304 vs 347 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Type 304 dan Type 347 adalah dua dari stainless steel austenitik yang paling banyak digunakan di industri. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya mempertimbangkan trade-off antara biaya material awal, ketahanan terhadap korosi (terutama setelah pengelasan), kemampuan pengelasan, dan kekuatan saat digunakan saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk peralatan makanan dan minuman, jalur pemrosesan kimia, aplikasi arsitektur, dan rakitan yang dilas yang terpapar suhu tinggi.
Perbedaan metalurgi utama adalah bahwa Type 347 sengaja dipadu dengan elemen stabilisasi yang lebih suka bergabung dengan karbon, mencegah pembentukan karbida kromium selama pendinginan lambat atau pengelasan. Stabilisasi tersebut mengurangi risiko pengurangan kromium intergranular dan korosi terkait, yang merupakan alasan utama desainer membandingkan 304 dan 347 ketika pengelasan dan paparan suhu menjadi perhatian.
1. Standar dan Penunjukan
Standar utama dan penunjukan internasional umum:
- ASTM/ASME: Type 304 (UNS S30400), Type 347 (UNS S34700). Spesifikasi produk umum: ASTM A240 (plat, lembaran).
- EN: 1.4301 (304), 1.4550 / 1.4552 sering dirujuk untuk grade yang distabilkan (varian 347).
- JIS: SUS304 sesuai dengan 304; SUS347 sesuai dengan 347.
- GB (Cina): 0Cr18Ni9 (sekitar 304), 0Cr18Ni10Nb (sekitar 347).
Klasifikasi: keduanya adalah stainless steel (austenitik). Mereka bukan baja karbon, paduan, baja alat, atau baja HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut menunjukkan rentang komposisi tipikal (wt%) untuk grade komersial yang dinormalisasi. Rentang mencerminkan spesifikasi ASTM/EN umum dan praktik komersial; batasan yang tepat tergantung pada spesifikasi dan bentuk produk.
| Elemen | 304 (rentang tipikal, wt%) | 347 (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.08 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 0.75 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 18–20 | 17–19 |
| Ni | 8–10.5 | 9–13 |
| Mo | ~0 | ~0 |
| V | — jejak | — jejak |
| Nb (niobium) | — tidak signifikan | ~0.10–1.0 |
| Ti (titanium) | — tidak signifikan | kadang-kadang hadir dalam jumlah kecil pada varian khusus |
| B | — jejak | — jejak |
| N | ≤ ~0.10 | ≤ ~0.10 |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Kromium (Cr) memberikan karakter stainless dengan membentuk film oksida pasif. - Nikel (Ni) menstabilkan struktur austenitik dan meningkatkan ketangguhan serta kemampuan pembentukan. - Karbon (C) meningkatkan kekuatan tetapi dapat bergabung dengan Cr untuk membentuk karbida kromium di batas butir ketika didinginkan perlahan, menyebabkan pengurangan Cr lokal. - Niobium (Nb) dalam 347 mengikat karbon sebagai karbida niobium (NbC atau (Nb,Ti)C), mencegah presipitasi karbida kromium—ini adalah strategi stabilisasi utama dalam 347. - Molybdenum yang rendah atau tidak ada berarti kedua grade kurang tahan terhadap pitting klorida lokal dibandingkan dengan austenitik yang mengandung Mo.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - Kedua grade sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi dinormalisasi. Matriksnya ulet dengan ketangguhan tinggi pada suhu ambien dan sub-ambien. - Dalam 304, pendinginan lambat melalui rentang sensitisasi (sekitar 450–850 °C) dapat memungkinkan pembentukan karbida kaya kromium (Cr23C6) di batas butir, menghasilkan zona yang kekurangan kromium yang rentan terhadap korosi intergranular. - Dalam 347, niobium membentuk partikel karbida niobium atau karbonitrida yang stabil yang lebih suka mengkonsumsi karbon dan mencegah pembentukan Cr23C6 yang signifikan di batas butir. Ini menjaga kontinuitas kromium dan mengurangi serangan intergranular setelah pengelasan atau pendinginan lambat.
