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

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali menghadapi pilihan antara baja tahan karat 316 dan 310S saat menentukan bagian untuk lingkungan yang korosif atau suhu tinggi. Keputusan biasanya menyeimbangkan ketahanan korosi dan kemampuan las terhadap kekuatan suhu tinggi dan ketahanan oksidasi, serta pertimbangan biaya awal dan pasokan. Meskipun keduanya adalah baja tahan karat austenitik dan memiliki banyak karakteristik fabrikasi yang sama, 316 umumnya dipilih untuk lingkungan yang mengandung klorida dan aplikasi yang sensitif terhadap kemampuan las, sedangkan 310S dipilih ketika ketahanan oksidasi suhu tinggi yang berkelanjutan dan kekuatan creep diperlukan.

Perbedaan praktis utama adalah bahwa 316 menekankan peningkatan ketahanan korosi (terutama pitting) melalui paduan molibdenum, sementara 310S menekankan stabilitas suhu tinggi dan ketahanan oksidasi melalui kandungan kromium dan nikel yang lebih tinggi. Strategi paduan yang berbeda ini mendorong perbedaan dalam perilaku mekanis, respons fabrikasi, dan kesesuaian aplikasi.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar dan spesifikasi umum:
• ASTM/ASME: 316 (A240/A312/A403 keluarga, UNS S31600 / S31603 untuk 316L karbon rendah) dan 310S (A240, UNS S31008).
• EN: 1.4401 / 1.4404 setara untuk 316 / 316L; 1.4845 untuk 310S.
• JIS: SUS316 / SUS316L dan SUS310S.
• GB: 06Cr19Ni10 (sekitar 316), 0Cr25Ni20 (sekitar 310S) nomenklatur mungkin ditemui.
• Klasifikasi: keduanya adalah baja tahan karat (austenitik). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau kelas HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut menunjukkan rentang komposisi tipikal untuk kelas yang dikeraskan secara komersial. Rentang bervariasi berdasarkan standar dan produsen; nilai di bawah ini adalah representatif.

Strategi paduan dan efek: - Kromium (Cr) membentuk film oksida pasif dan ketahanan oksidasi suhu tinggi. 310S memiliki Cr yang jauh lebih tinggi untuk ketahanan pengelupasan yang lebih baik pada suhu tinggi. - Nikel (Ni) menstabilkan fase austenitik dan meningkatkan ketangguhan serta keuletan; 310S memiliki Ni yang lebih tinggi untuk mempertahankan keuletan pada suhu tinggi dan menahan creep. - Molibdenum (Mo) dalam 316 meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan yang mengandung klorida dan meningkatkan ketahanan korosi lokal (tidak ada di 310S). - Kandungan karbon mempengaruhi presipitasi karbida dan sensitisasi; varian karbon rendah (316L / 310S) mengurangi serangan intergranular setelah pengelasan. - Penambahan minor (Nb, Ti) digunakan dalam grade yang distabilkan untuk mengikat karbon dan mencegah sensitisasi.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur: Baik 316 maupun 310S sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi dikeraskan secara tipikal pada suhu kamar. Mereka tidak berubah martensitik saat mendingin.
• Respons perlakuan panas:
• Pemanasan larutan (misalnya, 1.040–1.100°C) diikuti dengan pendinginan cepat adalah perlakuan standar untuk melarutkan presipitat dan mengembalikan ketahanan korosi untuk kedua paduan.
• Tidak ada grade yang dapat diperkeras secara signifikan dengan perlakuan quench-and-temper konvensional; penguatan dicapai melalui pengerjaan dingin atau penguatan larutan padat suhu tinggi (misalnya, untuk 310S).
• Pada suhu menengah (sekitar 450–900°C), kedua paduan rentan terhadap presipitasi fase sigma atau karbida jika ditahan cukup lama; kandungan Ni yang lebih tinggi pada 310S meningkatkan stabilitas fase pada beberapa suhu, sementara Mo pada 316 dapat mendorong pembentukan sigma dalam kondisi tertentu. Perlakuan panas yang tepat dan pemilihan varian karbon rendah atau yang distabilkan mengurangi sensitisasi.
• Proses termo-mekanis (penggulungan, penempaan) diikuti dengan pemanasan yang tepat akan menghasilkan austenit butir halus pada kedua paduan; pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan tetapi juga pengerasan kerja dan mengurangi keuletan.

