316 vs 316L – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Jenis baja tahan karat austenitik 316 dan 316L adalah dua dari kelas yang paling banyak ditentukan di industri, mulai dari pipa dan bejana tekan hingga peralatan pengolahan kimia dan permukaan yang bersentuhan dengan makanan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara kekuatan yang sedikit lebih tinggi, perilaku fabrikasi, ketahanan korosi, dan harga saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk perakitan yang dilas di mana korosi intergranular atau sensitisasi menjadi perhatian, dibandingkan dengan aplikasi di mana kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi atau biaya material yang lebih rendah lebih diutamakan.
Perbedaan mendasar adalah kandungan karbon yang terkontrol: varian “L” diproduksi dengan tingkat maksimum karbon yang lebih rendah untuk mengurangi risiko presipitasi karbida kromium di batas butir setelah pengelasan atau paparan suhu yang sensitisasi. Perbedaan itu secara langsung mempengaruhi kerentanan terhadap korosi intergranular dan mempengaruhi pemilihan material pada komponen yang dilas atau terpapar suhu tinggi.
1. Standar dan Penunjukan
Standar internasional dan penunjukan umum untuk kelas ini meliputi:
- ASTM/ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (plat, lembaran) — UNS S31600 (316), UNS S31603 (316L)
- EN: EN 10088-2 / EN 10088-3 (baja tahan karat) — X5CrNiMo17-12-2 (316), X2CrNiMo17-12-2 (316L)
- JIS: SUS316, SUS316L
- GB (Cina): 0Cr17Ni12Mo2 dan 00Cr17Ni12Mo2 (kira-kira sesuai)
Klasifikasi: Baik 316 maupun 316L adalah baja tahan karat austenitik (tahan karat). Mereka bukan baja karbon, paduan, alat, atau baja HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Kedua kelas memiliki elemen paduan utama yang sama (Cr, Ni, Mo) dengan variabel yang terkontrol utama adalah karbon. Di bawah ini adalah tabel komposisi singkat yang menunjukkan batas umum atau rentang tipikal seperti yang ditentukan oleh standar yang banyak digunakan. Nilai diberikan dalam persen berat (wt%); di mana standar menetapkan maksimum, itu ditunjukkan.
| Elemen | 316 (batas tipikal) | 316L (batas tipikal) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 wt% (maks) | ≤ 0.03–0.035 wt% (maks) |
| Mn | ≤ 2.0 wt% (maks) | ≤ 2.0 wt% (maks) |
| Si | ≤ 1.0 wt% (maks) | ≤ 1.0 wt% (maks) |
| P | ≤ 0.045 wt% (maks) | ≤ 0.045 wt% (maks) |
| S | ≤ 0.030 wt% (maks) | ≤ 0.030 wt% (maks) |
| Cr | 16.0–18.0 wt% (tipikal) | 16.0–18.0 wt% (tipikal) |
| Ni | 10.0–14.0 wt% (tipikal) | 10.0–14.0 wt% (tipikal) |
| Mo | 2.0–3.0 wt% (tipikal) | 2.0–3.0 wt% (tipikal) |
| V | Tidak ditentukan / jejak | Tidak ditentukan / jejak |
| Nb (Cb) | Tidak biasanya ada (kecuali distabilkan) | Tidak biasanya ada (kecuali distabilkan) |
| Ti | Tidak biasanya ada (kecuali distabilkan sebagai 316Ti) | Tidak biasanya ada |
| B | Tidak biasanya ada / jejak | Tidak biasanya ada / jejak |
| N | Terkontrol pada tingkat rendah (jejak) | Terkontrol pada tingkat rendah (jejak) |
Strategi paduan dan efek: - Kromium (Cr) memberikan film oksida pasif yang memberikan ketahanan korosi pada baja tahan karat. - Nikel (Ni) menstabilkan mikrostruktur austenitik dan meningkatkan ketangguhan serta kemampuan pembentukan. - Molybdenum (Mo) meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan yang mengandung klorida. - Karbon meningkatkan kekuatan melalui penguatan larutan padat dan dapat berkontribusi pada pembentukan karbida di batas butir ketika dikombinasikan dengan kromium dan paparan termal. Mengurangi karbon di 316L meminimalkan presipitasi karbida kromium dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular setelah pengelasan atau paparan suhu yang sensitisasi.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - Baik 316 maupun 316L sepenuhnya austenitik setelah pelunakan larutan; mikrostruktur adalah austenit kubik berpusat muka (FCC) dengan kemungkinan jumlah kecil ferrit delta dalam beberapa mikrostruktur cor atau las. - Presipitasi karbida: Pada suhu antara kira-kira 425–870°C (rentang sensitisasi), karbon dan kromium dapat membentuk karbida kaya kromium ($\text{Cr}_{23}\text{C}_6$) di batas butir. Ini mengurangi kromium di dekat batas butir dan meningkatkan kerentanan terhadap korosi intergranular.
