304 vs 430 – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Ketika insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur memilih antara kelas stainless steel 304 dan 430, mereka biasanya menyeimbangkan ketahanan korosi, perilaku mekanis, respons magnetik, dan biaya. Konteks keputusan yang umum termasuk spesifikasi peralatan makanan dan medis (di mana ketahanan korosi dan non-magnetisme penting) versus trim peralatan dan otomotif (di mana biaya, kemampuan dibentuk, dan respons magnetik penting).
Perbedaan utama muncul dari strategi paduan: kelas 304 adalah stainless steel kromium-nikel austenitik yang dioptimalkan untuk ketahanan korosi dan ketangguhan, sementara kelas 430 adalah stainless steel kromium ferritik dengan kandungan paduan yang lebih rendah, respons magnetik, dan biasanya ketahanan korosi yang lebih rendah di lingkungan agresif. Kimia yang kontras ini mendorong perbedaan dalam mikrostruktur, kemampuan pengelasan, fabrikasi, dan pemilihan aplikasi.
1. Standar dan Penunjukan
- 304: Penunjukan umum — UNS S30400, AISI 304, EN 1.4301, JIS SUS304, GB 06Cr19Ni10. Diklasifikasikan sebagai stainless steel, austenitik.
- 430: Penunjukan umum — UNS S43000, AISI 430, EN 1.4016 (atau variasi 1.4016/1.4010), JIS SUS430, GB 0Cr17. Diklasifikasikan sebagai stainless steel, ferritik.
Keduanya tercakup dalam standar lembar/plat/tabung seperti ASTM A240 (produk datar) dan berbagai ekuivalen EN/JIS. Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau kelas HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel menunjukkan rentang komposisi tipikal untuk kelas komersial 304 dan 430 (rentang bervariasi berdasarkan standar dan bentuk produk; nilai dinyatakan dalam persen berat).
| Elemen | 304 (rentang tipikal) | 430 (rentang tipikal) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.12 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.04 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 18.0–20.0 | 16.0–18.0 |
| Ni | 8.0–10.5 | ≤ 0.75 |
| Mo | ≈ 0 | ≈ 0 |
| V | jejak / tidak ada | jejak / tidak ada |
| Nb (Cb) | tidak ada (kecuali varian yang distabilkan) | tidak ada |
| Ti | tidak ada (kecuali varian yang distabilkan) | tidak ada |
| B | jejak / tidak ada | jejak / tidak ada |
| N | ≤ 0.11 | ≤ 0.1 (sering tidak ditentukan) |
Implikasi strategi paduan: - Kromium memberikan pasivitas dasar stainless untuk kedua kelas; Cr yang lebih tinggi meningkatkan oksidasi dan ketahanan korosi umum. - Nikel menstabilkan austenit, meningkatkan ketangguhan dan kemampuan dibentuk, serta sangat meningkatkan ketahanan korosi di banyak lingkungan—ini adalah kunci untuk kinerja 304. - Kandungan paduan yang rendah di 430 membuatnya kurang tahan korosi di lingkungan kaya klorida atau asam tetapi memberikan sifat magnetik dan biaya yang lebih rendah. - Ketidakhadiran elemen penguat yang kuat (Mo, V, Nb) berarti tidak ada kelas yang diperkuat dengan pendinginan dan temper konvensional; penguatan terutama melalui pengerjaan dingin (untuk austenitik 304) atau keadaan paduan/tensil (untuk 430).
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- 304: Sepenuhnya austenitik (kubah pusat wajah, FCC) pada suhu kamar karena nikel yang cukup dan Cr yang seimbang. Austenit stabil, menghasilkan ketangguhan dan duktilitas yang sangat baik di seluruh rentang suhu yang luas. Annealing larutan (biasanya ~1000–1100 °C diikuti dengan pendinginan cepat) melarutkan presipitat dan mengembalikan ketahanan korosi setelah pengelasan; pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan dan dapat menginduksi beberapa transformasi martensitik dalam kondisi pengerjaan dingin yang sangat tinggi (dalam respons magnetik).
- 430: Mikrostruktur ferritik (kubah pusat tubuh, BCC) pada suhu kamar. Ferrit bersifat magnetik dan tidak berubah menjadi martensit saat pendinginan dari suhu tinggi dengan cara yang sama seperti baja martensitik. Stainless steel ferritik tidak dapat diperkuat dengan pendinginan dan temper; annealing (sekitar 750–900 °C tergantung spesifikasi, diikuti dengan pendinginan lambat di dalam tungku) digunakan untuk melembutkan dan mengembalikan duktilitas. Pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi duktilitas.
Ringkasan respons perlakuan panas: - Normalisasi/pendinginan & temper: tidak berlaku sebagai jalur penguatan untuk kedua kelas dengan cara yang digunakan untuk baja karbon atau paduan. - Annealing larutan sangat penting untuk 304 setelah paparan suhu tinggi untuk menghindari presipitasi karbida kromium (sensitisasi) dan mengembalikan ketahanan korosi. - 430 rentan terhadap pertumbuhan butir dan penurunan duktilitas dengan siklus termal pengelasan yang tidak tepat; anneal terkontrol mengembalikan sifat.
