316 vs 316L – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Jenis baja tahan karat 316 dan 316L adalah dua dari kelas stainless austenitik yang paling umum digunakan di berbagai industri proses, maritim, kimia, dan medis. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur berulang kali mempertimbangkan trade-off antara ketahanan korosi, kemampuan las, kekuatan, dan biaya saat menentukan salah satu dari yang lain. Konteks keputusan yang umum termasuk perakitan yang dilas di mana risiko korosi pasca-las menjadi perhatian, bagian yang mengandung tekanan yang memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi, atau komponen yang ditarik dalam yang di mana duktilitas menjadi penting.

Perbedaan teknis utama antara keduanya adalah kandungan karbon: 316L memiliki tingkat maksimum karbon yang sengaja lebih rendah dibandingkan dengan 316 standar. Perbedaan karbon ini mempengaruhi perbedaan dalam kerentanan terhadap sensitisasi selama pengelasan dan layanan suhu tinggi, dan menghasilkan perbedaan kecil dalam sifat mekanik dan perilaku pembentukan. Karena kandungan kromium, nikel, dan molibdenum lainnya serupa, kedua kelas ini sering kali dapat dipertukarkan untuk ketahanan korosi tetapi berbeda ketika persyaratan pengelasan dan mekanik menjadi faktor dominan.

1. Standar dan Penunjukan

• ASTM/ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (lembaran/plat); ASTM A312 (pipa); ASTM A276 (batang) — penunjukan UNS umum UNS S31600 (316) dan UNS S31603 (316L).
• EN: EN 1.4401 (316) dan EN 1.4404 (316L) adalah penunjukan Eropa umum.
• JIS: SUS316 / SUS316L (Standar Industri Jepang).
• GB: GB/T 20878 / GB/T 3280 (standar nasional Tiongkok mencantumkan komposisi serupa).

Klasifikasi: baik 316 maupun 316L adalah baja tahan karat austenitik (stainless) — bukan baja karbon, bukan baja alat, dan bukan HSLA. Mereka dikategorikan sebagai paduan austenitik yang tahan korosi dengan molibdenum untuk meningkatkan ketahanan terhadap pitting dibandingkan dengan 304.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Perbedaan komposisi yang penting adalah maksimum karbon; elemen paduan utama lainnya serupa. Rentang komposisi tipikal (representatif; konsultasikan spesifikasi yang berlaku untuk batas penerimaan):

Elemen	316 (tipikal/rentang spes)	316L (tipikal/rentang spes)
C (wt%)	≤ 0.08 (maks)	≤ 0.03 (maks)
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	≈ 16.0–18.0	≈ 16.0–18.0
Ni	≈ 10.0–14.0	≈ 10.0–14.0
Mo	≈ 2.0–3.0	≈ 2.0–3.0
V	jejak/kontrol	jejak/kontrol
Nb / Ti	tidak ditambahkan secara sengaja (kecuali ditentukan)	tidak ditambahkan secara sengaja (kecuali ditentukan)
B	jejak	jejak
N	≤ 0.10 (tergantung spes)	≤ 0.10 (tergantung spes)

Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kromium (Cr): menyediakan film pasif untuk ketahanan korosi umum dan ketahanan oksidasi suhu tinggi. - Nikel (Ni): menstabilkan mikrostruktur austenitik dan meningkatkan ketangguhan serta kemampuan pembentukan. - Molibdenum (Mo): meningkatkan ketahanan terhadap korosi lokal (pitting dan korosi celah) di lingkungan klorida. - Karbon (C): sedikit meningkatkan kekuatan (penguatan larutan padat dan karbida) tetapi pada tingkat yang lebih tinggi mempromosikan presipitasi karbida kromium (sensitisasi) pada 450–850 °C, yang menghabiskan Cr di dekat batas butir dan meningkatkan risiko korosi intergranular. - Elemen minor seperti nitrogen dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan pitting; niobium (Nb) atau titanium (Ti) kadang-kadang digunakan untuk menstabilkan karbon (mencegah sensitisasi) dalam varian yang ditentukan secara khusus.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Kedua 316 dan 316L sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) setelah pengerjaan panas/dingin konvensional dan annealing. Perilaku mikrostruktural tipikal:

• Kondisi annealed: matriks austenitik yang seragam dengan kemungkinan jumlah ferrit delta yang kecil tergantung pada komposisi dan jalur pendinginan. Karbida (M23C6) mungkin ada jika material telah terpapar suhu sensitisasi untuk waktu yang cukup dan jika karbon ada.
• Sensitisasi: 316 standar (karbon lebih tinggi) lebih rentan terhadap presipitasi karbida kromium di batas butir setelah terpapar rentang sensitisasi (sekitar 450–850 °C), yang dapat menghasilkan korosi intergranular. Kandungan karbon rendah 316L sangat mengurangi presipitasi karbida, mempertahankan kromium dalam larutan padat di dekat batas butir.
• Varian yang distabilkan: Ketika Nb atau Ti ditambahkan secara sengaja (misalnya, 316Ti, 316Nb), mereka mengikat karbon sebagai karbida atau karbonitrida yang stabil dan mengurangi risiko sensitisasi bahkan dengan karbon yang lebih tinggi.
• Perlakuan panas: Baja tahan karat austenitik ini tidak diperkeras dengan perlakuan quench-and-temper konvensional. Annealing larutan diikuti dengan pendinginan cepat digunakan untuk melarutkan karbida dan memulihkan ketahanan korosi. Praktik standar: anneal larutan pada ~1.020–1.120 °C diikuti dengan pendinginan air (konsultasikan spes untuk suhu yang tepat).

Pengaruh pemrosesan termo-mekanis: - Pengerjaan dingin meningkatkan kerapatan dislokasi dan mengeraskan material; selanjutnya annealing memulihkan duktilitas dan melarutkan presipitat jika dilakukan pada suhu annealing larutan. - Deformasi berat yang dikombinasikan dengan paparan panas yang tidak tepat dapat menyebabkan sensitisasi pada 316 tetapi kurang bermasalah untuk 316L.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik annealed yang tipikal dapat dibandingkan, dengan 316 umumnya menunjukkan kekuatan hasil dan tarik yang sedikit lebih tinggi karena kandungan karbon yang lebih tinggi; 316L biasanya menunjukkan duktilitas yang sedikit lebih besar. Nilai di bawah ini adalah rentang tipikal annealed yang representatif — selalu konfirmasi nilai desain dari sertifikat material pemasok atau spesifikasi yang mengatur.

Sifat (annealed, tipikal)	316	316L
Kekuatan Tarik (MPa)	~480–620 (tipikal)	~485–620 (tipikal)
Kekuatan Hasil (0.2% offset, MPa)	~200–260 (tipikal)	~170–240 (tipikal)
Panjang (%, dalam 50 mm)	≥ 40% (tipikal)	≥ 40% (tipikal) — sering sedikit lebih tinggi
Kekerasan Dampak (Charpy V, suhu ruang)	Baik — tergantung pada produk dan panas	Baik — sebanding atau sedikit lebih baik karena C yang lebih rendah
Kekerasan (HB)	~80–200 (tergantung pada pengerasan kerja)	~70–200 (tergantung pada pengerasan kerja)

Interpretasi: - Kekuatan: 316 biasanya menunjukkan kekuatan hasil dan tarik yang sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan 316L dalam temper yang sama karena karbon berkontribusi pada kekuatan. - Duktilitas/ketangguhan: karbon yang lebih rendah pada 316L sedikit meningkatkan duktilitas dan mengurangi risiko kerapuhan batas butir; pada bagian yang dilas berat atau dikerjakan dingin, 316L sering kali lebih disukai untuk ketangguhan. - Untuk layanan kriogenik atau suhu sangat rendah, kedua paduan mempertahankan ketangguhan austenitik, tetapi angka ketangguhan yang tepat tergantung pada bentuk produk dan perlakuan panas.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las adalah faktor penentu yang sering antara 316 dan 316L.

