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

Pengenalan

316L dan 316Ti adalah dua baja tahan karat austenitik yang banyak digunakan yang berasal dari keluarga 316. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya mempertimbangkan ketahanan korosi, kemampuan pengelasan, dan biaya saat memilih antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk sistem tekanan yang dilas (di mana karbon rendah atau stabilisasi penting), pipa dan penukar panas suhu tinggi (di mana presipitasi karbida menjadi perhatian), dan komponen layanan korosif umum di mana baja tahan karat seri 300 yang mengandung Mo lebih disukai.

Perbedaan metalurgi utama antara keduanya adalah bagaimana setiap paduan mencegah presipitasi karbida kromium pada suhu tinggi: satu meminimalkan kandungan karbon, yang lainnya mengikat karbon dengan elemen stabilisasi. Perbedaan ini mendorong pilihan yang berbeda dalam fabrikasi, toleransi paparan termal, dan beberapa sifat mekanik, itulah sebabnya 316L dan 316Ti sering dibandingkan dalam spesifikasi desain atau manufaktur.

1. Standar dan Penunjukan

• Spesifikasi dan penunjukan umum:
• ASTM/ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (plat/lembar untuk stainless); standar produk ASTM lainnya untuk batang, pipa, fitting.
• EN: 1.4404 (umumnya dirujuk untuk 316L), 1.4571 (umumnya dirujuk untuk 316Ti).
• JIS, GB dan standar nasional lainnya sering memiliki grade setara (misalnya, setara SUS316L).
• Klasifikasi: keduanya adalah baja tahan karat (austenitik, mengandung Mo, seri Cr–Ni). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau grade HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini menunjukkan rentang komposisi tipikal untuk 316L dan 316Ti seperti yang ditemukan dalam standar umum (nilai diberikan dalam persen berat dan bersifat indikatif; konsultasikan standar spesifik untuk batas yang mengikat).

Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Kromium dan molibdenum memberikan ketahanan korosi dan pitting inti. Ni menstabilkan matriks austenitik dan meningkatkan ketangguhan. - Karbon meningkatkan kekuatan tetapi mendorong presipitasi karbida kromium ($\text{Cr}_{23}\text{C}_6$) pada 425–850 °C, yang menghabiskan Cr di batas butir dan menyebabkan korosi intergranular (sensitisasi). - 316L mengurangi risiko itu dengan membatasi kandungan karbon. 316Ti menggunakan titanium untuk membentuk senyawa Ti-karbon yang stabil (misalnya, TiC) yang secara preferensial mengikat karbon, mencegah pembentukan karbida kromium selama paparan suhu yang sensitif.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Kedua grade sebagian besar austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi annealed, dengan mikrostruktur tipikal butir austenit yang ekuiaxed dan kemungkinan sejumlah kecil fase sigma atau karbida setelah paparan suhu tinggi yang berkepanjangan. - 316L: karbon rendah berarti lebih sedikit karbida setelah siklus termal; mikrostruktur tetap austenit bersih kecuali jika dikerjakan dingin secara parah atau terpapar siklus termal yang sangat agresif. - 316Ti: titanium mengendap sebagai partikel TiC/TiN halus, biasanya di batas butir dan di dalam butir; ini bertindak sebagai stabilisator.

Respons perlakuan panas dan pemrosesan: - Annealing larutan (biasanya 1000–1100 °C diikuti dengan pendinginan cepat) mengembalikan struktur austenitik yang seragam dan melarutkan fase yang merugikan. Kedua grade biasanya diannealing larutan untuk aplikasi kritis. - Normalisasi/pendinginan/pemanasan tidak umum untuk baja tahan karat austenitik; pemrosesan termo-mekanis (pekerjaan dingin, pelepasan stres) mempengaruhi kerapatan dislokasi dan sifat mekanik daripada mengubah fase. - 316Ti secara khusus toleran terhadap ekskursi termal melalui rentang sensitisasi karena Ti mengikat karbon; namun, jika Ti tidak cukup hadir relatif terhadap karbon atau jika penuaan suhu tinggi yang lama terjadi, presipitat sekunder (misalnya, fase sigma) masih dapat terbentuk dan membuat baja menjadi rapuh.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik baja tahan karat austenitik sangat bergantung pada bentuk produk (lembar, plat, batang), pekerjaan dingin, dan riwayat termal. Tabel di bawah ini memberikan rentang indikatif, kondisi annealed yang biasanya dilaporkan untuk grade ini. Gunakan sertifikat pemasok/uji untuk nilai tingkat desain.

Interpretasi: - 316Ti dapat menunjukkan kekuatan yang sedikit lebih tinggi dalam kondisi annealed karena presipitat karbon dan stabilisasi yang lebih tinggi, tetapi perbedaannya kecil untuk sebagian besar aplikasi bejana tekan dan pipa. - Duktilitas dan ketangguhan secara umum serupa; 316L dapat menawarkan duktilitas yang sedikit lebih baik dan perilaku karbon rendah yang terjamin setelah pengelasan, sementara 316Ti menawarkan stabilitas terhadap sensitisasi pada suhu layanan yang tinggi.

5. Kemampuan Pengelasan

Kedua 316L dan 316Ti dianggap sangat dapat dilas dibandingkan dengan baja feritik atau martensitik, tetapi mereka memiliki pertimbangan praktis yang berbeda.