4. Sifat Mekanis
Perilaku mekanis tipikal tergantung pada bentuk produk (lembar, plat, batang) dan temper (diannealing vs pengerjaan dingin). Nilai di bawah ini adalah rentang tipikal untuk produk komersial yang diannealing; konsultasikan sertifikat material untuk nilai desain yang tepat.
| Sifat | 304 (diannealing, tipikal) | 430 (diannealing, tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (UTS) | ~520–750 MPa | ~450–620 MPa |
| Kekuatan luluh (0.2% offset) | ~200–310 MPa | ~200–350 MPa |
| Peregangan (seragam/total) | ~40–60% (duktilitas baik) | ~20–40% (duktilitas lebih rendah) |
| Ketangguhan impak (ambient) | Tinggi, mempertahankan ketangguhan pada suhu rendah | Sedang; berkurang pada suhu rendah |
| Kekerasan (HRB) | ~70–95 | ~60–90 |
Interpretasi: - 304 umumnya menawarkan duktilitas dan ketangguhan yang lebih tinggi karena mikrostruktur austenitik dan kandungan nikel. - 430 dapat memiliki kekuatan luluh yang sebanding dalam beberapa temper tetapi biasanya memiliki peregangan dan ketangguhan yang lebih rendah, terutama pada suhu sub-ambient. - Kedua kelas meningkatkan kekuatan dengan pengerjaan dingin; 304 mengeras lebih mencolok yang mempengaruhi pembentukan dan pemesinan.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan tergantung pada komposisi, ekuivalen karbon, dan sensitivitas mikrostruktur.
Indeks kemampuan pengelasan kunci (berguna secara kualitatif): - Ekuivalen karbon International Institute of Welding: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (kerentanan umum terhadap retak pengelasan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - 304: Kemampuan pengelasan yang sangat baik dengan proses umum (GMAW, GTAW, SMAW). Varian karbon rendah (304L) ditentukan untuk meminimalkan risiko sensitisasi dan menghindari korosi intergranular pasca pengelasan. Annealing larutan setelah pengelasan berat atau menjaga praktik input panas yang rendah mengurangi presipitasi karbida. Mikrostruktur austenitik tahan terhadap retak dingin tetapi mengeras di dekat lasan. - 430: Dapat dilas dengan bahan habis pakai dan prosedur yang tepat, tetapi memerlukan kehati-hatian. Stainless ferritik memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi dan fluiditas kolam las yang lebih rendah; pertumbuhan butir di zona yang terpengaruh panas dan pembentukan fase sigma pada suhu tertentu dapat mengurangi ketangguhan dan ketahanan korosi. Pemanasan awal umumnya tidak diperlukan tetapi pemilihan pengisi dan kontrol input panas untuk menghindari kerapuhan dan meminimalkan distorsi sangat penting. Penggunaan pengisi ferritik yang cocok atau pengisi austenitik yang sesuai tergantung pada sifat akhir yang diinginkan.
Tidak ada evaluasi numerik CE atau Pcm yang diberikan di sini — rumus ini digunakan oleh insinyur untuk membandingkan kasus dan memilih perlakuan pemanasan/pascapengelasan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Penggunaan PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) umum di mana molibdenum dan nitrogen mempengaruhi ketahanan terhadap pitting: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk 304 dan 430, Mo ≈ 0, dan N rendah, sehingga PREN sebagian besar dipengaruhi oleh Cr dan bersifat moderat; 304 biasanya berkinerja lebih baik di banyak lingkungan akuatik dibandingkan 430 karena kandungan nikel yang lebih tinggi dan film pasif yang lebih stabil.
Panduan praktis untuk korosi: - 304: Ketahanan korosi umum yang baik (atmosfer, banyak bahan makanan, bahan kimia ringan). Tidak direkomendasikan untuk paparan terus-menerus terhadap lingkungan kaya klorida (laut, garam pencair) tanpa langkah tambahan; untuk ketahanan klorida pertimbangkan kelas yang mengandung Mo (misalnya, 316) atau kontrol pada desain dan penyelesaian permukaan. Setelah pengelasan, annealing larutan atau kelas karbon rendah (304L) menghindari korosi intergranular. - 430: Ketahanan atmosfer dan bahan kimia ringan yang baik tetapi lebih rendah dibandingkan 304 di lingkungan yang mengandung klorida dan asam. Rentan terhadap korosi lokal (pitting) dalam layanan klorida agresif dan retak korosi stres di beberapa lingkungan yang kurang dari austenitik. - Perlindungan permukaan: Kedua kelas bergantung pada film oksida kromium pasif; pemolesan mekanis, pemolesan elektrolitik, atau perlakuan pasivasi meningkatkan kinerja. Untuk baja non-stainless (bukan kelas ini), perlindungan konvensional adalah galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan — biasanya tidak diperlukan untuk stainless ketika integritas pasif dipertahankan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Dibentuk
- Pembentukan: 304 (austenitik) menunjukkan kemampuan dibentuk yang sangat baik dan karakteristik penarikan dalam; pemulihan yang kuat dan pengerasan kerja harus dikelola. 430 (ferritik) dapat dibentuk dalam kondisi diannealing tetapi memiliki duktilitas yang lebih rendah dan kemampuan penarikan dalam yang lebih terbatas.