Respons perlakuan panas: - Stainless steel austenitik tidak dapat dikeraskan dengan cara quench-and-temper seperti baja feritik atau martensitik. Annealing larutan (biasanya sekitar 1.000–1.100 °C diikuti dengan pendinginan cepat) melarutkan presipitat dan mengembalikan ketahanan terhadap korosi. - Untuk 304: anneal larutan jika material telah terpapar suhu sensitisasi untuk melarutkan kembali karbida Cr dan kemudian pendinginan cepat untuk menghindari presipitasi kembali. - Untuk 347: stabilisasi mengurangi kebutuhan untuk annealing larutan untuk mencegah sensitisasi setelah pengelasan atau pendinginan lambat, meskipun annealing larutan masih digunakan untuk membersihkan presipitat yang dihasilkan dari fabrikasi atau untuk persyaratan sifat tertentu. - Pekerjaan dingin meningkatkan densitas dislokasi dan dapat menghasilkan pengerasan kerja yang signifikan; dalam beberapa keadaan, martensit yang diinduksi regangan dapat terbentuk dalam 304 selama deformasi dingin yang berat, meningkatkan kekuatan tetapi menurunkan keuletan. Grade yang distabilkan dapat menunjukkan perilaku pengerasan kerja yang sedikit berbeda tetapi tetap austenitik.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik yang dinormalisasi yang tipikal bervariasi dengan bentuk produk (lembaran, plat, batang) dan produsen. Tabel memberikan rentang representatif untuk kondisi dinormalisasi yang umum disuplai; pengguna harus menentukan pengujian sifat mekanik yang diperlukan untuk pengadaan.
| Sifat (dinormalisasi, tipikal) | 304 | 347 |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (UTS) | ~480–700 MPa | ~480–700 MPa |
| Kekuatan Luluh (0.2% offset) | ~205–310 MPa | ~205–310 MPa |
| Peregangan (dalam 50 mm) | ~40–60% | ~40–60% |
| Kekerasan Dampak (Charpy) | Luar biasa, mempertahankan ketangguhan pada suhu rendah | Luar biasa, mempertahankan ketangguhan pada suhu rendah |
| Kekerasan (Brinell/Rockwell B) | Sedang (lunak dalam keadaan dinormalisasi) | Mirip dengan 304 |
Interpretasi: - Dalam kondisi dinormalisasi, kedua grade memiliki sifat mekanik yang sangat mirip karena matriks dasarnya adalah stainless steel austenitik. Perbedaan dalam kekuatan atau ketangguhan biasanya kecil dan dipengaruhi oleh pekerjaan dingin, sejarah fabrikasi, atau tingkat paduan tertentu (misalnya, sedikit lebih tinggi Ni pada beberapa varian 347). - Pengerasan kerja dapat meningkatkan kekuatan secara signifikan selama operasi pembentukan; pemilihan harus mempertimbangkan jadwal pembentukan dan perlakuan pasca-pembentukan.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan stainless steel austenitik umumnya sangat baik dibandingkan dengan baja karbon tinggi; namun, kerentanan terhadap sensitisasi pasca-pengelasan berbeda.
