310 vs 310S – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Type 310 dan 310S adalah baja tahan karat austenitik yang umum ditentukan untuk layanan suhu tinggi. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara ketahanan korosi, kekuatan suhu tinggi, dan kemampuan las saat memilih di antara keduanya—terutama di mana komponen tungku, penukar panas, atau rakitan las akan beroperasi di lingkungan suhu tinggi.

Perbedaan teknis utama antara kedua grade adalah spesifikasi karbon: 310 memungkinkan kandungan karbon maksimum yang lebih tinggi dibandingkan 310S, sementara tingkat kromium dan nikel mereka pada dasarnya sama. Perbedaan karbon tersebut mempengaruhi keputusan tentang kerentanan terhadap presipitasi karbida (sensitisasi), kemampuan las, dan kadang-kadang perbedaan marginal dalam kekuatan pada suhu tinggi. Karena mereka memiliki komposisi austenitik yang sama, mereka dibandingkan secara dekat dalam keputusan desain dan fabrikasi.

1. Standar dan Penunjukan

Standar dan penunjukan umum untuk grade ini meliputi: - ASTM/ASME: Type 310 (UNS S31000), Type 310S (UNS S31008); dirujuk dalam ASTM A240 (plat, lembaran, dan strip), A312 (pipa tanpa sambungan dan las), dan standar produk lainnya. - EN: 1.4841 (310), 1.4845 (310S) dalam beberapa skema penunjukan Eropa. - JIS: SUS310, SUS310S (standar Jepang memiliki kesesuaian yang dekat). - GB (Cina): Standar produk GB/T untuk baja tahan karat sering merujuk pada komposisi kimia yang setara.

Klasifikasi: baik 310 maupun 310S adalah baja tahan karat austenitik (kelompok tahan karat, paduan tinggi). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: Rentang komposisi tipikal (wt%) seperti yang umum ditentukan dalam standar seperti ASTM A240. Nilai adalah rentang representatif; periksa sertifikat material spesifik untuk nilai batch.

Elemen	310 (rentang tipikal)	310S (rentang tipikal)
C	0.08–0.25 (maks 0.25)	0.03–0.08 (maks 0.08)
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	24.0–26.0	24.0–26.0
Ni	19.0–22.0	19.0–22.0
Mo	— (jejak)	— (jejak)
V	—	—
Nb (Cb)	—	—
Ti	—	—
B	—	—
N	≤ 0.10 (jejak)	≤ 0.10 (jejak)

Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kromium dan nikel membentuk matriks austenitik dan memberikan ketahanan oksidasi dan korosi pada suhu tinggi. Kromium tinggi (~25%) memberikan ketahanan pengelupasan yang sangat baik. - Nikel menstabilkan fase austenitik dan mempertahankan ketangguhan. - Karbon meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan creep sampai batas tertentu tetapi juga meningkatkan risiko presipitasi karbida dalam rentang suhu sensitisasi (sekitar 425–870°C). - Karbon yang lebih rendah di 310S mengurangi risiko presipitasi karbida intergranular setelah pengelasan atau paparan dalam rentang sensitisasi, meningkatkan ketahanan korosi pada komponen yang dilas atau terensitisasi.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Kedua grade sepenuhnya austenitik dalam kondisi annealed. Struktur butir tipikal adalah austenit stabil kecuali terjadi kerja dingin yang signifikan atau pembentukan delta ferrit selama siklus termal pengelasan. - Tidak ada transformasi martensitik yang terjadi saat pendinginan (baja tahan karat austenitik tidak dapat dikeraskan dengan pendinginan dan temper).

Perlakuan panas dan pemrosesan termal: - Annealing larutan (umumnya 1050–1120 °C) diikuti dengan pendinginan cepat mengembalikan mikrostruktur austenitik yang tahan korosi dan melarutkan presipitat. - Karena mereka tidak dapat dikeraskan dengan pendinginan, penyesuaian kekuatan bergantung pada kerja dingin atau pemilihan paduan. - Karbon yang lebih tinggi di 310 meningkatkan gaya pendorong untuk presipitasi karbida kromium selama paparan dalam rentang sensitisasi, yang dapat menyebabkan pengurangan kromium batas butir dan korosi intergranular. Karbon yang lebih rendah di 310S meminimalkan risiko ini. - Siklus termal pengelasan: kedua grade dapat dilas, tetapi 310S kurang rentan terhadap sensitisasi pasca-las dan memerlukan perhatian lebih sedikit terhadap perlakuan panas pasca-las yang dimaksudkan untuk menghindari korosi intergranular.

4. Sifat Mekanis

Tabel: Sifat mekanis representatif untuk material yang telah di-anneal (kondisi datar/typical). Ini bersifat indikatif; bentuk produk, ketebalan, dan spesifikasi dapat mengubah nilai.