Pertimbangan kunci: - Karbon dan sensitisasi: Karbon yang lebih tinggi pada 316 meningkatkan risiko presipitasi karbida kromium di zona yang terpengaruh panas (HAZ) selama pengelasan, yang dapat menyebabkan korosi intergranular. Karbon yang lebih rendah pada 316L meminimalkan risiko ini. - Kekerasan dan retak HAZ las: Baja tahan karat austenitik biasanya tidak rentan terhadap retak dingin yang diinduksi hidrogen, tetapi retak panas, regangan, dan distorsi harus dikelola; 316/316L keduanya memerlukan logam pengisi dengan kimia yang cocok untuk kinerja korosi yang optimal. - Perlakuan panas pasca-las: Annealing larutan dapat memulihkan ketahanan korosi dengan melarutkan karbida, tetapi tidak praktis untuk banyak komponen yang dibuat; memilih 316L menghindari kebutuhan untuk PWHT hanya untuk mengurangi sensitisasi.

Indeks kemampuan las umum (untuk interpretasi, tidak ada penggantian numerik di sini): - IIW Carbon Equivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $CE_{IIW}$ yang lebih rendah umumnya menunjukkan kemampuan las yang lebih mudah untuk menghindari pengerasan pada baja; untuk baja tahan karat austenitik ini hanya merupakan panduan kualitatif. - Indeks kemampuan las korosi pitting (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Indeks ini berguna untuk menilai kerentanan terhadap korosi intergranular setelah pengelasan pada baja tahan karat.

Interpretasi kualitatif: - 316L lebih disukai untuk struktur las dengan ketebalan berat, pipa proses kimia, dan tangki di mana paparan berkepanjangan terhadap suhu dalam rentang sensitisasi atau korosi pasca-las menjadi risiko. - Untuk bagian tipis atau perakitan yang mengalami paparan suhu tinggi minimal, 316 mungkin dapat diterima; prosedur las yang membatasi input panas dan pendinginan cepat dapat mengurangi risiko sensitisasi. - Pemilihan logam pengisi: saat mengelas, gunakan pengisi yang cocok atau setara karbon rendah (misalnya, pengisi 316L untuk material dasar 316 ketika ketahanan korosi di HAZ sangat penting).

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Perilaku stainless: Baik 316 maupun 316L bergantung pada film pasif kaya kromium untuk perlindungan korosi umum. Karena kandungan Cr dan Mo mereka serupa, ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan klorida adalah sebanding mengingat kondisi metalurgi yang setara.
• PREN: Untuk menilai ketahanan pitting, Angka Setara Ketahanan Pitting biasanya digunakan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ 316 dan 316L memiliki nilai PREN yang serupa karena Mo dan Cr serupa; variasi atau penambahan nitrogen dapat mengubah PREN secara substansial.
• Ketika PREN atau indeks korosi lokal lainnya rendah relatif terhadap lingkungan layanan (misalnya, konsentrasi klorida tinggi, suhu tinggi), baja austenitik duplex atau paduan nikel yang lebih tinggi mungkin diperlukan.
• Perlindungan permukaan untuk baja non-stainless: Tidak berlaku untuk 316/316L karena mereka adalah stainless. Untuk baja karbon, galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan akan dibahas.

7. Fabrikasi, Kemudahan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan

• Kemudahan mesin: Baja tahan karat austenitik mengeras dengan cepat dan lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja karbon umum. 316 dan 316L memiliki kemudahan mesin yang serupa; 316L dapat sedikit lebih mudah karena kekuatan yang sedikit lebih rendah dan pengerasan kerja yang lebih sedikit dalam beberapa operasi.
• Kemampuan pembentukan: Kekuatan hasil yang lebih rendah pada 316L dan kecenderungan yang berkurang untuk sensitisasi setelah operasi pembentukan memberikannya keuntungan untuk penarikan dalam, pemintalan, dan pembentukan kompleks di mana pengelasan atau paparan panas pasca-pembentukan mungkin terjadi.
• Finishing permukaan: Kedua kelas mengambil finishing permukaan yang serupa; pengasaman dan pasivasi adalah rutinitas untuk memulihkan film pasif setelah pengelasan atau fabrikasi.
• Penyambungan dan pengikat: Gunakan pengikat yang kompatibel dan pertimbangkan mitigasi galling saat merakit baja tahan karat austenitik (misalnya, pelumasan, torsi yang ditentukan).