Indeks kemampuan pengelasan yang sering digunakan: - Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (setara karbon yang lebih sensitif terhadap pengelasan untuk baja dengan banyak elemen paduan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Baik 304 maupun 347 memiliki kandungan karbon rendah dan nikel sedang, memberikan kemampuan pengelasan yang baik dengan sebagian besar proses umum (GTAW/TIG, GMAW/MIG, SMAW). - 304 dapat rentan terhadap korosi intergranular jika pengelasan menghasilkan pendinginan lambat melalui rentang sensitisasi; annealing larutan pasca-pengelasan atau varian karbon rendah (304L) adalah solusi umum. - Elemen stabilisasi 347 mengurangi risiko efektif sensitisasi setelah pengelasan karena karbon lebih suka terikat dalam presipitat yang mengandung Nb daripada karbida kromium. Oleh karena itu, dalam aplikasi yang memerlukan pengelasan berat, paparan berkepanjangan terhadap rentang sensitisasi, atau di mana perlakuan panas pasca-pengelasan tidak praktis, 347 sering dipilih. - Hati-hati dengan pemilihan pengisi: untuk mempertahankan kinerja korosi, logam pengisi yang cocok atau rendah karbon disarankan untuk kedua grade ketika ketahanan terhadap korosi adalah persyaratan utama.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Sebagai stainless steel, keduanya bergantung pada film pasif oksida kaya kromium untuk ketahanan terhadap korosi. Keduanya tidak mengandung molybdenum yang signifikan, sehingga ketahanan terhadap pitting lokal dalam lingkungan klorida terbatas dibandingkan dengan grade yang mengandung Mo (misalnya, 316).
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) biasanya digunakan untuk menilai ketahanan terhadap pitting klorida: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Karena Mo ≈ 0 untuk kedua grade dan N rendah, nilai PREN untuk 304 dan 347 serupa dan moderat, yang berarti keduanya harus digunakan dengan hati-hati di lingkungan klorida yang agresif.
Korosi intergranular: - 304: Rentan terhadap serangan intergranular jika terpapar sensitisasi oleh pendinginan lambat atau pengelasan; strategi mitigasi termasuk menggunakan 304L (karbon rendah), annealing larutan, atau pasivasi pasca-pengelasan. - 347: Stabilisasi oleh niobium mencegah presipitasi karbida kromium yang signifikan, sehingga risiko korosi intergranular setelah pengelasan atau pendinginan lambat sangat berkurang.
Perlindungan permukaan untuk stainless steel tidak berlaku di sini; namun, permukaan stainless dapat dipasivasi (perlakuan kimia) untuk meningkatkan keseragaman film oksida dan meminimalkan inisiasi korosi.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan pembentukan: Kedua grade sangat dapat dibentuk dalam kondisi dinormalisasi dan digunakan untuk penarikan dalam, pembengkokan, dan bentuk kompleks. 304 banyak digunakan untuk pembentukan; 347 juga dapat dibentuk meskipun kandungan paduan yang sedikit lebih tinggi dapat mempengaruhi kemampuan pembentukan secara marginal.
- Pengerasan kerja: Stainless steel austenitik mengeras dengan cepat; alat dan urutan pembentukan harus mempertimbangkan springback dan peningkatan gaya.
- Kemudahan pemesinan: Kedua grade lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja karbon. Kemudahan pemesinan tipikal sekitar 40–60% dari baja pemotongan bebas; 304 dapat sedikit kurang mudah diproses karena pengerasan kerja. Penggunaan alat yang kaku, insert karbida, kecepatan pemotongan rendah, dan geometri rake positif disarankan.
- Penyelesaian: Keduanya menghasilkan penyelesaian permukaan yang baik dan dapat dipoles untuk estetika tinggi. Elektropolishing dan pasivasi meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan penampilan.
- Urutan pengelasan dan pembentukan harus direncanakan untuk meminimalkan siklus termal berulang yang dapat menyebabkan sensitisasi (masalah untuk 304 tetapi diminimalkan dalam 347).