Indeks kemampuan pengelasan yang relevan: - Ekivalen karbon untuk austenitik (contoh): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parameter empiris korosi pitting/retak las (contoh): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - 316L: kemampuan pengelasan yang sangat baik karena karbon rendah; risiko sensitisasi dan korosi intergranular minimal setelah siklus pengelasan yang tipikal. Annealing larutan pasca pengelasan biasanya tidak diperlukan untuk ketahanan korosi dalam banyak aplikasi. - 316Ti: juga dapat dilas, dan sering dipilih khusus untuk komponen yang dilas yang terpapar suhu dalam rentang sensitisasi karena Ti menstabilkan karbon dan mengurangi kerentanan terhadap korosi intergranular. Perhatian diperlukan untuk memastikan rasio Ti:C yang memadai dan menghindari ketidakcocokan pengisi yang berlebihan; logam pengisi biasanya adalah 316L/316 jenis konsumabel untuk menjaga ketahanan korosi. - Kedua grade umumnya tidak memerlukan pemanasan awal; hindari pendinginan lambat melalui 500–800 °C dalam aplikasi sensitif; annealing larutan pasca pengelasan mungkin ditentukan untuk layanan kritis.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Keduanya adalah baja tahan karat yang tahan korosi (tidak dilapisi galvanis atau cat secara default).
• Untuk penilaian korosi pitting dan celah, gunakan PREN (Pitting Resistance Equivalent Number): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini menekankan Cr, Mo, dan N. Nilai PREN tipikal untuk baja keluarga 316 berada dalam rentang moderat; 316L dan 316Ti memiliki PREN yang sangat mirip karena kandungan Cr dan Mo mereka sebanding dan N rendah.
• Ketika pemilihan baja tahan karat tidak tepat (misalnya, lingkungan yang sangat reduktif atau alkali), baja non-tahan karat memerlukan perlindungan permukaan seperti galvanisasi, pelapisan, atau pelapisan; ini bukan norma untuk bagian keluarga 316.
• Catatan praktis: 316Ti lebih disukai untuk aplikasi di mana paparan termal dapat menyebabkan presipitasi karbida kromium (misalnya, penukar panas, pipa uap) karena Ti mengurangi sensitisasi. 316L mencapai hasil praktis yang sama dengan memiliki kandungan karbon yang sangat rendah.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pemesinan: baja tahan karat austenitik mengeras dengan cepat dan lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja karbon. 316Ti dapat sedikit lebih menantang dibandingkan 316L karena stabilisasi dan kandungan karbon yang lebih tinggi dapat meningkatkan pengerasan kerja dan keausan alat. Gunakan alat yang kuat, umpan yang sesuai, kecepatan pemotongan, dan pendingin.
• Kemudahan pembentukan: 316L umumnya menawarkan kemudahan pembentukan dan kinerja penarikan dalam yang lebih baik karena kekuatan luluh yang lebih rendah dan duktilitas yang lebih tinggi dalam kondisi annealed. 316Ti membentuk dengan cara yang serupa tetapi mungkin memerlukan gaya yang sedikit lebih tinggi dan kontrol jari-jari bengkok yang lebih ketat.
• Penyelesaian: keduanya menerima penyelesaian permukaan standar dan pasivasi; pengasaman/netralisasi setelah pengelasan dapat digunakan untuk mengembalikan film pasif dan menghilangkan warna panas.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih 316L di mana ketahanan korosi pasca pengelasan, penarikan dalam, dan ketersediaan/biaya adalah pendorong utama. - Pilih 316Ti di mana layanan mencakup paparan berkepanjangan atau siklik pada suhu yang akan menyebabkan sensitisasi, dan di mana komponen tidak akan diannealing larutan setelah fabrikasi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• 316L lebih umum dan biasanya tersedia dalam rentang bentuk produk dan penyelesaian pabrik yang lebih luas; ini umumnya merupakan opsi dengan biaya lebih rendah antara keduanya.
• 316Ti memiliki premium yang moderat karena penambahan titanium dan volume pasar yang lebih rendah secara keseluruhan; ketersediaan masih baik untuk bentuk umum (pipa, plat, tabung) tetapi waktu tunggu untuk ukuran atau penyelesaian khusus dapat lebih lama.
• Untuk pengadaan: tentukan standar yang tepat (misalnya, ASTM A240 316L atau EN 1.4571) dan penyelesaian/perlakuan panas yang diperlukan untuk menghindari masalah rantai pasokan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih 316L jika Anda memerlukan ketahanan korosi umum terbaik dengan kemampuan pengelasan dan pembentukan maksimum, dan ketika biaya serta ketersediaan yang luas menjadi prioritas. - Pilih 316Ti jika aplikasi akan mengalami siklus termal atau paparan berkepanjangan dalam rentang suhu sensitisasi (sekitar 425–850 °C) dan Anda tidak dapat atau tidak akan melakukan annealing larutan setelah fabrikasi; 316Ti memberikan stabilitas terhadap serangan intergranular dalam kondisi tersebut.

Catatan praktis akhir: untuk desain kritis, selalu tentukan standar yang tepat, bentuk produk, dan perlakuan panas atau perlakuan pasca pengelasan yang diperlukan, dan minta sertifikat pabrik/uji. Ketika ragu tentang paparan termal jangka panjang atau mekanisme korosi spesifik, konsultasikan data pengujian korosi atau lakukan pengujian kualifikasi material untuk lingkungan layanan yang dimaksud.