Sifat	310 (annealed, tipikal)	310S (annealed, tipikal)
Kekuatan tarik (MPa)	~500–600 (tipikal)	~500–600 (tipikal)
Kekuatan luluh (0.2% offset, MPa)	~200–260	~200–240
Peregangan (%)	≥ 40 (duktilitas baik)	≥ 40 (kecenderungan duktilitas sedikit lebih baik)
Kekerasan impak	Tinggi, mempertahankan ketangguhan pada suhu rendah	Tinggi, serupa atau sedikit lebih baik karena karbon yang lebih rendah
Kekerasan (HB / HRC)	Sedang; kekerasan annealed biasanya dalam rentang baja tahan karat austenitik	Serupa atau sedikit lebih rendah dalam kondisi annealed

Interpretasi: - Sifat mekanis dalam keadaan annealed sangat mirip karena matriks austenitiknya sama. Karbon yang sedikit lebih tinggi di 310 dapat memberikan kekuatan yang sedikit lebih tinggi dalam beberapa kondisi, terutama setelah beberapa kerja dingin atau paparan suhu tinggi jangka panjang, tetapi dengan biaya peningkatan risiko sensitisasi. - Kedua grade memiliki ketangguhan dan duktilitas yang sangat baik dibandingkan dengan baja feritik/martensitik, terutama pada suhu rendah.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las sangat bergantung pada ekuivalen karbon dan kecenderungan untuk membentuk mikrostruktur keras atau rapuh di zona yang terpengaruh panas (HAZ). Indikator empiris yang berguna termasuk ekuivalen karbon IIW dan rumus Pcm:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif untuk 310 vs 310S: - Variabel utama dalam rumus ini untuk 310/310S adalah $C$. Karbon yang lebih rendah di 310S memberikan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah, menunjukkan risiko masalah HAZ yang berkurang dan kemampuan las yang lebih baik dalam hal menghindari sensitisasi dan mempertahankan duktilitas setelah pengelasan. - Baja tahan karat austenitik umumnya tidak membentuk martensit keras di HAZ, tetapi presipitasi karbida dan serangan intergranular menjadi perhatian. Untuk fabrikasi yang dilas yang terpapar dalam rentang sensitisasi, 310S biasanya lebih disukai. Di mana layanan pasca-las hanya melibatkan suhu yang sangat tinggi (di atas rentang pelarutan karbida) atau di mana kekuatan creep sangat penting dan sensitisasi bukan masalah, 310 mungkin dapat diterima. - Pemanasan awal dan PWHT jarang digunakan untuk menghindari martensit (tidak berlaku), tetapi annealing larutan dapat ditentukan setelah pengelasan di mana kinerja korosi sangat penting.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik 310 maupun 310S tahan korosi karena kandungan Cr dan Ni yang tinggi. Mereka menawarkan ketahanan oksidasi yang sangat baik di atmosfer pengoksidaan suhu tinggi (ketahanan pengelupasan).
• Untuk ketahanan terhadap retak korosi stres klorida, baja austenitik tanpa molibdenum umumnya rentan di bawah lingkungan klorida yang agresif; tidak ada grade yang khusus untuk ketahanan klorida.
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) biasanya diterapkan pada baja tahan karat yang mengandung Mo dan N. Sebagai referensi:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Karena 310/310S biasanya mengandung Mo yang dapat diabaikan dan N yang rendah, PREN bukanlah diskriminator yang berarti untuk ketahanan pitting pada grade ini; ketahanan mereka lebih bergantung pada kondisi permukaan, lingkungan, dan suhu.
• Perlindungan permukaan: untuk baja non-tahan karat, seseorang akan mempertimbangkan galvanisasi atau pelapisan; untuk 310/310S, penyelesaian permukaan, pengasaman, pasivasi, atau aluminisasi (untuk ketahanan oksidasi ekstrem) relevan, tergantung pada layanan. Karbon yang lebih rendah di 310S meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular di mana karbida dapat terbentuk.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pembentukan: Kedua grade membentuk dan membengkok dengan baik dalam kondisi annealed tetapi mengeras dengan cepat (perilaku austenitik yang khas). Gunakan alat yang tepat dan toleransi untuk pemulihan.
• Kemudahan pemesinan: Baja tahan karat austenitik sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja lunak: mereka mengeras, memiliki konduktivitas termal rendah, dan memerlukan pengaturan yang kaku, alat tajam, dan umpan yang sesuai. 310/310S serupa dalam kemudahan pemesinan; 310S mungkin sedikit lebih mudah karena kekerasan yang sedikit lebih rendah dalam beberapa kondisi.
• Perencanaan urutan pengelasan dan pembentukan: lebih baik melakukan pembentukan sebelum pengelasan jika memungkinkan untuk menghindari pengerasan lokal dan mengontrol distorsi.
• Penyelesaian permukaan: penggilingan, pemolesan, dan pasivasi mengikuti praktik standar baja tahan karat austenitik.