8. Aplikasi Tipikal
| Type 304 – Penggunaan Tipikal | Type 347 – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Peralatan pemrosesan makanan, peralatan dapur, wastafel, trim arsitektur | Komponen pesawat dan knalpot, bagian tungku, rakitan las suhu tinggi |
| Peralatan kimia dan farmasi yang tidak terpapar kondisi klorida tinggi | Peralatan proses kimia di mana pengelasan dan pendinginan lambat terjadi; penukar panas di bawah suhu siklik |
| Fasad dekoratif dan arsitektur | Pipa boiler, pipa superheater, dan aplikasi yang memerlukan stabilisasi terhadap sensitisasi |
| Pengikat, baut, dan fabrikasi umum | Manifold knalpot otomotif dan komponen las suhu tinggi lainnya |
Rasional pemilihan: - Pilih 304 untuk ketahanan korosi tujuan umum, biaya lebih rendah, dan ketersediaan luas di mana pitting klorida dan sensitisasi pasca-pengelasan bukanlah perhatian utama atau di mana varian karbon rendah (304L) atau annealing larutan pasca-pengelasan dapat digunakan. - Pilih 347 ketika komponen yang dilas akan mengalami pendinginan lambat, suhu layanan tinggi, atau ketika korosi intergranular yang terkait dengan sensitisasi harus dihindari tanpa perlakuan panas pasca-pengelasan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 347 biasanya lebih mahal daripada 304 karena penambahan niobium dan sering kali kandungan nikel yang lebih tinggi. Harga bervariasi dengan pasokan nikel dan niobium di pasar, bentuk produk, dan pemrosesan.
- Ketersediaan: 304 adalah salah satu stainless steel yang paling banyak tersedia dalam banyak bentuk produk (lembaran, plat, tabung, batang, kawat). 347 umumnya tersedia tetapi kurang umum dibandingkan 304; waktu tunggu mungkin sedikit lebih lama untuk beberapa bentuk produk atau produk dengan toleransi ketat.
- Untuk pengadaan: tentukan grade yang diperlukan, bentuk produk, penyelesaian permukaan, dan persyaratan perlakuan panas atau pengujian (misalnya, PMI, pengujian korosi) untuk menghindari keterlambatan pengadaan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Kriteria | 304 | 347 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan (umum) | Luar biasa; rentan terhadap sensitisasi kecuali karbon rendah atau perlakuan pasca-pengelasan | Luar biasa; ketahanan yang lebih baik terhadap sensitisasi karena stabilisasi |
| Kekuatan–Ketangguhan (dinormalisasi) | Baik, sifat austenitik tipikal | Mirip dengan 304 dalam kondisi dinormalisasi |
| Ketahanan terhadap korosi intergranular yang diinduksi pengelasan | Sedang tanpa mitigasi | Unggul untuk komponen yang dilas/didinginkan lambat |
| Biaya | Lebih rendah (lebih ekonomis) | Lebih tinggi (karena stabilizer dan kadang-kadang Ni lebih tinggi) |
| Ketersediaan | Sangat tinggi | Tinggi, tetapi kurang umum dibandingkan 304 |
Kesimpulan — panduan praktis: - Pilih 304 jika: - Anda membutuhkan stainless steel austenitik yang serbaguna dan hemat biaya untuk ketahanan korosi umum, pemrosesan makanan, komponen arsitektur, atau aplikasi di mana pengelasan terbatas atau di mana opsi 304L/annealing larutan dapat diterima. - Pitting klorida lokal tidak parah dan perlakuan panas pasca-pengelasan dapat dilakukan jika diperlukan.
- Pilih 347 jika:
- Komponen akan dilas berat, akan mengalami pendinginan lambat melalui suhu sensitisasi, atau akan beroperasi pada suhu tinggi di mana presipitasi karbida menjadi perhatian.
- Anda memerlukan ketahanan korosi intergranular yang baik dalam struktur yang dilas tanpa perlu annealing larutan pasca-pengelasan.
Catatan akhir: kedua material adalah pilihan rekayasa yang kuat. Untuk aplikasi kritis, tentukan standar material yang tepat, minta sertifikat pabrik dari produsen yang menunjukkan komposisi dan hasil uji mekanik, dan pertimbangkan pengujian laboratorium (misalnya, pengujian korosi, percobaan pengelasan) dalam kondisi representatif sebelum pemilihan akhir.