan untuk kelas tahan karat.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Pembentukan dan penarikan dalam: 304 sering dipilih karena kemudahan pembentukan dan penarikan dalam karena laju pengerasan kerja yang sedikit lebih rendah dan keuletan yang baik.
• Kemampuan mesin: Baja tahan karat austenitik lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon. 316Ti (seperti 316) biasanya lebih sulit diproses dibandingkan 304 karena kandungan paduan yang lebih tinggi (Mo, Ni) dan kecenderungan untuk mengeras; alat, kecepatan, dan umpan harus disesuaikan.
• Penyelesaian permukaan: keduanya dapat dipoles dan dipasivasi dengan baik; peledakan bead dan elektropolishing adalah umum. Untuk rakitan yang dilas, 316Ti mengurangi kebutuhan untuk annealing larutan pasca-las untuk mengurangi sensitisasi dibandingkan dengan 316 atau 304 yang tidak distabilkan, meskipun pembersihan lokal dan pasivasi masih diperlukan untuk kinerja korosi yang optimal.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih 304 untuk aplikasi umum di mana biaya, kemampuan dibentuk, dan ketahanan korosi yang dapat diterima di lingkungan non-klorida adalah pendorong utama. - Pilih 316Ti ketika layanan melibatkan paparan klorida, suhu tinggi, atau siklus pengelasan/termal yang dapat mensensitisasi paduan yang tidak distabilkan; biaya tambahan dibenarkan oleh peningkatan ketahanan korosi lokal dan stabilitas termal.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: 316Ti umumnya lebih mahal daripada 304 karena kandungan nikel, molibdenum yang lebih tinggi, dan penambahan titanium. Harga bervariasi dengan pasar logam komoditas (Ni, Mo) dan bentuk (batang, pelat, tabung).
• Ketersediaan: 304 banyak tersedia dalam berbagai bentuk produk dan sering kali merupakan baja tahan karat yang paling tersedia. 316Ti umumnya tersedia tetapi kurang umum dibandingkan 316/304 standar; waktu tunggu untuk produk 316Ti bersertifikat pabrik yang khusus dapat lebih lama untuk bentuk tertentu (misalnya, potongan besar yang ditempa atau pengikat khusus).

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Pilih 304 jika: - Aplikasi Anda adalah tujuan umum tanpa paparan klorida yang signifikan atau siklus termal yang berkepanjangan yang menyebabkan sensitisasi. - Kemampuan dibentuk, ketersediaan, dan biaya material yang lebih rendah adalah perhatian utama. - Kelas austenitik yang tidak distabilkan dapat diterima dan prosedur pengelasan/pasca-las standar dapat digunakan.

Pilih 316Ti jika: - Layanan mencakup lingkungan klorida, media agresif, atau suhu tinggi di mana korosi lokal atau sensitisasi menjadi perhatian. - Komponen akan menjalani pengelasan atau siklus termal dan Anda menginginkan ketahanan yang lebih baik terhadap serangan intergranular tanpa perlakuan panas pasca-las yang ekstensif. - Umur panjang dan kinerja korosi membenarkan biaya material yang lebih tinggi dan pemrosesan yang sedikit lebih menantang.

Catatan akhir: kinerja dan kesesuaian yang tepat tergantung pada kondisi layanan spesifik, geometri komponen, bentuk produk, dan kode industri yang berlaku. Selalu verifikasi komposisi dan jaminan mekanik dengan sertifikat uji pabrik dan konsultasikan dengan spesialis korosi untuk lingkungan yang agresif atau tidak biasa.