316 vs 316Ti – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi

Pengenalan

Jenis 316 dan jenis 316Ti adalah baja tahan karat austenitik yang banyak digunakan di berbagai industri pengolahan kimia, kelautan, makanan, dan penukar panas. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan antara kinerja korosi yang sedikit berbeda, kemampuan pengelasan, stabilitas termal, dan biaya — misalnya, memilih antara material dengan biaya awal yang lebih rendah dengan ketahanan korosi umum yang sangat baik dan varian yang distabilkan yang dimaksudkan untuk paparan berkepanjangan pada suhu tinggi.

Perbedaan metalurgi utama adalah bahwa 316Ti mengandung tambahan titanium yang disengaja untuk mengikat karbon dan mengurangi risiko pengendapan karbida kromium selama paparan suhu tinggi; 316 adalah grade austenitik konvensional yang tidak distabilkan dan mengandung molibdenum. Karena strategi stabilisasi tersebut, kedua grade sering dibandingkan ketika desain harus mentolerir paparan pasca-las, layanan suhu tinggi yang berkepanjangan, atau saat memilih pengisi las dan parameter proses pengelasan.

1. Standar dan Penunjukan

• ASTM / ASME:
• 316: ASTM A240 / ASME SA240 (UNS S31600)
• 316Ti: ASTM A240 / ASME SA240 (umumnya ditentukan sebagai 316Ti, UNS S31635 atau EN 1.4571)
• EN (Eropa):
• 316: EN 1.4401
• 316Ti: EN 1.4571
• JIS (Jepang): terdapat ekuivalen (misalnya, SUS316)
• GB (Cina): terdapat ekuivalen (misalnya, 0Cr17Ni12Mo2)

Klasifikasi: baik 316 maupun 316Ti adalah baja tahan karat (austenitik). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau baja HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut memberikan rentang komposisi tipikal (wt%) menurut standar umum (rentang mencerminkan spesifikasi standar daripada analisis proprietari tunggal). Komposisi yang tepat bervariasi dengan spesifikasi dan produsen.

Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Kromium (Cr) menyediakan film pasif yang memberikan ketahanan korosi pada baja tahan karat. - Nikel (Ni) menstabilkan fase austenitik dan meningkatkan ketangguhan serta keuletan. - Molibdenum (Mo) meningkatkan ketahanan terhadap korosi pitting dan celah di lingkungan yang mengandung klorida. - Karbon (C) sedikit meningkatkan kekuatan tetapi mendorong pembentukan karbida kromium di batas butir ketika terpapar pada rentang suhu sensitisasi (sekitar 450–850°C), mengurangi ketahanan korosi intergranular. - Titanium (Ti) dalam 316Ti secara preferensial membentuk karbida dan nitrit titanium yang stabil, menjaga karbon agar tidak mengikat kromium dan dengan demikian mengurangi risiko sensitisasi setelah terpapar pada rentang suhu kritis.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Baik 316 maupun 316Ti sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi solusi-annealed. Mikrostruktur tipikal terdiri dari matriks austenitik; fase minor seperti karbida (M23C6), nitrit, atau intermetalik dapat muncul tergantung pada sejarah termal. - Dalam 316, karbon dapat bergabung dengan kromium di batas butir untuk membentuk karbida kromium (M23C6) ketika material didinginkan perlahan melalui atau ditahan dalam rentang sensitisasi, yang mengarah pada zona yang kekurangan kromium dan kerentanan terhadap korosi intergranular. - Dalam 316Ti, titanium secara preferensial membentuk TiC dan TiN selama paparan termal, membatasi pembentukan karbida kromium dan membantu mempertahankan kromium di batas butir.