8. Aplikasi Tipikal

316	316L
Pipa penukar panas, perlengkapan maritim, poros pompa, peralatan proses kimia di mana kekuatan yang lebih tinggi dalam kondisi annealed bermanfaat dan paparan pengelasan terbatas	Pipa proses kimia, wadah dan tangki bertekanan yang dilas, peralatan farmasi dan pengolahan makanan di mana meminimalkan sensitisasi selama pengelasan sangat penting
Pengikat dan komponen yang memerlukan kekuatan sedang dan ketahanan korosi	Struktur las berat, wadah kriogenik (di mana duktilitas seragam lebih disukai), dan komponen yang ditarik dalam atau dibentuk
Komponen industri umum yang terpapar lingkungan klorida tetapi tidak terkena paparan sensitisasi yang berkepanjangan	Implan medis (paduan dan sertifikasi tertentu diperlukan), peralatan sanitasi, dan perakitan yang dilas di lingkungan agresif

Rasional pemilihan: - Pilih 316 ketika kekuatan yang sedikit lebih tinggi atau ketersediaan stok standar dalam bentuk produk tertentu diprioritaskan dan pengelasan atau paparan panas akan dikendalikan. - Pilih 316L ketika pengelasan, bagian tebal, ketahanan korosi pasca-las, atau persyaratan pembentukan mendominasi spesifikasi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: 316L biasanya memiliki premium yang moderat dibandingkan 316 karena kontrol karbon yang lebih ketat dan pemrosesan yang diperlukan untuk mencapai kandungan karbon rendah. Selisih harga kecil relatif terhadap penambahan paduan (Ni, Mo) dan berfluktuasi dengan kondisi pasar.
• Ketersediaan: Kedua kelas tersedia secara luas dalam lembaran, plat, batang, pipa, tabung, dan forging. 316 mungkin lebih umum tersedia di beberapa wilayah dan bentuk produk, tetapi 316L adalah standar untuk banyak aplikasi las dan sanitasi, sehingga rantai pasokan biasanya membawa keduanya.
• Catatan pengadaan: Untuk aplikasi kritis, tentukan penunjukan material yang tepat (misalnya, nomor UNS atau kelas EN) dan perlakuan panas atau pengujian yang diperlukan (misalnya, uji korosi, PMI) untuk menghindari substitusi.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Atribut	316	316L
Kemampuan Las (ketahanan terhadap sensitisasi di HAZ)	Baik, tetapi risiko presipitasi karbida lebih tinggi	Lebih baik — karbon yang lebih rendah meminimalkan sensitisasi
Kekuatan–Ketangguhan (annealed)	Sedikit lebih tinggi hasil/tarik	Sedikit lebih duktil, ketangguhan sebanding
Biaya	Sedikit lebih rendah (biasanya)	Sedikit lebih tinggi (biasanya)

Rekomendasi: - Pilih 316 jika: Anda memerlukan kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi dalam kondisi annealed, bagian tidak akan dilas berat atau terpapar suhu sensitisasi yang berkepanjangan, atau jika spesifikasi/ketersediaan menentukan 316 dan prosedur pengelasan mengendalikan input panas. - Pilih 316L jika: komponen akan mengalami pengelasan yang signifikan, fabrikasi ketebalan berat, atau paparan pasca-las terhadap media korosif; jika Anda harus menghindari sensitisasi tanpa annealing larutan; atau jika kemampuan pembentukan yang lebih baik untuk penarikan dalam diperlukan.

Catatan akhir: 316 dan 316L sering kali dapat dipertukarkan untuk ketahanan korosi umum, tetapi prosedur pengelasan, riwayat suhu layanan, dan jalur fabrikasi menentukan pilihan yang benar untuk kinerja jangka panjang. Selalu konfirmasi sifat material dan sertifikasi dengan pemasok dan gunakan kode desain serta spesifikasi material yang sesuai dengan industri dan lingkungan layanan.