- Kemudahan pemesinan: 430 seringkali lebih mudah untuk diproses dalam kondisi diannealing dibandingkan 304 karena struktur ferritik cenderung memotong lebih bersih; 304 mengeras dengan cepat dan mungkin memerlukan annealing sementara, alat tajam, dan gaya pemotongan yang lebih tinggi. Penggunaan bahan alat dan kecepatan yang tepat, serta cairan pemotongan, sangat penting untuk 304.
- Penyelesaian permukaan: Keduanya dapat diselesaikan menjadi permukaan dekoratif atau higienis; 304 umumnya mencapai penyelesaian yang lebih cerah dan lebih mudah dipoles karena sifat austenitiknya.
8. Aplikasi Tipikal
| 304 — Penggunaan Tipikal | 430 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Peralatan pengolahan makanan, wastafel dapur, peralatan masak, peralatan farmasi | Trim peralatan (fasad mesin pencuci piring), panel oven, interior microwave |
| Komponen pengolahan kimia, penukar panas (non-klorida) | Trim arsitektur dekoratif, panel lift di mana magnetisme dapat diterima |
| Instrumen medis, alat bedah (permukaan yang dapat disterilkan) | Trim interior/eksterior otomotif, reflektor/panel belakang di mana respons magnetik berguna |
| Pengikat dan flens yang memerlukan ketahanan korosi dan ketangguhan | Lembar tahan korosi biaya rendah untuk lingkungan dalam ruangan |
Alasan pemilihan: - Pilih 304 ketika ketahanan korosi, pembersihan higienis, perilaku non-magnetik, dan kemampuan dibentuk menjadi prioritas. - Pilih 430 ketika biaya, sifat magnetik, dan ketahanan korosi yang wajar di atmosfer non-agresif menjadi prioritas.
9. Biaya dan Ketersediaan
- 304 memiliki biaya material yang lebih tinggi karena kandungan nikel; volatilitas harga nikel global mempengaruhi harga 304. Tersedia luas dalam bentuk lembar, gulungan, plat, batang, dan tabung.
- 430 memiliki biaya lebih rendah dan melimpah untuk lembar dan gulungan, biasanya tersedia untuk pasar peralatan dan arsitektur. Waktu pengiriman umumnya lebih pendek dan harga lebih stabil karena kandungan nikel yang lebih rendah.
Bentuk produk mempengaruhi harga (dilakukan dingin vs dilakukan panas vs dipoles), dan pengadaan harus mempertimbangkan waktu pengiriman, penyelesaian, dan sertifikasi (misalnya, laporan uji pabrik).
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 304 | 430 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Sangat baik (gunakan 304L/annealing larutan untuk menghindari sensitisasi) | Baik dengan tindakan pencegahan (kontrol input panas dan pemilihan pengisi) |
| Kekuatan–Ketangguhan | Ketangguhan dan duktilitas tinggi; kekuatan baik | Kekuatan memadai, ketangguhan dan duktilitas lebih rendah dibandingkan 304 |
| Biaya | Lebih tinggi (kandungan nikel) | Lebih rendah (ekonomis untuk banyak aplikasi) |
Pilih 304 jika: - Anda memerlukan ketahanan korosi umum yang superior, permukaan yang higienis dan dapat dibersihkan, perilaku non-magnetik, dan kemampuan dibentuk/ketangguhan yang sangat baik (misalnya, lingkungan makanan, medis, kimia).
Pilih 430 jika: - Anda memerlukan stainless steel dengan biaya lebih rendah dengan ketahanan korosi atmosfer yang wajar, sifat magnetik (misalnya, di mana deteksi atau lampiran magnetik diperlukan), dan kemampuan dibentuk yang baik untuk aplikasi dalam ruangan dan dekoratif dengan paparan klorida yang terbatas.
Catatan akhir: pemilihan material harus mempertimbangkan lingkungan layanan (klorida, suhu), beban mekanis, jalur fabrikasi (pembentukan, pengelasan), penyelesaian permukaan, dan total biaya siklus hidup. Untuk aplikasi kritis lakukan pemeriksaan kompatibilitas material (uji korosi laboratorium atau data lapangan) dan konsultasikan spesifikasi ASTM/EN/JIS yang diperbarui untuk komposisi yang tepat dan sifat mekanis yang dapat disertifikasi.