Respons perlakuan panas dan pemrosesan: - Pelunakan larutan (tipikal untuk pemrosesan akhir): Pemanasan hingga suhu pelarutan (misalnya, 1.000–1.100°C) diikuti dengan pendinginan cepat mengembalikan struktur austenitik fase tunggal dan melarutkan presipitat untuk kedua kelas. - Normalisasi dan pendinginan tidak umum digunakan untuk baja tahan karat austenitik karena mereka tidak berubah menjadi martensit; pemrosesan termo-mekanis (pekerjaan dingin diikuti dengan pelunakan larutan) lebih umum. - 316L kurang rentan terhadap presipitasi karbida selama pendinginan lambat atau siklus termal pasca-las karena kandungan karbon yang lebih rendah; ini meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular tanpa perlu pelunakan larutan pasca-las dalam banyak kasus. - Varian yang distabilkan (misalnya, 316Ti atau 316Cb/Nb) secara sengaja menambahkan Ti atau Nb untuk mengikat karbon sebagai karbida stabil dan oleh karena itu mencegah pembentukan karbida kromium—berguna di mana layanan suhu tinggi mencegah pelunakan larutan.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis kuantitatif tergantung pada bentuk produk (plat, batang, tabung), pekerjaan dingin, dan perlakuan panas. Alih-alih angka tetap, perbandingan praktis adalah:
| Sifat | 316 | 316L |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Mirip (kekuatan tarik maksimum yang sebanding) | Mirip |
| Kekuatan Hasil | Sedikit lebih tinggi (karena C yang lebih tinggi) | Sedikit lebih rendah (kekuatan hasil yang berkurang) |
| Peregangan / Duktibilitas | Sebanding, duktibilitas yang baik | Sebanding, sering kali duktibilitas sedikit lebih tinggi |
| Kekerasan Dampak | Sebanding dan umumnya baik pada suhu ambien | Sebanding dan umumnya baik |
| Kekerasan | Mirip / tergantung pada pekerjaan dingin | Mirip; sedikit lebih rendah dalam kondisi yang dilunakkan |
Mengapa perbedaan ini: - Karbon berkontribusi pada kekuatan hasil melalui larutan padat dan potensi keberadaan karbida; 316 biasanya menunjukkan kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi dibandingkan 316L dalam kondisi yang dilunakkan. - Karbon yang lebih rendah di 316L dapat meningkatkan duktibilitas dan ketangguhan sedikit dan lebih diutamakan di mana duktibilitas setelah pengelasan sangat penting.
5. Kelayakan Las
Kelayakan las kedua kelas sangat baik dibandingkan dengan banyak baja; baja tahan karat austenitik banyak digunakan dalam fabrikasi yang dilas. Pertimbangan utama kelayakan las:
- Efek karbon: Karbon yang lebih rendah mengurangi gaya pendorong untuk presipitasi karbida kromium selama pendinginan pasca-las; 316L oleh karena itu memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sensitisasi las dibandingkan 316.