4. Sifat Mekanis

Rentang sifat tipikal pada suhu kamar, dikeraskan (catatan: nilai aktual tergantung pada bentuk produk, ketebalan, dan pemasok):

Interpretasi: - 310S umumnya menunjukkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih tinggi dalam kondisi dikeraskan karena paduan yang lebih berat dan penguatan larutan yang lebih besar (Cr dan Ni yang lebih tinggi). - 316 umumnya menunjukkan keuletan yang lebih tinggi dan cenderung lebih tangguh pada suhu kamar dan suhu sub-ambient, dibantu oleh kandungan Ni dan kontribusi penguatan larutan padat yang lebih rendah dari Cr. - Tidak ada grade yang dirancang untuk kekerasan tinggi dalam keadaan dikeraskan; pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan dengan mengorbankan keuletan.

5. Kemampuan Las

Baja tahan karat austenitik adalah salah satu keluarga baja tahan karat yang paling mudah dilas, tetapi perbedaan penting dalam praktik.

• Faktor:
• Tingkat karbon, elemen residu, dan kandungan paduan mempengaruhi kerentanan terhadap retak panas, mode pembekuan, dan ketahanan korosi pasca las.
• Karena keduanya adalah austenitik, risiko transformasi martensitik dan retak terkait kemampuan pengerasan rendah.
• Indeks yang berguna:
• Setara karbon untuk kemampuan las umum:
  $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Nilai yang lebih tinggi menunjukkan kemampuan pengerasan yang lebih besar dan potensi retak pada baja feritik; untuk austenitik, rumus ini digunakan secara kualitatif untuk membandingkan efek paduan.
• Parameter pengelasan untuk baja tahan karat:
  $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Nilai $P_{cm}$ yang lebih besar menunjukkan kecenderungan yang meningkat terhadap fenomena retak intergranular selama pengelasan.
• Interpretasi kualitatif:
• 316 mendapatkan manfaat dari Mo untuk ketahanan korosi tetapi memiliki CE/Pcm yang secara keseluruhan moderat; ia mudah dilas dengan logam pengisi standar (misalnya, 316/316L atau 309 untuk sambungan yang berbeda) dan menunjukkan keuletan yang baik di HAZ las. Penggunaan grade karbon rendah atau yang distabilkan mengurangi sensitisasi.
• 310S dapat dilas dengan baik dalam banyak kondisi, tetapi kandungan paduannya yang lebih tinggi dapat meningkatkan kerentanan terhadap retak pembekuan dan membuat pemilihan pengisi serta praktik pra/pasca las menjadi lebih kritis, terutama untuk bagian tebal dan las multipass. Pengisi 310/310L atau 309 untuk sambungan berbeda yang dijembatani adalah umum.
• Pemanasan awal jarang diperlukan untuk kedua grade karena alasan metalurgi, tetapi perhatian terhadap input panas, suhu antar las, dan kimia pengisi sangat penting untuk mengontrol distorsi dan menghindari presipitasi fase sigma.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Perilaku tahan karat:
• Penggunaan PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) membantu membandingkan ketahanan korosi lokal:
  $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
  • Kandungan Mo pada 316 meningkatkan PREN relatif terhadap 310S, memberikan 316 ketahanan pitting dan korosi celah yang lebih baik di lingkungan yang mengandung klorida.
  • 310S, yang tidak memiliki Mo, memiliki PREN yang didorong terutama oleh Cr yang lebih tinggi — ketahanan korosi umum dan ketahanan oksidasi yang baik tetapi kurang ketahanan pitting dibandingkan grade yang mengandung Mo.
• Ketahanan oksidasi suhu tinggi:
• 310S unggul dalam ketahanan oksidasi dan ketahanan pengelupasan pada suhu tinggi (misalnya, pekerjaan furnace, komponen knalpot) karena kandungan Cr dan Ni yang lebih tinggi.
• Ketika perlindungan tahan karat tidak digunakan:
• Untuk baja non-tahan karat, perlindungan dilakukan melalui galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan. Tidak berlaku saat membandingkan kedua paduan tahan karat ini, kecuali di mana perlakuan permukaan (pasivasi, pengasaman) digunakan untuk mengembalikan film pasif setelah fabrikasi.
• Klarifikasi: PREN berarti untuk membandingkan ketahanan pitting di antara baja tahan karat; tidak berlaku untuk mekanisme korosi umum seperti serangan asam yang merata atau oksidasi suhu tinggi.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Pembentukan dan pembengkokan:
• 316 umumnya lebih mudah dibentuk dan dibengkokkan karena keuletan yang sedikit lebih baik dan laju pengerasan kerja yang lebih rendah.
• 310S lebih tahan terhadap pembentukan dan pemulihan karena kekuatan yang lebih tinggi dan kecenderungan pengerasan kerja yang lebih kuat.
• Kemudahan pemesinan:
• Kedua grade lebih sulit diproses dibandingkan baja karbon. 316 biasanya sedikit lebih mudah diproses dibandingkan 310S; keduanya memerlukan pengaturan yang kaku, alat tajam, dan perubahan alat yang sering. Penggunaan alat karbida dengan umpan tinggi, rake positif, dan pendingin banjir adalah umum.
• Penyelesaian permukaan:
• Keduanya dapat dipoles dan diselesaikan dengan baik; pengelupasan yang lebih rendah pada 316 pada suhu sedang memudahkan untuk mencapai penyelesaian yang konsisten setelah pengelasan.
• Catatan fabrikasi:
• Untuk komponen suhu tinggi (310S), toleransi pemesinan dan rencana perlakuan panas harus memperhitungkan distorsi dan pengelupasan.

