304 vs 430 – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur dan tim pengadaan sering memilih antara baja tahan karat 304 dan 430 ketika menyeimbangkan ketahanan korosi, kemampuan bentuk, kemampuan las, dan biaya untuk komponen fabrikasi. Konteks keputusan yang umum meliputi peralatan dapur dan bagian kontak makanan (di mana ketahanan korosi dan kebersihan sangat penting) versus aplikasi dekoratif atau magnetik yang lebih mengutamakan biaya dan respons magnetik.
Pembedaan mendasar antara dua grade umum ini adalah strategi paduannya: 304 adalah baja tahan karat austenitik yang mengandung nikel dan dioptimalkan untuk ketahanan korosi yang luas serta keuletan, sedangkan 430 adalah baja tahan karat ferritik rendah nikel yang dioptimalkan untuk ketahanan korosi yang ekonomis dan respons magnetik. Karena perbedaan ini, 304 dan 430 sering dibandingkan ketika trade-off di antara performa korosi, kemampuan fabrikasi, dan magnetisme relevan untuk desain dan pengadaan.
1. Standar dan Penomoran
Standar internasional utama yang mencakup 304 dan 430 meliputi:
- ASTM / ASME:
- 304: ASTM A240 (plat, lembaran), A276 (batang), A312 (pipa/ tabung)
- 430: ASTM A240 (plat, lembaran), referensi A376 / A480
- EN (Eropa):
- 304 ≈ EN 1.4301 (juga dikenal sebagai X5CrNi18-10)
- 430 ≈ EN 1.4016 (juga dikenal sebagai X6Cr17)
- JIS (Jepang): SUS304, SUS430
- GB (Cina): 304 (06Cr19Ni10), 430 (0Cr17)
Jenis material: - 304: tahan karat (austenitik) - 430: tahan karat (ferritik)
Keduanya adalah baja tahan karat; bukan baja karbon, baja perkakas, baja paduan, atau baja HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut menunjukkan rentang komposisi tipikal (persen berat) untuk grade komersial 304 dan 430 dalam kondisi anil. Ini adalah rentang tipikal yang dipublikasikan; sertifikat material individual harus dikonsultasikan untuk nilai persis.
| Elemen | 304 (tipikal) | 430 (tipikal) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.12 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 0.75 | ≤ 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 | — (umumnya 0) | — (umumnya 0) |
| V | — | — |
| Nb | — | — |
| Ti | — | — |
| B | — | — |
| N | jejak | jejak |
Pengaruh paduan terhadap sifat: - Kromium (Cr) menyediakan lapisan pasif oksida untuk ketahanan korosi. Kadar Cr yang lebih tinggi biasanya meningkatkan ketahanan oksidasi/korosi. - Nikel (Ni) menstabilkan struktur muka tersentuh kubik (austenitik) pada suhu kamar; meningkatkan ketangguhan, keuletan, dan ketahanan korosi umum. Kehadiran Ni adalah perbedaan utama yang menyebabkan 304 tidak magnetik (dalam kondisi anil) dan 430 magnetik (ferritik). - Karbon (C) mempengaruhi kekuatan dan risiko sensitasi. Variasi karbon rendah (misal 304L) mengurangi risiko presipitasi karbida. - Mangan (Mn) dan silikon (Si) adalah deoksidator dan mempengaruhi kemampuan pengerjaan panas dan kekuatan secara moderat. - Mo dan N (yang tidak signifikan dalam kedua grade ini) digunakan untuk meningkatkan ketahanan terhadap pitting; ketiadaan mereka membatasi performa di lingkungan klorida.
3. Mikrostruktur dan Respon Perlakuan Panas
- 304: Mikrostruktur tipikal adalah austenitik penuh (FCC) pada suhu kamar saat diproduksi sesuai spesifikasi. Austenit stabil pada suhu ambien karena kehadiran nikel. 304 tidak mengeras dengan quenching; kekuatan ditingkatkan lewat pengerjaan dingin. Proses termal standar:
- Anil (biasanya 1010–1150 °C diikuti pendinginan cepat) mengembalikan keuletan dan melarutkan presipitat.
