316L vs 904L – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Memilih antara 316L dan 904L adalah keputusan material yang umum bagi insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur yang harus menyeimbangkan kinerja korosi, biaya fabrikasi, dan persyaratan layanan. Konteks keputusan yang khas mencakup pemrosesan kimia, lingkungan laut dan lepas pantai, serta peralatan yang memerlukan kemampuan fabrikasi tinggi dan ketahanan korosi yang dapat diandalkan.

Perbedaan mendasar antara kedua paduan terletak pada strategi paduannya: 316L adalah stainless steel austenitik rendah karbon yang mengandung molibdenum yang dioptimalkan untuk ketahanan korosi dan kemampuan las umum; 904L adalah stainless steel austenitik yang mengandung nikel tinggi, molibdenum tinggi, dan tembaga yang dirancang untuk ketahanan superior terhadap lingkungan asam dan klorida yang sangat korosif. Perbedaan dalam kimia ini mendorong perbedaan dalam kinerja korosi, biaya, dan pertimbangan fabrikasi.

1. Standar dan Penunjukan

• 316L
• Penunjukan umum: UNS S31603, EN 1.4404 / 1.4435, JIS SUS316L, ASTM A240 (untuk pelat), ASTM A276 (batang)
• Klasifikasi: Stainless steel austenitik
• 904L
• Penunjukan umum: UNS N08904, EN (kadang dirujuk sebagai varian 1.4539), ASTM B702/B574 untuk beberapa bentuk produk
• Klasifikasi: Stainless steel austenitik dengan Ni dan Mo tinggi, kadang disebut "super austenitik"

Keduanya adalah stainless steel (bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA), yang banyak ditentukan oleh ASTM/ASME, EN, JIS, dan standar nasional untuk berbagai bentuk produk (pelat, lembaran, batang, pipa).

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut memberikan rentang komposisi tipikal untuk material yang ditempa dan dikerjakan dengan perlakuan larutan yang digunakan dalam industri. Nilai ditunjukkan sebagai persen berat dan merupakan rentang representatif yang ditemukan dalam spesifikasi umum.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Krom memberikan film oksida pasif yang memberikan perilaku stainless dasar; lebih banyak Cr umumnya meningkatkan ketahanan korosi dan oksidasi umum. - Nikel menstabilkan fase austenitik, meningkatkan ketangguhan dan keuletan, serta meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi stres klorida ketika dikombinasikan dengan elemen lain. - Molibdenum secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap korosi pitting dan celah di lingkungan yang mengandung klorida. - Tembaga dalam 904L meningkatkan ketahanan terhadap asam reduksi (misalnya, asam sulfat) dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi celah dalam media tertentu. - Karbon rendah meminimalkan presipitasi karbida selama pengelasan, menjaga ketahanan terhadap korosi intergranular.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur:
• Kedua 316L dan 904L sepenuhnya austenitik dalam kondisi larutan-annealed. Mereka tidak berubah menjadi ferit atau martensit saat mendingin di bawah pemrosesan normal.
• Perlakuan panas dan respons:
• Perlakuan tipikal: larutan anneal pada suhu sekitar 1010–1120 °C (tergantung pada standar), diikuti dengan pendinginan air untuk mengembalikan mikrostruktur austenitik yang homogen dan melarutkan presipitat.
• Tidak ada grade yang dapat dikeraskan dengan pendinginan dan tempering—perubahan kekuatan dicapai terutama melalui pengerjaan dingin.
• 316L: Perhatian dalam siklus termal pengelasan diperlukan untuk menghindari sensitisasi pada varian karbon lebih tinggi, tetapi grade L (karbon rendah) meminimalkan presipitasi karbida. Paduan stabilisasi (misalnya, 316Ti) digunakan di mana layanan mencakup paparan berkepanjangan pada suhu yang sensitif.
• 904L: Juga larutan-annealed; kandungan paduan yang lebih tinggi (Ni, Mo, Cu) berarti lebih tahan terhadap sensitisasi dan memiliki ketahanan lebih tinggi terhadap serangan intergranular setelah pengelasan, tetapi pemilihan filler yang tepat dan kontrol input panas masih penting untuk mempertahankan kinerja korosi.
• Pengolahan termo-mekanis:
• Pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan hasil dan kekuatan tarik di kedua grade tetapi dapat mengurangi ketahanan korosi di beberapa lingkungan jika film pasif rusak dan tidak dipulihkan.