8. Aplikasi Tipikal

Alasan pemilihan: - Pilih 316 untuk lingkungan di mana pitting yang disebabkan oleh klorida, korosi celah, dan kemampuan las dengan ketahanan korosi yang dipertahankan adalah perhatian utama. - Pilih 310S ketika suhu operasi, pengelupasan oksidasi, atau ketahanan creep pada suhu tinggi mendominasi persyaratan desain.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya:
• 310S umumnya lebih mahal daripada 316 berdasarkan per kilogram karena kandungan nikel yang jauh lebih tinggi dan kandungan kromium yang lebih tinggi.
• 316 biasanya lebih murah dan sering tersedia dalam berbagai bentuk produk komoditas yang lebih luas.
• Ketersediaan berdasarkan bentuk produk:
• 316: ketersediaan luas dalam pelat, lembaran, pipa, tabung, batang, pengikat, dan berbagai pilihan varian karbon rendah dan dikeraskan (316L).
• 310S: tersedia dalam lembaran, pelat, dan bentuk khusus suhu tinggi, tetapi kurang umum dalam pengikat komoditas atau bentuk biaya rendah.
• Panduan pengadaan: untuk proyek volume besar di mana ketahanan suhu tinggi tidak diperlukan, 316 mungkin menawarkan total biaya dan keamanan pasokan yang lebih baik. Untuk komponen khusus suhu tinggi, ketersediaan 310S biasanya cukup tetapi waktu tunggu dan premi biaya harus diharapkan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih 316 (atau 316L) jika kebutuhan utama Anda adalah ketahanan terhadap pitting yang disebabkan oleh klorida, kemampuan las yang sangat baik dengan kinerja korosi yang dipertahankan, keuletan dan ketangguhan yang baik, serta biaya material yang lebih rendah atau pasokan yang luas. Kasus penggunaan tipikal: laut, pengolahan kimia, tangki makanan/farmasi dan pipa. - Pilih 310S jika kebutuhan utama Anda adalah ketahanan oksidasi suhu tinggi jangka panjang, ketahanan pengelupasan, atau layanan pada suhu tinggi di mana creep dan stabilitas termal sangat penting. Kasus penggunaan tipikal: komponen furnace, tabung radian, perangkat keras kiln, dan saluran suhu tinggi.

Catatan akhir: kedua paduan sebaiknya ditentukan dengan bentuk produk, penyelesaian, dan persyaratan perlakuan panas atau stabilisasi pasca las yang eksplisit. Konsultasikan pemasok material dan spesifikasi prosedur pengelasan (WPS) untuk pemilihan paduan pengisi, praktik pra/pasca las, dan batas suhu spesifik aplikasi untuk menghindari pembentukan fase sigma, sensitisasi, dan kegagalan prematur.