- Sensitisasi (presipitasi karbida pada ~450–850 °C) dapat terjadi selama paparan berkepanjangan, berisiko korosi antarbutir; grade karbon rendah (304L) atau distabilkan (321/347) digunakan untuk menghindari ini.
- Normalizing atau quench-and-temper tidak berlaku untuk mengeraskan 304.
- 430: Mikrostruktur tipikal adalah ferritik (BCC) pada suhu kamar. Ferrit bersifat magnetik. 430 tidak dapat dikeraskan dengan quench-and-temper untuk membentuk martensit seperti baja martensitik; seperti 304, kekuatan utamanya dari pengerjaan dingin. Respon termal:
- Anil solusi dan normalizing digunakan untuk menghilangkan tegangan dan memulihkan keuletan.
- Grade ferritik rentan terhadap pertumbuhan butir dan pengerasan pada suhu tertentu; paparan lama pada 475 °C (range pengerasan 475 °C) dapat mengurangi ketangguhan.
- 430 tidak cenderung mengalami stablisasi austenit, sehingga mempertahankan struktur ferritik sepanjang proses umum.
Singkatnya, 304 menawarkan mikrostruktur austenitik yang tahan terhadap pembentukan fasa rapuh pada suhu kamar dan mempertahankan ketangguhan tinggi; 430 bersifat ferritik dan perlu diproses dengan perhatian pada pertumbuhan butir dan pengerasan.
4. Sifat Mekanik
Tabel berikut menunjukkan rentang sifat mekanik tipikal untuk material komersial dalam kondisi anil; ini adalah rentang indikatif dan bergantung pada bentuk produk dan temperasi tepatnya.
| Sifat (anil) | 304 (tipikal) | 430 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | ~480–720 | ~450–600 |
| Kekuatan luluh 0.2% (MPa) | ~170–300 | ~200–300 |
| Elongasi (% pada 50 mm) | ~40–60 | ~20–35 |
| Uji impak Charpy (suhu kamar) | Umumnya tinggi, ketangguhan baik | Lebih rendah dari 304; ketangguhan sedang |
| Kekerasan (HB) | ~120–200 | ~120–200 |
Interpretasi: - 304 umumnya menunjukkan keuletan lebih tinggi dan ketangguhan impak superior karena struktur austenitik dan kandungan nikelnya. - Rentang kekuatan luluh dapat tumpang tindih; 430 mungkin menunjukkan kekuatan luluh serupa atau sedikit lebih tinggi di beberapa bentuk produk tetapi biasanya dengan elongasi dan ketangguhan yang lebih rendah. - 304 adalah pilihan yang lebih ulet dan tangguh untuk pembentukan berat dan aplikasi suhu rendah; 430 bisa diterima di mana kebutuhan ulet dan ketahanan impak lebih moderat.
5. Kemampuan Las
Pertimbangan kemampuan las bergantung pada ekuivalen karbon dan kecenderungan retak, pertumbuhan butir, dan sensitisasi. Indeks representatif dalam penilaian kemampuan las meliputi:
-
Ekuivalen karbon (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ -
Indeks Pcm yang lebih kompleks:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - 304: Kemampuan las sangat baik secara umum. Struktur austenitik tidak berubah menjadi fasa rapuh saat pendinginan, sehingga risiko retak dingin akibat transformasi martensit rendah. Namun, siklus panas las dapat menyebabkan sensitisasi (presipitasi karbida) pada rentang 450–850 °C; anil larutan pasca las atau penggunaan grade karbon rendah (304L) atau distabilkan umum dilakukan jika korosi zona terpengaruh panas menjadi perhatian. Pemilihan logam las dan filler matching sederhana (misal filler ER304/308). - 430: Bisa dilas tetapi dengan beberapa catatan. Struktur ferritik dapat mengalami pertumbuhan butir dan pengurangan keuletan di zona terpengaruh panas; pemanasan sebelumnya dan pengendalian suhu antar-pass dianjurkan untuk ketebalan besar guna membatasi tegangan termal. Kandungan karbon dan paduan lebih rendah 430 mengurangi masalah pengerasan, tetapi sifat ferritiknya dapat menyebabkan delta-ferrit/pengerasan dalam kondisi ekstrem. Pemilihan filler dan proses harus mempertimbangkan perbedaan ekspansi termal dan kompatibilitas metalurgi.