- Kekerasan: Baja tahan karat austenitik tidak berubah menjadi martensit saat pendinginan, sehingga retak hidrogen menjadi perhatian yang lebih kecil dibandingkan dengan baja ferritik atau martensitik. Namun, retak panas dan pembentukan fase sigma dalam siklus termal tertentu dapat relevan.
- Penggunaan logam pengisi: Paduan pengisi yang cocok atau lebih dari paduan pengisi (misalnya, ER316L) umum digunakan untuk mempertahankan ketahanan korosi.
Persamaan relevan yang digunakan oleh insinyur pengelasan (hanya interpretasi kualitatif): - Kromium ekuivalen / karbon ekuivalen untuk penilaian kekerasan atau kelayakan las: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Indeks prediktif 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: - Karbon yang lebih rendah $C$ mengurangi kontribusi baik $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ dan oleh karena itu menunjukkan kecenderungan yang lebih rendah untuk membentuk fase berbahaya pada pendinginan yang lebih lambat atau paparan yang berkepanjangan. Dengan demikian 316L mendapatkan skor lebih baik dalam indeks ini untuk meminimalkan risiko sensitisasi. - Implikasi praktis: Untuk struktur yang dilas dengan penahanan isothermal yang panjang atau pendinginan lambat dalam rentang sensitisasi, 316L atau kelas yang distabilkan direkomendasikan; untuk siklus las yang pendek dan di mana kekuatan diprioritaskan, 316 mungkin dapat diterima dengan prosedur yang sesuai.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
Konteks tahan karat: - Untuk baja tahan karat, angka ekuivalen ketahanan pitting (PREN) umumnya digunakan untuk membandingkan ketahanan korosi lokal di lingkungan klorida: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Karena 316 dan 316L memiliki Cr dan Mo yang serupa, ketahanan pitting intrinsik mereka pada dasarnya setara (dengan asumsi tingkat nitrogen serupa). Perbedaan kritis terletak pada kondisi pasca-las atau terpapar panas: karbon yang lebih rendah di 316L mengurangi pengurasan kromium di batas butir dan oleh karena itu mengurangi kerentanan terhadap korosi intergranular.
Konteks non-tahan karat: - (Tidak berlaku di sini; untuk baja non-tahan karat, sistem perlindungan seperti galvanisasi atau pelapisan dibahas.)
Ketika indeks tidak berlaku: - PREN berguna untuk meranking paduan khusus untuk pitting di media yang mengandung klorida. Ini tidak menangkap ketahanan korosi umum, perilaku mekanis, atau kerentanan terhadap korosi intergranular akibat presipitasi karbida.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan pembentukan: Baik 316 maupun 316L menunjukkan kemampuan pembentukan yang sangat baik (penarikan dalam, pembengkokan) berkat duktibilitas austenitik. 316L dapat sedikit lebih mudah dibentuk dalam kondisi yang dilunakkan karena kekuatan hasil yang sedikit lebih rendah.
- Kemudahan pemesinan: Baja tahan karat austenitik mengalami pengerasan kerja; kemudahan pemesinan umumnya sedang hingga buruk dibandingkan dengan baja karbon. 316 dan 316L diproses dengan cara yang serupa, meskipun parameter proses dan alat menentukan kontrol chip praktis dan hasil permukaan.
- Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima penyelesaian stainless umum (polish, bead blast, pasivasi). Pasivasi setelah fabrikasi disarankan untuk mengembalikan film pasif kaya kromium, terutama setelah pengelasan atau pengasaman.
- Pengelasan dan perlakuan pasca-las: 316L mengurangi kebutuhan untuk pelunakan larutan pasca-las dalam banyak situasi; namun dalam aplikasi yang sangat korosif atau di mana ketahanan maksimum diperlukan, pelunakan larutan mungkin masih ditentukan.
