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

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin menghadapi trade-off antara ketahanan korosi, kinerja mekanis, kemampuan manufaktur, dan biaya saat memilih baja tahan karat austenitik. 316L dan 904L adalah dua jenis baja tahan karat austenitik yang digunakan di mana ketahanan korosi diperlukan, tetapi masing-masing berada pada titik yang berbeda dalam envelope kinerja-biaya: 316L adalah "kuda kerja" yang ekonomis dan tersedia secara luas untuk lingkungan yang mengandung klorida, sementara 904L adalah opsi yang sangat paduan dan lebih mahal yang dioptimalkan untuk kimia agresif asam dan yang mengandung klorida.

Perbedaan praktis utama adalah strategi paduan: 316L mengandalkan terutama pada kromium, nikel, dan molibdenum untuk ketahanan korosi umum dan kemampuan pengelasan; 904L meningkatkan nikel, molibdenum dan menambahkan tembaga untuk memperpanjang ketahanan terhadap asam reduksi dan serangan lokal. Ini menjadikan kedua jenis ini sering dibandingkan dalam keputusan desain dan pengadaan di mana peningkatan ketahanan korosi harus dibenarkan terhadap biaya material dan pemrosesan yang lebih tinggi.

1. Standar dan Penunjukan

Standar utama dan pengenal umum yang digunakan untuk menentukan jenis ini meliputi: - 316L - UNS: S31603 - Spesifikasi ASTM/ASME umum untuk lembaran/plat dan batang: misalnya, ASTM A240 (plat/lembar), ASTM A276 (batang), dan spesifikasi pipa terkait - EN: biasanya dirujuk sebagai EN 1.4404 - JIS: biasanya disebut sebagai SUS316L - GB: ekuivalen tersedia dalam standar Tiongkok (ditentukan oleh komposisi kimia) - Klasifikasi: Baja tahan karat austenitik (tahan karat) - 904L - UNS: N08904 - Umumnya disuplai ke dokumen ASTM/ASME di mana sesuai (misalnya, A240 untuk plat ketika ditentukan oleh UNS) - EN: biasanya dirujuk sebagai EN 1.4539 (digunakan sebagai ekuivalen industri umum) - JIS/GB: tersedia sebagai paduan khusus atau komposisi ekuivalen - Klasifikasi: Austenitik, baja tahan karat paduan tinggi yang mengandung nikel (tahan karat)

Keduanya adalah baja tahan karat (keluarga austenitik), bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA. Mereka ditentukan di seluruh standar untuk berbagai bentuk produk (plat, pipa, batang, kawat, fitting) sesuai dengan aplikasi.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut menunjukkan rentang atau batas komposisi tipikal yang ditemukan dalam spesifikasi umum. Ini adalah rentang representatif yang digunakan dalam pemilihan dan standar — selalu konfirmasi dengan sertifikat material spesifik untuk pengadaan.

Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kromium (Cr): memberikan film oksida pasif dan ketahanan korosi umum. - Nikel (Ni): menstabilkan mikrostruktur austenitik dan meningkatkan duktilitas dan ketangguhan; nikel yang lebih tinggi juga meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi stres klorida dan mengurangi permeabilitas magnetik. - Molibdenum (Mo): meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan yang mengandung klorida. - Tembaga (Cu) dalam 904L: meningkatkan ketahanan terhadap asam sulfat dan asam reduksi lainnya serta meningkatkan ketahanan korosi lokal dalam beberapa media asam klorida. - Karbon rendah (kelas L): membatasi sensitisasi dan korosi intergranular setelah pengelasan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Kedua 316L dan 904L sepenuhnya austenitik dalam kondisi annealed pada suhu ambien. Poin kunci mikrostruktural dan perlakuan panas: - Mikrostruktur tipikal: austenit kubik pusat muka (FCC) fase tunggal dengan kemungkinan sejumlah kecil karbida atau intermetalik jika terpapar suhu sensitisasi. - Annealing larutan / rekristalisasi: Kedua jenis biasanya diannealing larutan (suhu anneal larutan tipikal untuk baja tahan karat austenitik berada dalam kisaran 1.040–1.120 °C tergantung pada spesifikasi) dan didinginkan dengan cepat untuk mempertahankan struktur austenitik yang homogen dan melarutkan karbida kromium. - Sensitisasi: Karbon rendah (316L, 904L) mengurangi kerentanan terhadap presipitasi karbida kromium di batas butir (sensitisasi) dibandingkan dengan varian karbon yang lebih tinggi; oleh karena itu keduanya lebih disukai untuk struktur yang dilas yang memerlukan ketahanan korosi. - Presipitasi dan fase sigma: Paparan yang diperpanjang dalam kisaran 500–900 °C dapat mempromosikan fase intermetalik (misalnya, sigma) yang membuat paduan menjadi rapuh dan mengurangi ketahanan korosi. Nikel tinggi dalam 904L cenderung menggeser perilaku presipitasi, tetapi jendela pemrosesan anti-sigma dan praktik annealing larutan harus diikuti. - Penguatan: Tidak ada jenis yang dapat diperkuat dengan perlakuan quench-and-temper konvensional karena mereka austenitik; kekuatan disesuaikan terutama dengan kerja dingin (kerja pengerasan) atau dengan menggunakan ketebalan produk/bagian yang lebih berat.