8. Aplikasi Tipikal

310 (penggunaan umum)	310S (penggunaan umum)
Bagian tungku, muffles, keranjang perlakuan panas, oven industri di mana ketahanan oksidasi suhu tinggi adalah yang utama dan pengelasan dikendalikan	Komponen penukar panas yang dilas, peralatan pemrosesan kimia di mana sensitisasi las harus diminimalkan
Perangkat pembakar dan pembakaran, tabung radian, komponen kiln di mana ketahanan creep suhu tinggi dan ketahanan pengelupasan diperlukan	Pipa, fitting, dan wadah yang dilas di lingkungan suhu tinggi tetapi korosif di mana ketahanan korosi pasca-las diperlukan
Aplikasi gas buang suhu tinggi di mana fabrikasi sesekali dapat dilakukan tanpa pengelasan yang ekstensif	Di mana pengelasan yang sering, pemesinan pasca-fabrikasi, atau layanan dalam rentang sensitisasi memerlukan alternatif karbon rendah

Rasional pemilihan: - Pilih 310 di mana kekuatan maksimum suhu tinggi dan ketahanan oksidasi adalah prioritas dan di mana fabrikasi dapat dikendalikan untuk menghindari masalah sensitisasi. - Pilih 310S di mana rakitan yang dilas akan ditempatkan dalam jendela suhu sensitisasi, atau di mana ketahanan korosi pasca-las dan kemampuan las yang lebih baik diperlukan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: 310S sering kali dihargai sedikit lebih tinggi daripada 310 karena kontrol produksi yang diperlukan untuk mencapai spesifikasi karbon yang lebih rendah dan karena biasanya ditentukan untuk aplikasi las yang lebih kritis. Perbedaan harga aktual adalah moderat dan bervariasi dengan harga nikel dan kromium di pasar.
• Ketersediaan: kedua grade tersedia secara luas dalam bentuk lembaran, plat, gulungan, pipa, dan tabung. 310 kadang-kadang lebih umum disimpan untuk komponen suhu tinggi standar, sementara 310S biasanya disimpan untuk bagian tekanan dan fabrikasi yang dilas.
• Waktu tunggu: tergantung pada bentuk dan ukuran produk; pengadaan produk diameter besar atau bagian berat dalam grade khusus dapat meningkatkan waktu tunggu.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: Ringkasan cepat

Atribut	310	310S
Kemampuan las	Baik, tetapi risiko sensitisasi lebih besar setelah pengelasan	Lebih baik — karbon yang lebih rendah mengurangi sensitisasi dan meningkatkan ketahanan korosi pasca-las
Kekuatan – Ketangguhan	Kekuatan suhu tinggi yang sebanding; 310 mungkin menunjukkan kekuatan yang sedikit lebih tinggi dalam beberapa paparan suhu tinggi	Ketangguhan serupa; sedikit lebih baik dalam duktilitas dan risiko masalah karbida batas butir yang lebih rendah
Biaya	Sedikit lebih rendah atau sebanding	Premium sedikit tipikal

Rekomendasi akhir: - Pilih 310 jika prioritas Anda adalah ketahanan oksidasi/korosi suhu tinggi maksimum di mana komponen tidak akan rentan terhadap masalah sensitisasi (misalnya, sebagai bagian dalam tungku yang dapat diganti atau komponen suhu tinggi yang tidak dilas), atau ketika kekuatan creep suhu tinggi yang sedikit lebih tinggi diperlukan dan paparan/kondisi pengelasan dikendalikan. - Pilih 310S jika desain Anda melibatkan pengelasan yang ekstensif, memerlukan risiko korosi intergranular setelah pengelasan yang diminimalkan, atau akan menghabiskan waktu yang signifikan dalam rentang suhu sensitisasi. 310S adalah spesifikasi yang lebih aman untuk bagian tekanan yang dilas dan wadah yang difabrikasi di mana ketahanan korosi pasca-fabrikasi sangat penting.

Catatan penutup: Kedua grade adalah pilihan yang sangat baik untuk layanan suhu tinggi. Spesifikasi karbon adalah pembeda kunci: nilai prosedur las, suhu layanan yang dimaksudkan (terutama apakah komponen akan melintasi atau tetap dalam rentang sensitisasi 425–870°C), dan biaya/ketersediaan untuk membuat pemilihan akhir.