8. Aplikasi Tipikal
| 316 | 316L |
|---|---|
| Penukar panas, pompa, dan katup dalam layanan laut dan kimia (di mana kekuatan sedikit lebih tinggi atau material 316 standar tersedia) | Pipa proses kimia, peralatan farmasi, dan perangkat medis di mana integritas las dan ketahanan terhadap korosi intergranular setelah pengelasan sangat penting |
| Pengikat, fitting, dan perangkat keras untuk penggunaan laut dan arsitektur | Tank las besar, bejana reaktor, dan pipa di mana pendinginan lambat atau paparan panas pasca-las diharapkan |
| Peralatan pengolahan makanan umum | Tank kriogenik dan pipa di mana karbon rendah meminimalkan risiko presipitasi karbida dan di mana pembentukan/pengelasan setelah fabrikasi umum |
| Komponen di mana stok 316 standar lebih ekonomis dan metode fabrikasi tidak menyebabkan sensitisasi | Aplikasi apa pun yang memerlukan minimisasi risiko sensitisasi tanpa stabilisasi atau pelunakan larutan |
Rasional pemilihan: - Pilih 316 ketika kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi tanpa sensitivitas pengelasan khusus dapat diterima dan biaya/ketersediaan mendukungnya. - Pilih 316L ketika fabrikasi melibatkan pengelasan yang luas, paparan panas pasca-las, atau ketika kode/praktik industri memerlukan kelas karbon rendah untuk menghindari korosi intergranular.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 316L biasanya dihargai sedikit lebih tinggi daripada 316 karena kontrol yang lebih ketat pada karbon dan kadang-kadang pemrosesan tambahan; namun premi pasar kecil dan bervariasi dengan wilayah dan kondisi pasokan.
- Ketersediaan: Kedua kelas tersedia secara luas dalam lembaran, plat, batang, tabung, dan pipa. 316 sering kali lebih umum dalam stok komoditas; 316L tersedia dengan mudah dalam pipa las dan tanpa sambungan, lembaran, dan fitting karena permintaannya yang luas di industri farmasi, petrokimia, dan makanan.
- Bentuk produk dengan waktu tunggu panjang atau khusus (coran besar, plat berat) mungkin memiliki waktu tunggu; tentukan kelas lebih awal dalam pengadaan untuk mengamankan pasokan dan menghindari substitusi.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 316 | 316L |
|---|---|---|
| Kelayakan Las | Baik; risiko sensitisasi meningkat dibandingkan 316L | Lebih baik untuk perakitan yang dilas; risiko sensitisasi lebih rendah |
| Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan hasil sedikit lebih tinggi; UTS dan ketangguhan serupa | Kekuatan hasil sedikit lebih rendah; ketangguhan dan duktibilitas sebanding |
| Biaya | Sedikit lebih rendah (sering) | Sedikit lebih tinggi (sering) |
Rekomendasi: - Pilih 316 jika desain Anda mendukung kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi, proses fabrikasi meminimalkan waktu dalam rentang sensitisasi (pendinginan cepat atau pelunakan larutan pasca-las dilakukan), atau ketika biaya/ketersediaan stok mendukung 316. - Pilih 316L jika perakitan Anda mencakup pengelasan yang luas, pendinginan lambat, atau paparan layanan yang dapat menyebabkan sensitisasi; jika kode atau standar kualifikasi memerlukan material karbon rendah; atau ketika ketahanan maksimum terhadap korosi intergranular pasca-las penting.
Catatan praktis akhir: Untuk layanan suhu tinggi atau sangat korosif yang kritis, pertimbangkan pendekatan alternatif—kelas yang distabilkan (316Ti/316Cb), keluarga stainless paduan tinggi (misalnya, duplex, superaustenitik), pelunakan larutan pasca-las, atau menentukan logam pengisi dengan tepat. Selalu tinjau kode yang berlaku dan paparan lingkungan dengan insinyur korosi dan pengelasan sebelum menyelesaikan pemilihan material.