Tidak disediakan perhitungan CE atau Pcm numerik di sini, tetapi rumus ini mengilustrasikan faktor yang memengaruhi kemampuan las.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
Kedua 304 dan 430 adalah baja tahan karat (membentuk lapisan pasif oksida kromium), tetapi perilaku korosinya berbeda dalam detail.
-
304: Memiliki ketahanan korosi umum yang baik di berbagai lingkungan termasuk paparan atmosfer, pengolahan makanan, dan bahan kimia ringan. 304 lebih tahan terhadap serangan klorida dan korosi umum dibandingkan 430 karena kandungan nikel yang lebih tinggi dan struktur mikro austenitik yang terstabilisasi. Namun, dalam lingkungan kaya klorida (laut, percikan air laut), 304 dapat mengalami korosi tusuk dan korosi celah; grade dengan kandungan Mo (misalnya 316) lebih disarankan dalam kondisi tersebut. Risiko sensitisasi (korosi antar butir) ada pada 304 setelah pemanasan berkepanjangan dalam rentang sensitisasi; gunakan 304L atau grade yang distabilisasi jika servis melibatkan pengelasan tanpa perlakuan anil pelarutan.
-
430: Memiliki ketahanan oksidasi dan korosi ringan yang baik; cukup untuk aplikasi dekoratif dalam ruangan, peralatan rumah tangga, dan trimming otomotif. 430 memiliki ketahanan yang lebih rendah terhadap korosi tusuk dan korosi celah akibat klorida dibandingkan 304. Untuk lingkungan agresif, 430 tidak direkomendasikan.
Ketika menggunakan angka kesetaraan ketahanan tusuk (PREN) untuk membandingkan paduan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Baik 304 maupun 430 tidak mengandung Mo atau N dalam jumlah signifikan, sehingga PREN memiliki kegunaan terbatas untuk membedakan keduanya; PREN lebih informatif saat kadar Mo dan N bervariasi (misalnya pada duplex, superaustenitik).
Perlindungan permukaan untuk komponen yang performa baja tahan karatnya kurang memadai: - Untuk baja karbon atau baja paduan rendah (tidak berlaku untuk 304/430), galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan adalah umum dilakukan. - Untuk 430 dalam kondisi yang lebih keras, pelapisan tambahan atau perlakuan permukaan (electroplating, passivasi, finishing dekoratif) dapat memperpanjang masa pakai.
7. Fabrikasi, Kemudahan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan bentuk:
- 304: Kemampuan bentuk dan tarik yang sangat baik; banyak digunakan untuk penarikan dalam (deep drawing), bentuk tekan kompleks, dan pipa yang membutuhkan elongasi baik.
- 430: Kemampuan bentuk yang baik pada penggilingan lembar dan stamping ringan, namun keuletannya lebih rendah dibanding 304 untuk operasi pembentukan berat.
- Kemudahan mesin:
- Austenitik 304 mengalami pengerasan kerja (work-hardening) cepat, sehingga dapat menurunkan laju pemesinan dan umur alat kecuali menggunakan tooling, kecepatan potong, dan pelumas yang sesuai.
- Ferritik 430 umumnya lebih mudah dimesin daripada 304; tidak mengalami pengerasan kerja seagresif 304 dan sering memberikan hasil permukaan lebih baik dengan tooling konvensional.
- Finishing:
- Kedua grade dapat dipoles, diberi tekstur sikat, dan diselesaikan dengan kelas permukaan umum (misalnya 2B, BA, No. 4). 304 cenderung menghasilkan polish yang lebih halus cocok untuk aplikasi dekoratif dan sanitasi.
- Bending dan pengelasan:
- 304 lebih toleran terhadap pembengkokan dalam dan pembentukan kompleks.
- 430 membutuhkan perhatian terhadap pemantulan pegas (springback) dan potensi pertumbuhan butir jika dilas.
