304L vs 316L – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
304L dan 316L adalah dua jenis stainless steel austenitik yang paling banyak ditentukan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara ketahanan korosi, kemudahan fabrikasi, dan biaya saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk menentukan bahan pipa dan wadah untuk layanan korosif, memilih lembaran atau pelat untuk peralatan makanan dan farmasi, dan memilih rakitan yang dilas di mana kandungan karbon rendah lebih disukai untuk menghindari sensitisasi.
Perbedaan metalurgi utama antara kedua grade ini adalah bahwa 316L mengandung elemen paduan tambahan yang secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap korosi lokal, terutama serangan pitting dan celah di lingkungan yang mengandung klorida. Karena matriks dasarnya adalah sistem austenitik seri 300 yang sama, kedua grade sering dibandingkan ketika kriteria desain menekankan kinerja korosi dibandingkan dengan biaya dan kemampuan dibentuk.
1. Standar dan Penunjukan
Standar dan penunjukan umum untuk setiap grade termasuk:
- ASTM/ASME: A240 / SA240 (pelat, lembaran); A312 (pipa) — umum digunakan dalam konteks AS/ASME.
- EN (Eropa): Seri EN 10088; 304L sesuai dengan X2CrNi18-9 / 1.4306; 316L sesuai dengan X2CrNiMo17-12-2 / 1.4404.
- JIS (Jepang): Setara dengan SUS304L / SUS316L.
- GB (Cina): Setara dengan GB/T 1220 dan GB/T 3280.
Klasifikasi: baik 304L maupun 316L adalah stainless steel (austenitik). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA; mereka adalah baja paduan tahan korosi dengan struktur kristal kubik berpusat muka (austenitik) dalam kondisi annealed.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini mencantumkan rentang komposisi tipikal untuk spesifikasi komersial umum (diekspresikan dalam persen berat). Batasan yang tepat tergantung pada standar spesifik (ASTM, EN, JIS, GB) dan bentuk produk; nilai yang ditunjukkan adalah representatif.
| Elemen | 304L (rentang tipikal) | 316L (rentang tipikal) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Mn | ≤ 2.00 | ≤ 2.00 |
| Si | ≤ 0.75 | ≤ 0.75 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 17.5–19.5 (≈18–20) | 16.0–18.0 |
| Ni | 8.0–12.0 | 10.0–14.0 |
| Mo | — (hanya jejak) | 2.0–3.0 |
| V | — | — |
| Nb (Cb) | — | — (jarang di 316L; ada di grade yang distabilkan) |
| Ti | — | — |
| B | — | — |
| N | ≤ 0.10 | ≤ 0.10 |
Penjelasan tentang strategi paduan: - Kromium (Cr) memberikan perilaku stainless dasar dengan membentuk film oksida kromium pasif. Tingkat Cr yang tipikal di kedua grade menghasilkan permukaan pasif austenitik yang stabil. - Nikel (Ni) menstabilkan fase austenitik, meningkatkan ketangguhan dan kemampuan dibentuk; 316L sering memiliki Ni yang sedikit lebih tinggi. - Molybdenum (Mo), yang ada di 316L, meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan yang mengandung klorida dan meningkatkan ketahanan terhadap asam reduksi tertentu. - Grade karbon rendah (L) (≤0.03% C) meminimalkan risiko presipitasi karbida intergranular (sensitisasi) selama pengelasan, menjaga ketahanan korosi di zona yang terpengaruh panas.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - Baik 304L maupun 316L sepenuhnya austenitik (kubik berpusat muka) dalam kondisi annealed pada suhu ambien. Mereka tidak merespons perlakuan pendinginan dan tempering tradisional untuk mengembangkan mikrostruktur martensitik; sebaliknya, pengerjaan dingin dapat memperkenalkan martensit yang diinduksi regangan dalam paduan seri 300, terutama dalam varian 304, tergantung pada komposisi dan tingkat deformasi. - Penambahan Mo pada 316L tidak mengubah matriks austenitik tetapi mempengaruhi perilaku presipitasi dan stabilitas film pasif.
Respons perlakuan panas: - Annealing: Proses solusi anneal yang tipikal pada 1010–1150 °C diikuti dengan pendinginan cepat mengembalikan struktur austenitik yang sepenuhnya tahan korosi untuk kedua grade. - Sensitisasi: Kedua grade rentan terhadap presipitasi karbida kromium ketika ditahan antara sekitar 450–850 °C jika karbon ada. Varian 'L' yang rendah karbon mengurangi risiko ini; 316L dan 304L dipilih untuk struktur yang dilas untuk menghindari serangan intergranular. - Normalisasi, pendinginan & tempering: Rute termal ini tidak berlaku untuk memperkuat stainless steel austenitik seri 300 karena mereka tidak mengeras melalui transformasi martensitik. Sifat mekanik disesuaikan melalui pengerjaan dingin atau pemrosesan termo-mekanik khusus. - Pemrosesan termo-mekanik: Pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan dengan mengorbankan ketangguhan; 304L sedikit lebih rentan terhadap martensit yang diinduksi regangan selama pengerjaan dingin berat dibandingkan 316L karena perbedaan halus dalam energi kesalahan tumpukan.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik dari kedua grade bervariasi dengan bentuk produk (lembaran, pelat, batang, pipa) dan riwayat pemrosesan. Tabel di bawah ini memberikan rentang annealed yang representatif yang umum dijumpai dalam spesifikasi teknik; nilai aktual harus diverifikasi dari sertifikat pabrik pemasok.