4. Sifat Mekanis

Sifat mekanis tipikal untuk material yang dikerjakan dan di-anneal (nilai perkiraan; periksa standar produk untuk jaminan yang tepat):

Interpretasi: - 904L biasanya menunjukkan kekuatan nominal yang lebih tinggi dibandingkan 316L dalam kondisi annealed karena kandungan paduan yang lebih tinggi dan penguatan larutan padat dari Ni dan Mo. - Keduanya tangguh dan ulet pada suhu ambien; 316L umumnya menunjukkan sedikit lebih tinggi regangan pada beberapa bentuk produk. - Tidak ada grade yang dipilih terutama untuk kekerasan tinggi atau ketahanan aus; pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi dapat mengurangi kemampuan bentuk.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las untuk kedua grade umumnya baik dibandingkan dengan stainless steel feritik atau martensitik, tetapi ada perbedaan praktis.

• 316L: Kemampuan las yang sangat baik karena karbon rendah; risiko sensitisasi dan korosi intergranular yang rendah. Filler umum: ER316/ER316L. Annealing pasca-las biasanya tidak diperlukan untuk layanan umum.
• 904L: Dapat dilas tetapi memerlukan perhatian: kandungan paduan yang lebih tinggi (Ni, Mo, Cu) mengubah perilaku pembekuan dan dapat mempengaruhi pemilihan filler serta kecenderungan retak panas. Logam filler yang cocok yang diproduksi untuk 904L atau filler Ni tinggi lainnya sering digunakan. Kontrol input panas dan praktik pra/pasca-las menjaga ketahanan korosi.

Indeks kemampuan las yang berguna (tidak ada input numerik yang diperlukan di sini): - Ekivalen karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Menginterpretasikan $CE_{IIW}$ secara kualitatif: nilai yang lebih tinggi menunjukkan peningkatan kemampuan pengerasan dan potensi untuk retak las pada baja. Untuk stainless steel austenitik, karbon rendah dan Ni tinggi menurunkan risiko retak meskipun kandungan paduan lebih tinggi. - Parameter Pcm (Siewert): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - $P_{cm}$ dapat digunakan secara kualitatif untuk menilai kerentanan terhadap retak dingin dalam lasan; untuk paduan austenitik ini, perhatian utama adalah retak panas dan menjaga ketahanan korosi daripada retak dingin martensitik.

Panduan praktis: spesifikasi prosedur pengelasan pra-kualifikasi dan logam filler yang cocok harus digunakan untuk 904L, terutama untuk layanan yang mengandung tekanan kritis atau korosif.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Perilaku stainless:
• Kedua grade bergantung pada oksida pasif kaya Cr untuk ketahanan korosi umum.
• Ketahanan terhadap pitting dan celah:
• Angka ekivalen ketahanan pitting (PREN) sering digunakan untuk membandingkan ketahanan korosi lokal: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Dengan menggunakan nilai nominal tipikal sebagai contoh ilustratif (perkiraan):
  • 316L (Cr ≈ 17, Mo ≈ 2.2, N ≈ jejak): PREN ≈ 17 + 3.3×2.2 + 16×0.02 ≈ 25
  • 904L (Cr ≈ 20.5, Mo ≈ 4.5, N ≈ jejak): PREN ≈ 20.5 + 3.3×4.5 + 16×0.02 ≈ 36
• Interpretasi: Mo dan Cr yang lebih tinggi pada 904L menghasilkan PREN yang jauh lebih tinggi dan dengan demikian ketahanan yang jauh lebih baik terhadap korosi pitting dan celah di lingkungan yang mengandung klorida dan oksidasi.
• Media spesifik:
• 316L: Ketahanan korosi umum yang baik; dipilih untuk zona percikan air laut, pemrosesan makanan, farmasi, dan banyak layanan kimia dengan konsentrasi halida sedang.
• 904L: Ketahanan superior terhadap asam oksidasi yang kuat, lingkungan yang mengandung klorida pada suhu lebih tinggi, dan lingkungan yang mengandung asam sulfat (di mana Cu menguntungkan).
• Alternatif non-stainless:
• Untuk baja non-stainless, perlindungan korosi disediakan oleh pelapis (galvanisasi, pengecatan, pelapisan polimer, dll.). Ini tidak langsung relevan untuk perbandingan 316L/904L kecuali ketika mempertimbangkan biaya atau substitusi desain.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Bentuk

