310S vs 253MA – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin memilih antara paduan stainless berdasarkan ketahanan korosi, kinerja suhu tinggi, kemampuan pengelasan, dan biaya. 310S dan 253MA adalah kedua jenis baja tahan karat yang tahan korosi yang digunakan dalam lingkungan suhu tinggi, tetapi dioptimalkan untuk envelope layanan yang berbeda: satu untuk ketahanan oksidasi suhu tinggi umum dengan duktilitas yang sangat baik, yang lainnya untuk kekuatan suhu tinggi jangka panjang, ketahanan skala, dan stabilitas creep.
Perbedaan praktis utama adalah bahwa 253MA dirancang untuk mempertahankan perilaku oksida pelindung dan ketahanan creep pada suhu yang sangat tinggi melalui penambahan karbon, silikon, dan niobium yang terkontrol, sedangkan 310S adalah paduan austenitik dengan kromium tinggi-nikel yang dioptimalkan terutama untuk ketahanan oksidasi suhu tinggi yang luas dan kemampuan pembentukan. Itulah sebabnya para perancang biasanya mempertimbangkan kemudahan fabrikasi dan biaya 310S dibandingkan dengan kinerja jangka panjang 253MA yang lebih unggul dalam layanan termal-oksidasi ekstrem.
1. Standar dan Penunjukan
- 310S
- Penunjukan umum: UNS S31008, EN 1.4845 (untuk 310), spesifikasi ASTM/ASME biasanya merujuk pada AISI/UNS. 310S adalah baja tahan karat austenitik.
- 253MA
- Bentuk yang bersifat kepemilikan dan terstandarisasi ada (misalnya, nama produk dari Sandvik dan pemasok lainnya). Ini biasanya disuplai sebagai baja tahan karat austenitik suhu tinggi yang dirancang untuk ketahanan oksidasi dan creep.
- Identifikasi kategori:
- 310S: Baja tahan karat austenitik.
- 253MA: Baja tahan karat austenitik yang dipadu untuk layanan suhu tinggi (stabilized/modified austenitic stainless).
Catatan: Nomor standar yang tepat untuk 253MA dapat bervariasi menurut produsen dan bentuk produk; konsultasikan sertifikat pemasok untuk spesifikasi yang mengendalikan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini menunjukkan rentang komposisi tipikal yang dilaporkan dalam lembar data publik untuk setiap grade. Ini adalah rentang nominal tipikal untuk bentuk komersial umum (dianil). Sertifikat material dan lembar data vendor harus dikonsultasikan untuk pengadaan dan perhitungan desain.
| Elemen | 310S (rentang nominal tipikal) | 253MA (rentang nominal tipikal) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08% | ≤ 0.02% (sangat rendah) |
| Mn | ≤ 2.0% | ≤ 2.0% |
| Si | ≤ 1.5% | ~0.4–1.0% (ditinggikan untuk perilaku oksida) |
| P | ≤ 0.045% | ≤ 0.03% |
| S | ≤ 0.03% | ≤ 0.01% |
| Cr | 24–26% | ~21–23% |
| Ni | 19–22% | ~11–13% |
| Mo | ≤ 0.75% (biasanya tidak ada) | ≤ 0.5% (biasanya rendah) |
| V | jejak | jejak |
| Nb (Cb) | — | penambahan kecil (stabilizing; ~0.2–0.8%) |
| Ti | — | jejak hingga kecil jika distabilkan |
| B | — | jejak (jika ada) |
| N | ≤ 0.1% | tingkat rendah yang terkontrol |
Komentar tentang strategi paduan: - 310S menggunakan Cr tinggi dan Ni tinggi untuk menstabilkan austenit dan memberikan ketahanan oksidasi dan duktilitas. Kandungan Ni yang lebih tinggi meningkatkan ketangguhan dan kemampuan pembentukan. - 253MA menggunakan tingkat Ni yang lebih rendah tetapi mencakup penambahan Si yang terkontrol dan Nb kecil (kolumbium) stabilizer dan karbon yang sangat rendah untuk menghindari presipitasi karbida dan membentuk skala oksida yang stabil dan melekat. Penyesuaian ini meningkatkan kekuatan suhu tinggi jangka panjang dan ketahanan oksidasi/korosi dalam atmosfer siklik atau agresif.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- 310S
- Mikrostruktur tipikal: sepenuhnya austenitik dalam kondisi dianil. Ukuran butir tergantung pada fabrikasi dan annealing. Tidak ada penguatan presipitasi; presipitasi karbida dapat terjadi jika ditahan dalam rentang sensitisasi (tetapi C yang lebih rendah dalam 310S mengurangi risiko ini).
- Perlakuan panas: annealing larutan dan pendinginan cepat memulihkan duktilitas dan ketahanan korosi. 310S tidak dikeraskan dengan pendinginan/temper.
- 253MA
- Mikrostruktur tipikal: matriks austenitik dengan dispersi terkontrol dari fase stabil (karbida/nitride yang distabilkan niobium) yang dirancang untuk mengurangi pengurasan matriks dan mengikat batas butir pada suhu tinggi.