| Sifat (annealed, tipikal) | 304L | 316L |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (MPa) | ≈ 480–620 | ≈ 480–620 |
| Kekuatan Luluh, 0.2% (MPa) | ≈ 170–300 | ≈ 170–300 |
| Peregangan (%), tipikal | ≥ 40 | ≥ 40 |
| Kekerasan Dampak (Charpy, J, ambien) | Tinggi, tahan notch | Tinggi, tahan notch |
| Kekerasan (HRC/HV) | Sedang (misalnya, HB ~120–200) | Sedang (mirip dengan 304L) |
Interpretasi: - Kekuatan: Kedua grade menunjukkan kekuatan tarik dan luluh yang serupa dalam kondisi annealed; perbedaan biasanya kecil dan tergantung pada kandungan Ni dan pengerasan kerja. Pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan secara sebanding di kedua grade. - Ketangguhan dan ketangguhan: Keduanya tetap sangat ulet dan tangguh pada suhu ambien; 316L mungkin menunjukkan ketangguhan yang sedikit lebih baik dalam beberapa bentuk produk karena pengaruh Ni dan Mo yang lebih tinggi pada energi kesalahan tumpukan, tetapi perbedaan tersebut marginal untuk sebagian besar aplikasi teknik. - Kekerasan: Sebanding dalam kondisi annealed; pengerjaan dingin meningkatkan kekerasan di keduanya.
5. Kelayakan Las
Kedua 304L dan 316L sangat dapat dilas dengan proses pengelasan fusi dan resistensi yang umum, sebagian karena kandungan karbon rendah mereka yang mengurangi sensitisasi.
Indeks kelayakan las (penggunaan kualitatif): - Setara karbon IIW memberikan perspektif kualitatif cepat tentang kelayakan las: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parameter yang lebih rinci yang kadang digunakan di Eropa adalah $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Karena 304L dan 316L memiliki karbon yang sangat rendah, Mn sedang, dan tidak ada penambahan mikro paduan yang kuat, keduanya menghasilkan angka $CE_{IIW}$/$P_{cm}$ yang rendah relatif terhadap baja berkekuatan tinggi; ini menunjukkan kelayakan las yang sangat baik, rendahnya kerentanan terhadap retak dingin, dan sedikit kebutuhan untuk pemanasan awal dalam sebagian besar kasus. - Mo pada 316L sedikit berkontribusi pada istilah tersebut dalam ekspresi $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, tetapi efeknya pada kelayakan las kecil; namun, pemilihan pengisi penting untuk memastikan kesesuaian ketahanan korosi dalam logam las (misalnya, memilih 316L atau mencocokkan bahan habis pakai 316 untuk pengelasan logam dasar 316L). - Perlakuan panas pasca-las (relaksasi stres) jarang diperlukan untuk stainless steel austenitik, dan hanya digunakan untuk stabilitas dimensi atau persyaratan layanan tertentu.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Stainless: Kedua grade bergantung pada film oksida Cr pasif. Kehadiran molybdenum di 316L secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan yang mengandung klorida seperti air laut atau aliran proses yang kaya klorida.
Penggunaan PREN untuk menggambarkan ketahanan korosi lokal: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Interpretasi: - Karena 316L mengandung Mo dan 304L tidak, PREN 316L lebih tinggi, menunjukkan ketahanan pitting yang lebih baik. Penambahan nitrogen juga meningkatkan PREN ketika ada. - PREN paling berguna untuk membandingkan paduan stainless di mana ketahanan pitting adalah pendorong desain; ini bukan prediktor korosi universal untuk semua lingkungan.
Baja non-stainless: - Untuk baja yang bukan stainless (tidak berlaku di sini), perlindungan korosi sering bergantung pada pelapisan seperti galvanisasi celup panas, cat organik, atau pelapisan. Untuk 304L dan 316L, pelapisan umumnya digunakan untuk estetika atau perlindungan abrasi daripada pencegahan korosi utama.