Respons perlakuan panas: - Annealing solusi (rentang tipikal untuk grade austenitik): panaskan hingga sekitar $1040$–$1150^\circ\text{C}$ dan pendinginan cepat. Ini melarutkan endapan dan mengembalikan ketahanan korosi. - Normalisasi umumnya tidak digunakan untuk baja tahan karat austenitik karena memiliki sedikit efek dan tidak mengeraskan struktur. - Baik 316 maupun 316Ti tidak dapat dikeraskan dengan pendinginan dan tempering konvensional — mereka mengeras dengan deformasi dingin atau dapat diperkuat dengan pengerjaan dingin atau dengan pengerasan endapan dalam sistem paduan yang berbeda (tidak umum untuk keluarga 316). - Pemrosesan termo-mekanis (pekerjaan dingin, jadwal anneal) mempengaruhi ukuran butir, tekstur, dan sifat mekanik dengan cara yang serupa untuk kedua grade, tetapi 316Ti mempertahankan ketahanan yang lebih baik terhadap serangan intergranular setelah paparan suhu tinggi.

4. Sifat Mekanik

Sifat-sifat di bawah ini mencerminkan kondisi solusi-annealed (diannealing) yang tipikal; nilai yang tepat tergantung pada bentuk produk dan perlakuan pabrik.

Penjelasan: - Kekuatan dan keuletan secara umum serupa; stabilisasi titanium tidak secara substansial meningkatkan kekuatan tarik suhu ruang dalam kondisi diannealing. - 316Ti dapat menunjukkan sedikit peningkatan minimum kekuatan luluh atau kekerasan dalam beberapa lot produksi karena pengendapan TiC/TiN, tetapi perbedaan kecil dalam sebagian besar konteks desain struktural. - Ketangguhan tetap tinggi untuk keduanya; tidak ada yang merupakan material rapuh pada suhu rendah.

5. Kemampuan Pengelasan

Kedua grade dianggap mudah dilas dengan praktik pengelasan baja tahan karat austenitik standar, tetapi ada perbedaan praktis.

Indeks kemampuan pengelasan yang penting: - Bentuk ekuivalen karbon dapat digunakan untuk menilai kemampuan pengerasan dan kerentanan retak. Salah satu indeks standar adalah: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Parameter yang lebih rinci untuk baja tahan karat: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Interpretasi kualitatif: - Baik 316 maupun 316Ti memiliki karbon rendah relatif terhadap banyak baja struktural, sehingga mereka tidak rentan terhadap retak dingin akibat pembentukan martensit; pengisi austenitik dan gas pelindung adalah standar. - 316L (varian karbon rendah) sering lebih disukai di mana pengelasan yang luas diantisipasi karena karbon yang lebih rendah menghilangkan kebutuhan untuk stabilisasi. Untuk 316 (standar) dan 316Ti: - 316Ti memberikan ketahanan yang lebih baik terhadap sensitisasi pasca-las ketika suhu HAZ melewati rentang sensitisasi, karena titanium mengikat karbon. Ini dapat menguntungkan untuk fabrikasi di mana komponen mengalami siklus suhu tinggi berulang. - Namun, titanium dalam logam dasar dapat mempersulit pemilihan logam pengisi dan memerlukan perhatian pada prosedur pengelasan untuk menghindari pembentukan endapan titanium kasar dalam logam las yang dapat mempengaruhi keuletan atau ketahanan korosi secara lokal. Dalam banyak aplikasi pengelasan, pengisi 316L digunakan untuk mengurangi risiko sensitisasi dalam logam las. - Annealing solusi pra- dan pasca-las dapat mengembalikan ketahanan korosi di mana diperlukan. Untuk aplikasi kritis, pengujian untuk korosi intergranular (misalnya, praktik ASTM A262) digunakan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Untuk grade tahan karat seperti 316 dan 316Ti, ketahanan korosi umum berasal dari film oksida kromium pasif; Mo meningkatkan ketahanan pitting di lingkungan yang mengandung klorida.
• Gunakan Angka Ekuivalen Ketahanan Pitting (PREN) untuk ketahanan pitting komparatif ketika relevan: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• Catatan: Titanium tidak masuk dalam ekspresi PREN; menambahkan Ti tidak secara langsung meningkatkan PREN tetapi membantu mempertahankan kromium dalam larutan dengan mencegah pembentukan karbida kromium.
• Sensitisasi: 316 (tidak distabilkan) dapat menjadi sensitif jika terpapar pada rentang sekitar 450–850°C untuk waktu yang cukup, yang mengarah pada korosi intergranular akibat pengendapan karbida kromium. 316Ti dirancang khusus untuk mengurangi risiko ini melalui pembentukan TiC/TiN.
• Kerentanan retak korosi stres (SCC) di lingkungan klorida adalah pertimbangan desain untuk baja tahan karat austenitik; menurunkan karbon tidak mencegah SCC; pemilihan material, pengendalian tegangan sisa, dan pengendalian lingkungan diperlukan.
• Perlindungan permukaan: Untuk baja non-tahan karat, langkah-langkah umum termasuk galvanisasi atau pengecatan; untuk 316/316Ti ini biasanya tidak diperlukan kecuali perlindungan estetika atau aus diperlukan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pemesinan: Baja tahan karat austenitik umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon karena pengerasan kerja dan konduktivitas termal yang rendah. 316 dan 316Ti serupa; stabilisasi Ti dapat sedikit mengurangi kemudahan pemesinan dalam beberapa pemanasan karena adanya partikel keras TiC/TiN.
• Kemudahan pembentukan: Kedua grade memiliki keuletan yang sangat baik dan dapat ditarik dalam-dalam, dibengkokkan, dan dibentuk menggunakan teknik standar. Material yang diannealing lebih disukai untuk pembentukan untuk menghindari pemulihan yang berlebihan atau pengerasan regangan.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya dapat digiling, dipoles, dan diel elektropolish. Endapan yang mengandung titanium dalam 316Ti umumnya berskala mikro dan tidak menghalangi penyelesaian permukaan berkualitas tinggi.
• Pengelasan dan perlakuan pasca-las: Logam pengisi 316L sering digunakan; di mana creep suhu tinggi atau paparan suhu tinggi yang berkepanjangan diharapkan, pengisi khusus yang sesuai dengan strategi logam dasar dapat dipilih.