• Kemudahan pemesinan:
• 316L lebih mudah diproses dibandingkan banyak austenitik paduan tinggi; ia mengeras secara moderat dan merespons dengan baik terhadap alat tajam dan pengaturan yang kaku.
• 904L diproses lebih lambat, cenderung mengeras, dan memerlukan alat yang lebih kuat serta manajemen pendingin yang lebih baik. Kandungan Ni dan Mo yang lebih tinggi meningkatkan keausan alat dan membutuhkan kecepatan pemotongan yang lebih rendah serta umpan yang lebih tinggi.
• Kemampuan bentuk:
• Kedua grade membentuk dengan baik dalam kondisi annealed; 316L umumnya digunakan untuk operasi penarikan dalam, pembengkokan, dan pencetakan.
• 904L ulet dan dapat dibentuk tetapi kekuatan dan laju pengerjaan dinginnya yang lebih tinggi meningkatkan beban pembentukan dan pemulihan; lebih banyak annealing perantara atau gaya pembentukan yang lebih tinggi mungkin diperlukan.
• Penyelesaian permukaan:
• Keduanya dapat dipoles dan dipasivasi dengan baik; 904L mungkin memerlukan persiapan permukaan yang lebih agresif untuk mencapai reflektivitas permukaan yang sama karena perbedaan paduan.

8. Aplikasi Tipikal

Alasan pemilihan: - Pilih 316L ketika lingkungan layanan memiliki kandungan klorida sedang dan prioritas adalah ketahanan korosi umum yang baik dan kemampuan las dengan biaya lebih rendah. - Pilih 904L ketika lingkungan melibatkan oksidan kuat, tingkat klorida lebih tinggi, asam sulfat atau campuran, atau ketika umur panjang dalam media agresif mengimbangi biaya paduan yang lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya:
• 904L jauh lebih mahal dibandingkan 316L berdasarkan biaya material karena kandungan nikel dan molibdenum yang tinggi, serta penambahan tembaga. Sensitivitas harga terutama dipengaruhi oleh harga pasar Ni dan Mo.
• Ketersediaan:
• 316L tersedia secara luas dalam hampir semua bentuk produk (lembaran, pelat, pipa, tabung, pengecoran, batang) dan di banyak pasar global.
• 904L tersedia secara komersial dalam pelat, pipa, tabung, dan beberapa batang serta fitting, tetapi bentuk produk tertentu atau dimensi khusus mungkin memerlukan waktu tunggu atau produksi khusus. Perencanaan pengadaan harus memperhitungkan waktu tunggu yang lebih lama dan pemasok yang berkualitas untuk 904L.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih 316L jika aplikasi Anda membutuhkan stainless austenitik yang hemat biaya, dapat dilas secara luas dengan ketahanan korosi umum yang dapat diandalkan, kemampuan bentuk yang baik, dan ketersediaan yang luas (misalnya, makanan, farmasi, layanan kimia umum, paparan laut sedang). - Pilih 904L jika layanan mencakup lingkungan klorida agresif, asam oksidasi, atau kondisi yang memerlukan ketahanan pitting/celah yang luar biasa dan umur panjang meskipun biaya material dan fabrikasi lebih tinggi (misalnya, pipa proses kimia khusus, penukar panas dalam kimia yang parah).

Catatan penutup: pemilihan grade akhir harus didorong oleh penilaian holistik: spesies korosif spesifik dan konsentrasi, suhu, beban mekanis, jalur fabrikasi, spesifikasi prosedur las, dan total biaya siklus hidup. Untuk layanan kritis atau yang tidak dikenal, lakukan pengujian korosi, konsultasikan dengan spesialis korosi, dan kualifikasi prosedur las sebelum produksi.