- Perlakuan panas: annealing larutan digunakan untuk melarutkan fase yang tidak diinginkan dan mengendapkan kembali fase stabilisasi yang terkontrol. Pemrosesan termo-mekanis dan perlakuan panas terkontrol meningkatkan sifat creep. Tidak responsif terhadap penguatan dengan pendinginan/temper; peningkatan kekuatan berasal dari paduan dan presipitasi yang terkontrol.
Bagaimana pemrosesan mempengaruhi masing-masing: - Normalisasi/annealing memulihkan austenit dan mengurangi stres pada kedua grade; keuntungan 253MA dalam creep dan adhesi skala berasal dari kimianya dan stabilitas fase oksida dan presipitat setelah perlakuan panas yang tepat. - Pendinginan & temper tidak berlaku untuk grade austenitik ini; pekerjaan dingin akan meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan tetapi dapat mengurangi duktilitas.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik tipikal sangat bergantung pada bentuk produk dan perlakuan panas. Tabel menunjukkan nilai representatif untuk produk yang biasanya disuplai dalam keadaan dianil; verifikasi nilai aktual dengan laporan uji pabrik.
| Sifat | 310S (dianil, tipikal) | 253MA (dianil, tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (UTS) | ~500–600 MPa | Umumnya lebih tinggi pada suhu kamar; sering ~550–750 MPa |
| Kekuatan luluh (offset 0.2%) | ~200–300 MPa | Biasanya lebih tinggi dari 310S; kekuatan luluh/creep suhu tinggi yang lebih baik |
| Peregangan (A%) | ~35–50% | Sedang hingga baik; biasanya lebih rendah dari 310S tetapi masih duktil (bervariasi 20–45%) |
| Kekerasan (HB atau HRB) | Relatif rendah (lunak, duktil) | Sedikit lebih tinggi karena mikro-paduan dan presipitat |
Interpretasi: - 253MA biasanya memberikan kekuatan yang lebih tinggi, terutama untuk beban suhu tinggi jangka panjang dan ketahanan creep, sementara 310S cenderung lebih duktil dan lebih mudah dibentuk dan dikerjakan. - Ketangguhan impak pada suhu ambient umumnya dapat diterima untuk keduanya; 253MA dirancang untuk mempertahankan ketangguhan yang berguna setelah paparan lama pada suhu tinggi.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan kedua grade baik relatif terhadap banyak baja, tetapi perbedaan penting dalam praktik.
Faktor kunci yang mempengaruhi: - Karbon dan nitrogen: karbon yang lebih rendah mengurangi risiko sensitisasi dan korosi intergranular; nitrogen dapat menstabilkan austenit. - Kandungan paduan dan stabilizer (misalnya, Nb) mempengaruhi retakan panas dan siklus termal pengelasan.
Indeks empiris yang berguna: - Setara karbon untuk austenitik (tipe IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Indeks Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - 310S: Kandungan Ni yang tinggi meningkatkan kemampuan pengelasan dan duktilitas logam las; karbon yang relatif rendah (dalam 310S) mengurangi sensitivitas terhadap sensitisasi. Pemanasan awal umumnya tidak diperlukan untuk bagian tipis; annealing pasca pengelasan dapat digunakan untuk memulihkan sifat jika diperlukan. - 253MA: Dapat dilas tetapi memerlukan perhatian: stabilisasi niobium dan silikon yang tinggi dapat mengubah kimia logam las; karbon yang sangat rendah meminimalkan sensitisasi tetapi pemilihan pengisi las penting untuk mempertahankan sifat suhu tinggi. Untuk layanan suhu tinggi jangka panjang, perlakuan panas pasca pengelasan dan penggunaan logam pengisi yang cocok atau disetujui mungkin diperlukan untuk menghindari degradasi lokal dan mempertahankan ketahanan creep/oksidasi.
Selalu ikuti prosedur pengelasan produsen dan lakukan pengelasan kualifikasi untuk komponen kritis.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Tidak tahan karat vs tahan karat: baik 310S maupun 253MA adalah grade tahan karat (austenitik); strategi perlindungan permukaan berbeda dari baja karbon.
- Oksidasi dan korosi suhu tinggi:
- 310S: Cr dan Ni tinggi memberikan ketahanan oksidasi suhu tinggi yang baik hingga sekitar 1000–1150 °C di banyak lingkungan; membentuk skala Cr-oksida pelindung di bawah banyak kondisi.
- 253MA: Diformulasikan untuk membentuk oksida yang stabil dan melekat (sering oksida permukaan kaya Si) dan untuk menahan pengelupasan skala dan oksidasi agresif di bawah paparan siklik dan jangka panjang; unggul untuk penggunaan jangka panjang di lingkungan suhu tinggi yang agresif.
- Indeks korosi lokal:
- Di mana ketahanan korosi lokal dinilai dengan PREN, gunakan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk baik 310S maupun 253MA, Mo rendah dan nilai PREN sedang; tidak ada grade yang dimaksudkan untuk layanan pitting klorida yang parah dibandingkan dengan paduan duplex atau superaustenitik yang mengandung Mo.