8. Aplikasi Tipikal

Alasan pemilihan: - Pilih 316 untuk ketahanan korosi umum, efisiensi biaya, dan ketersediaan yang luas. - Pilih 316Ti ketika layanan mencakup paparan berulang atau berkepanjangan pada suhu di mana sensitisasi menjadi perhatian, atau di mana stabilitas termal jangka panjang dari batas butir diperlukan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: 316 umumnya lebih umum dan sedikit lebih murah dibandingkan 316Ti karena yang terakhir mencakup tambahan titanium yang disengaja dan sering kontrol pemrosesan yang lebih ketat. Perbedaan harga biasanya moderat relatif terhadap biaya proyek secara keseluruhan tetapi dapat bergantung pada harga titanium di pasar dan pemrosesan paduan.
• Ketersediaan: 316 tersedia secara luas dalam lembaran, pelat, tabung, batang, dan pengecoran. 316Ti juga tersedia secara luas tetapi mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama untuk beberapa bentuk produk, ketebalan, atau penyelesaian khusus. Untuk stok standar volume besar, 316 sering kali lebih mudah untuk diperoleh.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih 316 jika: Anda membutuhkan baja tahan karat austenitik yang serbaguna dan hemat biaya untuk ketahanan korosi umum, komponen pompa dan katup, peralatan pengolahan makanan, atau ketika pengelasan di bengkel atau lapangan yang luas akan dilakukan dan biaya paduan keseluruhan terendah menjadi prioritas (pertimbangkan 316L untuk pengelasan berat). - Pilih 316Ti jika: komponen akan mengalami paparan berkepanjangan atau berulang dalam rentang suhu sensitisasi (misalnya, penukar panas, bagian tungku, beberapa layanan petrokimia), atau di mana pelestarian kromium batas butir setelah siklus termal sangat penting. 316Ti adalah pilihan yang lebih disukai ketika desainer menginginkan baja tahan karat austenitik yang distabilkan tanpa beralih ke grade karbon rendah.

Catatan penutup: Untuk aplikasi kritis, tentukan penunjukan grade ASTM/EN yang tepat, bentuk produk yang diperlukan, dan persyaratan perlakuan panas pasca-las atau annealing solusi. Pengujian korosi, kualifikasi prosedur pengelasan, dan sertifikasi pemasok disarankan untuk memastikan bahwa grade yang dipilih memenuhi harapan layanan.