Implikasi praktis: - Pilih 316L untuk layanan yang terpapar klorida (laut, pemrosesan kimia, implan biomedis dalam kasus tertentu) di mana pitting dan korosi celah menjadi perhatian. - Pilih 304L untuk ketahanan korosi tujuan umum (peralatan layanan makanan, trim arsitektural, lingkungan korosif akuatik tanpa klorida) di mana perlindungan tingkat Mo tidak diperlukan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Dibentuk
- Kemampuan dibentuk: Kedua grade dapat dibentuk dengan baik karena ketangguhan yang tinggi; 304L sering sedikit lebih mudah dibentuk karena komposisinya dan kecenderungan marginally lebih tinggi untuk pengerasan kerja; manajemen alat dan pemulihan kembali serupa.
- Kemudahan pemesinan: Stainless steel austenitik umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon. 316L cenderung sedikit lebih menantang untuk diproses dibandingkan 304L karena ketangguhan yang lebih tinggi dan kecenderungan pengerasan kerja; menggunakan alat, umpan, dan pendingin yang tepat mengurangi masalah.
- Finishing permukaan dan pemolesan: Keduanya dapat diselesaikan dengan kualitas permukaan yang tinggi. 316L sering lebih disukai di mana integritas permukaan akhir harus tahan terhadap pitting (misalnya, finishing yang dipoles untuk makanan/farmasi atau fitting laut).
- Pembentukan dan pengelasan: Grade karbon rendah mengurangi masalah korosi pasca-las; lasan 316L memerlukan pengisi yang cocok untuk mempertahankan kinerja korosi di lingkungan yang agresif.
8. Aplikasi Tipikal
| 304L — Aplikasi Tipikal | 316L — Aplikasi Tipikal |
|---|---|
| Peralatan dapur, wastafel, layanan makanan, trim arsitektural | Fitting laut, penukar panas, pipa air laut |
| Peralatan farmasi dan laboratorium (non-klorida) | Peralatan proses kimia yang menangani klorida |
| Penukar panas, tangki (layanan akuatik umum) | Perangkat biomedis, instrumen bedah (kasus tertentu) |
| Komponen dekoratif dan struktural | Struktur lepas pantai dan pesisir, peralatan desalinasi |
Rasional pemilihan: - 304L dipilih di mana ketahanan korosi umum, kemampuan dibentuk yang baik, dan biaya yang lebih rendah menjadi prioritas, dan lingkungan tidak memiliki klorida yang agresif. - 316L dipilih di mana ketahanan terhadap korosi lokal (pitting/celah) diperlukan — terutama di media yang mengandung klorida — atau di mana ketahanan suhu tinggi dan kimia yang sedikit lebih baik membenarkan premi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 316L umumnya lebih mahal daripada 304L karena penambahan molybdenum dan biasanya memiliki kandungan nikel yang sedikit lebih tinggi. Selisih harga bervariasi dengan pasar komoditas global untuk Ni dan Mo.
- Ketersediaan: Kedua grade tersedia secara luas di seluruh dunia dalam bentuk pelat, lembaran, batang, pipa, dan fitting. 304L adalah stainless steel austenitik yang paling umum dan biasanya memiliki ketersediaan yang paling luas dan waktu pengiriman terpendek. 316L juga tersedia secara luas tetapi bentuk produk tertentu (pipa seamless diameter besar, fitting khusus) mungkin memiliki waktu pengiriman yang lebih lama dan premi yang lebih tinggi.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Atribut | 304L | 316L |
|---|---|---|
| Kelayakan Las | Luar Biasa | Luar Biasa |
| Kekuatan–Ketangguhan | Sebanding (rentang serupa) | Sebanding (rentang serupa) |
| Ketahanan terhadap pitting/celah | Baik (umum) | Unggul (terutama di klorida) |
| Biaya | Lebih Rendah | Lebih Tinggi |
Rekomendasi: - Pilih 304L jika: aplikasi memerlukan ketahanan korosi umum yang baik, kemampuan dibentuk dan kelayakan las yang luar biasa, dan biaya atau ketersediaan yang luas adalah kendala utama — misalnya, peralatan layanan makanan, ducting HVAC, atau komponen arsitektural yang tidak terpapar klorida. - Pilih 316L jika: layanan melibatkan klorida, air laut, atau lingkungan kimia agresif di mana korosi lokal (pitting/celah) menjadi perhatian, atau di mana ketahanan suhu tinggi/kimia yang sedikit lebih baik diperlukan — misalnya, perangkat keras laut, pemrosesan kimia, desalinasi, dan banyak komponen biomedis atau farmasi di mana ketahanan korosi yang unggul diwajibkan.
Catatan penutup: Untuk aplikasi kritis, tentukan persyaratan paduan dan penyelesaian yang tepat, dan minta sertifikat pabrik dan data pengujian korosi untuk bentuk produk yang dipilih. Ketika ragu tentang paparan klorida, pilih 316L yang mengandung Mo atau grade paduan lebih tinggi untuk mengurangi risiko korosi lokal.