- Ketika perlindungan stainless tidak memadai, pelapis (semprotan termal, aluminizing, pelapis keramik) atau atmosfer terkontrol dapat digunakan untuk kedua grade.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan
- 310S
- Kemampuan pembentukan yang sangat baik dan karakteristik penarikan dalam karena Ni tinggi dan struktur austenitik sepenuhnya.
- Kemudahan pemesinan cukup baik; praktik pemesinan stainless yang umum berlaku (pengaturan kaku, alat tajam, pengurangan umpan jika terjadi galling).
- 253MA
- Kemampuan pembentukan baik tetapi pengerasan kerja yang lebih tinggi dan matriks yang lebih kuat dapat memerlukan gaya pembentukan yang lebih besar.
- Pemesinan dapat lebih menuntut dibandingkan 310S karena kekuatan yang lebih tinggi dan kemungkinan pengerasan; umur alat dan kecepatan harus dioptimalkan untuk paduan.
Penyelesaian permukaan dan perlakuan pasca-fabrikasi yang ditujukan untuk meredakan stres dan mengontrol skala oksida mungkin berbeda berdasarkan suhu aplikasi akhir dan lingkungan.
8. Aplikasi Tipikal
| 310S – Penggunaan Tipikal | 253MA – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Perapian muffles, tabung radian, elemen penukar panas, pelapis ruang bakar, bagian tahan panas umum | Komponen pembakar suhu tinggi, perlengkapan furnace industri, tabung radian dalam atmosfer agresif, perlengkapan perlakuan panas umur panjang, komponen yang terpapar oksidasi siklik dan creep |
| Peralatan proses kimia di mana ketahanan korosi suhu tinggi dan kemampuan pembentukan diperlukan | Aplikasi yang menuntut stabilitas dimensi jangka panjang dan adhesi skala oksida di bawah beban termal siklik |
Alasan pemilihan: - Pilih 310S ketika aplikasi membutuhkan ketahanan oksidasi suhu tinggi yang baik yang dikombinasikan dengan kemampuan pembentukan yang sangat baik dan biaya yang efektif. - Pilih 253MA ketika paparan jangka panjang, kondisi siklik, dan ketahanan terhadap pertumbuhan/pengelupasan skala dan creep sangat penting.
9. Biaya dan Ketersediaan
- 310S
- Secara luas tersedia secara global dalam bentuk lembaran, pelat, tabung, dan batang dari banyak pabrik. Biaya relatif sedang di antara austenitik paduan tinggi karena kandungan Ni yang lebih tinggi tetapi produksi massal dan ketersediaan mengurangi waktu tunggu.
- 253MA
- Biasanya merupakan paduan khusus yang diproduksi dalam bentuk dan volume produk yang lebih terbatas. Biaya unit umumnya lebih tinggi daripada 310S dan waktu tunggu bisa lebih lama, terutama untuk jumlah besar atau bentuk produk khusus.
Tip pengadaan: tentukan standar material yang tepat, bentuk produk, dan sertifikat yang diperlukan; untuk 253MA, izinkan waktu tunggu pemasok dan konfirmasi dimensi yang tersedia.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Atribut | 310S | 253MA |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Sangat baik (opsi pengisi yang baik) | Baik, tetapi memerlukan kontrol prosedur |
| Kekuatan–Ketangguhan | Duktilitas baik; kekuatan sedang | Kekuatan suhu tinggi jangka panjang lebih tinggi; ketangguhan baik |
| Biaya & Ketersediaan | Lebih ekonomis dan tersedia secara luas | Biaya lebih tinggi; ketersediaan khusus |
Kesimpulan — rekomendasi: - Pilih 310S jika Anda membutuhkan paduan austenitik yang umumnya tersedia, ekonomis dengan kemampuan pembentukan yang sangat baik dan ketahanan oksidasi suhu tinggi yang dapat diandalkan untuk layanan jangka pendek hingga menengah (misalnya, komponen furnace, bagian tahan panas umum), dan ketika kemudahan fabrikasi dan kompleksitas pengadaan yang lebih rendah adalah prioritas. - Pilih 253MA jika aplikasi Anda memerlukan ketahanan oksidasi jangka panjang yang unggul, adhesi skala oksida yang stabil, dan ketahanan creep dalam lingkungan suhu tinggi yang agresif atau siklik di mana umur dan stabilitas dimensi membenarkan biaya material yang lebih tinggi dan kontrol proses yang lebih ketat.
Rekomendasi akhir: tentukan persyaratan kinerja (suhu operasi, atmosfer, umur yang diharapkan, beban mekanis, desain las/sambungan) dan minta sertifikat pabrik atau lembar data pemasok. Untuk komponen suhu tinggi yang kritis, lakukan analisis biaya siklus hidup komparatif: biaya awal yang lebih tinggi untuk 253MA dapat dibenarkan oleh pengurangan waktu henti, interval yang lebih lama antara penggantian, dan kinerja suhu tinggi yang lebih baik.