8. Aplikasi Umum
| 304 — Aplikasi Umum | 430 — Aplikasi Umum |
|---|---|
| Peralatan pengolahan makanan, wastafel dapur, perkakas masak, dan peralatan rumah tangga | Trim dekoratif, trim interior/eksterior otomotif, panel kontrol |
| Peralatan proses kimia dan tangki penyimpanan (lingkungan non-klorida) | Penutup kompor, bagian luar mesin pencuci piring (dalam lingkungan kurang agresif) |
| Perangkat medis, peralatan farmasi | Komponen magnetik yang membutuhkan ferromagnetisme |
| Panel arsitektur, pegangan tangan, bangku | Wastafel dan panel peralatan rumah tangga biaya rendah yang mengutamakan magnetisme atau biaya |
| Pengikat dan fitting yang membutuhkan ketahanan korosi dan kemampuan bentuk | Trim knalpot, komponen grill, dan hardware dekoratif |
Alasan pemilihan: - Pilih 304 jika ketahanan korosi, higienitas, pembentukan dalam, dan ketangguhan pada suhu rendah adalah kebutuhan utama. - Pilih 430 jika biaya, respons magnetik, dan ketahanan korosi yang cukup pada lingkungan indoor atau korosif ringan adalah faktor kunci.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 304 umumnya lebih mahal daripada 430 karena kandungan nikel yang signifikan. Volatilitas harga nikel secara langsung memengaruhi premi biaya 304.
- Ketersediaan: Kedua grade tersedia secara luas di seluruh dunia dalam bentuk lembaran, gulungan, strip, tabung, dan batang. 304 banyak ditemukan dalam berbagai bentuk produk dan finis; 430 umumnya tersedia untuk pasar peralatan rumah tangga dan dekoratif dan sering menjadi pilihan ekonomis untuk aplikasi non-kritis.
- Bentuk produk: 304 lebih umum dipilih untuk pipa sanitasi dan pelat spesifikasi tinggi; 430 lebih umum untuk bagian stamping dan panel dekoratif.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Atribut | 304 | 430 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Sangat baik (hati-hati terhadap sensitisasi; gunakan 304L atau grade stabil jika perlu) | Baik dengan kehati-hatian (pertimbangan pertumbuhan butir, zona pengaruh panas) |
| Kekuatan–Ketangguhan | Ketangguhan dan keuletan tinggi; kekuatan baik | Ketangguhan sedang; kekuatan cukup, keuletan lebih rendah |
| Ketahanan korosi | Ketahanan korosi umum unggul; lebih baik di lingkungan klorida dibanding 430 | Baik di lingkungan ringan; lebih rendah dibanding 304 di klorida atau media agresif |
| Biaya | Lebih tinggi (kandungan nikel) | Lebih rendah (ferritik rendah nikel) |
| Respons magnetik | Pada dasarnya tidak magnetik (anil) | Magnetik (ferritik) |
Rekomendasi: - Pilih 304 jika: - Membutuhkan keuletan tinggi, ketangguhan suhu rendah yang sangat baik, dan ketahanan korosi unggul di lingkungan umum dan klorida ringan. - Aplikasi melibatkan makanan, medis, proses kimia, atau eksposur arsitektural di mana higienitas dan penampilan penting. - Diperlukan sifat non-magnetik. - Pilih 430 jika: - Membutuhkan solusi stainless steel yang ekonomis untuk aplikasi dekoratif atau dalam ruangan di mana ketahanan korosi berat tidak dibutuhkan. - Sifat magnetik diperlukan atau berguna (misalnya untuk kompatibilitas elektromagnetik, mounting magnetik, atau alasan estetika). - Kemudahan mesin dan kemampuan bentuk sedang diperlukan dengan biaya material lebih rendah.
Catatan penutup: Selalu konfirmasi spesifikasi material dan sertifikat pengujian mekanik dari pemasok untuk bentuk produk dan temper yang dimaksud. Untuk lingkungan kritis (paparan klorida, suhu tinggi, atau tekanan las), konsultasikan panduan rekayasa korosi dan kode standar untuk memilih alloy yang sesuai (misal pertimbangkan 316, duplex, atau grade yang distabilisasi jika perlu).