4. Sifat Mekanis

Tabel berikut memberikan sifat perbandingan kualitatif yang biasanya terlihat dalam kondisi annealed (nilai spesifik tergantung pada bentuk produk, perlakuan panas, dan sertifikasi pemasok).

Penjelasan: Nikel dan molibdenum yang lebih tinggi pada 904L (dan tembaga) menyebabkan penguatan larutan padat yang lebih tinggi dan sering kali sedikit lebih tinggi kekuatan luluh dan tarik dalam kondisi annealed dibandingkan dengan 316L. Kedua paduan mempertahankan duktilitas dan ketangguhan yang substansial; 316L banyak digunakan di mana pembentukan yang luas atau penarikan dalam diperlukan karena karakteristik pembentukannya yang dipahami dengan baik.

5. Kemampuan Pengelasan

Pertimbangan kemampuan pengelasan untuk baja tahan karat austenitik tergantung pada kandungan karbon, nitrogen, dan paduan, serta siklus termal. - Tingkat karbon: Karbon rendah (316L, 904L) mengurangi risiko korosi intergranular setelah pengelasan; keduanya dianggap dapat dilas tanpa pemanasan awal dalam sebagian besar aplikasi. - Kemampuan pengerasan dan retak dingin: Baja tahan karat austenitik tidak mengeras seperti baja martensitik; retak dingin yang disebabkan hidrogen bukanlah perhatian utama. Namun, kontrol distorsi dan manajemen stres residual sangat penting. - Efek paduan: Nikel dan molibdenum tinggi dalam 904L meningkatkan kecenderungan retak panas dalam beberapa kombinasi logam pengisi/proses dan dapat membuat pemilihan pengisi yang cocok dan kualifikasi prosedur menjadi lebih kritis. - Persamaan kemampuan pengelasan umum yang digunakan untuk interpretasi (tidak ada input numerik di sini). Karbon ekuivalen (IIW) sering digunakan secara kualitatif untuk menilai kemampuan pengelasan: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Dan indeks Pcm yang lebih rinci: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Interpretasi: Paduan yang lebih tinggi meningkatkan indeks ini, menunjukkan perlunya prosedur pengelasan yang terkontrol. Secara praktis, 316L lebih mudah dilas dan memenuhi syarat dengan logam pengisi umum (misalnya, pengisi las 316L), sementara 904L sering memerlukan bahan pengelasan yang terakreditasi, prosedur khusus, dan pengujian korosi pasca pengelasan untuk lingkungan yang menuntut.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Perilaku tahan karat: Keduanya tahan karat dan mengandalkan film oksida kromium pasif untuk ketahanan korosi umum.
• PREN untuk ketahanan korosi lokal: Angka ekuivalen ketahanan pitting (PREN) biasanya digunakan untuk membandingkan ketahanan korosi lokal di lingkungan yang mengandung klorida: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Interpretasi: PREN yang lebih tinggi menunjukkan ketahanan terhadap pitting yang lebih besar; 904L biasanya memiliki PREN yang lebih tinggi daripada 316L karena kandungan Mo dan Cr yang lebih besar dan kadang-kadang Ni yang lebih tinggi memfasilitasi ketahanan terhadap serangan lokal.
• Perilaku korosi spesifik:
• 316L: Ketahanan yang baik terhadap percikan air laut, lingkungan klorida sedang, dan banyak kondisi proses kimia.
• 904L: Ketahanan yang superior terhadap asam reduksi (misalnya, asam sulfat), ketahanan yang lebih baik terhadap korosi celah dan pitting di lingkungan yang mengandung klorida, dan kinerja yang lebih baik dalam layanan asam/klorida campuran berkat Cu dan kandungan paduan yang lebih tinggi.
• Ketika tahan karat tidak berlaku (misalnya, baja karbon non-tahan karat), opsi perlindungan permukaan termasuk galvanisasi, pengecatan, dan pelapisan polimer. Itu tidak relevan untuk perbandingan 316L/904L karena keduanya adalah tahan karat.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas

• Kemampuan mesin: Kedua jenis lebih sulit untuk diproses daripada baja paduan rendah. 316L dapat diproses dengan baik dengan alat dan kecepatan yang tepat; 904L biasanya lebih sulit diproses karena nikel tinggi dan pengerasan kerja — sering kali memerlukan potongan yang lebih ringan, alat yang kokoh, dan perubahan alat yang lebih sering.
• Formabilitas/kekakuan: 316L memiliki formabilitas yang sangat baik dan kemampuan penarikan dalam kondisi annealed. 904L membentuk dengan baik tetapi dapat mengeras lebih cepat dan mungkin memerlukan annealing perantara untuk operasi pembentukan yang parah.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima teknik penyelesaian umum (polishing, pasivasi). Paduan tinggi 904L dapat memerlukan prosedur pencucian/pembersihan yang lebih agresif dan pasivasi yang hati-hati untuk mengembalikan film pasif setelah fabrikasi.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: Gunakan 316L ketika ketahanan klorida sedang, kemampuan pengelasan yang sangat baik, dan biaya yang efektif adalah prioritas. Gunakan 904L ketika kimia proses tertentu (asam reduksi kuat, lingkungan asam/klorida campuran) atau ketahanan korosi lokal jangka panjang membenarkan biaya material dan fabrikasi yang lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: 904L secara material lebih mahal daripada 316L karena kandungan nikel dan molibdenum yang jauh lebih tinggi (dan penambahan tembaga). Premi dapat signifikan dan bervariasi dengan pasar logam komoditas.
• Ketersediaan: 316L tersedia secara global dalam berbagai bentuk produk dan kelas; waktu tunggu biasanya singkat. 904L tersedia tetapi dalam bentuk penyimpanan yang lebih sedikit dan sering memerlukan waktu tunggu yang lebih lama atau produksi pesanan khusus untuk bentuk dan ketebalan produk tertentu.
• Implikasi pengadaan: Total biaya kepemilikan (material + fabrikasi + inspeksi + umur pemeliharaan) harus dievaluasi; dalam banyak kasus 316L adalah pilihan ekonomis kecuali kondisi proses membuat 904L diperlukan untuk menghindari kegagalan atau pemeliharaan yang sering.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Pilih 316L jika: - Lingkungan melibatkan paparan klorida sedang, layanan kimia umum, atmosfer maritim, atau di mana biaya dan kemudahan fabrikasi adalah perhatian utama. - Anda memerlukan kemampuan pengelasan dan formabilitas yang sangat baik untuk produksi volume tinggi atau pekerjaan fabrikasi yang luas.

Pilih 904L jika: - Layanan melibatkan asam reduksi kuat (misalnya, asam sulfat) atau campuran asam/klorida agresif di mana 316L menunjukkan pitting, korosi celah, atau umur yang berkurang. - Umur layanan bebas pemeliharaan yang panjang dan ketahanan terhadap serangan lokal membenarkan pengeluaran material dan pemrosesan yang lebih tinggi, atau ketika ditentukan oleh kimia proses dan penilaian rekayasa korosi.

Catatan akhir: Selalu tentukan paduan, bentuk produk, perlakuan panas, dan persyaratan pengujian yang tepat dalam pesanan pembelian, dan konsultasikan dengan spesialis korosi atau insinyur material ketika kondisi layanan tidak jelas. Sertifikat material dan pengujian korosi spesifik lokasi disarankan ketika meningkatkan dari 316L ke 904L untuk peralatan proses kritis.