316Ti vs 321H – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

316Ti dan 321H adalah dua jenis baja tahan karat austenitik yang digunakan di tempat-tempat di mana kombinasi ketahanan terhadap korosi dan kinerja suhu tinggi diperlukan. Memilih antara keduanya adalah dilema yang berulang bagi insinyur dan tim pengadaan yang menyeimbangkan ketahanan korosi, kekuatan suhu tinggi, kemampuan las, dan biaya siklus hidup: 316Ti adalah jenis yang mengandung molibdenum yang distabilkan dengan titanium untuk meningkatkan ketahanan terhadap sensitisasi, sementara 321H adalah jenis yang distabilkan titanium dengan kromium-nikel yang ditawarkan dengan karbon lebih tinggi untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan creep pada suhu tinggi. Perbedaan ini membuat kedua jenis tersebut menarik untuk envelope layanan yang tumpang tindih tetapi berbeda—316Ti di mana ketahanan terhadap pitting dan ketahanan korosi umum diprioritaskan, dan 321H di mana stabilitas jangka panjang dalam lingkungan pengoksidaan suhu tinggi dan ketahanan creep penting.

1. Standar dan Penunjukan

Standar internasional umum dan penunjukan di mana jenis-jenis ini ditemukan:

• ASTM/ASME: A240 (plat, lembaran, dan strip), A312 (pipa), A403 (fitting) — varian 316Ti dan 321/321H ditentukan.
• EN: EN 1.4571 (316Ti), EN 1.4878 (321H) setara digunakan dalam standar Eropa.
• JIS: Keluarga JIS G4303/G4313 mencakup austenitik yang distabilkan dengan penunjukan lokal.
• GB (Cina): Standar GB/T mencantumkan jenis stainless yang sebanding dengan 316Ti dan 321H.

Klasifikasi: - Baik 316Ti maupun 321H adalah baja tahan karat (austenitik). Mereka bukan baja karbon, baja paduan, baja alat, atau HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: rentang komposisi tipikal (diekspresikan sebagai persen berat). Nilai bervariasi berdasarkan spesifikasi dan bentuk produk; tabel menunjukkan rentang representatif yang sering dikutip dalam standar. Selalu konsultasikan standar yang relevan atau sertifikat pabrik untuk komposisi yang tepat.

Elemen	316Ti (rentang tipikal)	321H (rentang tipikal)
C	≤ 0.08 (kontrol karbon rendah)	~0.04–0.10 (varian C lebih tinggi dari 321)
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	~16–18	~17–19
Ni	~10–14	~9–12
Mo	~2.0–3.0	≤ 0.5 (biasanya tidak ada)
V	jejak atau tidak ditentukan	jejak atau tidak ditentukan
Nb	— (bukan stabilizer utama)	— (Ti adalah stabilizer; Nb kadang digunakan dalam jenis terkait)
Ti	penambahan terkontrol (≥ 5 × C, hingga ~0.7)	penambahan terkontrol (≥ 5 × C, hingga ~0.7)
B	jejak	jejak
N	jejak hingga penambahan kecil mungkin	jejak

Catatan tentang strategi paduan: - 316Ti: dibangun di atas keluarga 316—kromium, nikel, dan molibdenum memberikan ketahanan korosi umum dan pitting yang unggul. Titanium ditambahkan untuk menstabilkan karbon, membentuk presipitat karbon-titanium untuk menghindari presipitasi karbida kromium selama paparan dalam rentang sensitisasi (sekitar 450–850 °C). - 321H: berasal dari 321 (Cr–Ni dengan stabilisasi Ti) tetapi dilengkapi dengan karbon lebih tinggi untuk meningkatkan kekuatan creep dan sifat suhu tinggi yang berkelanjutan. Titanium dalam 321H mengikat karbon dan mengurangi sensitisasi sambil mempertahankan C lebih tinggi untuk kekuatan creep.

Efek paduan: - Kromium memberikan pasivitas dan ketahanan korosi umum. - Nikel menstabilkan struktur austenitik dan meningkatkan ketangguhan. - Molibdenum dalam 316Ti meningkatkan ketahanan terhadap korosi lokal (pitting/crevice). - Titanium mengikat karbon bebas untuk mencegah korosi intergranular setelah pengelasan atau paparan suhu sensitisasi; dalam 321H, karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi tetapi memerlukan kandungan titanium yang tepat untuk mencegah sensitisasi.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Kedua jenis sepenuhnya austenitik dalam kondisi annealed dengan karbida atau intermetallic yang terdispersi tergantung pada sejarah termal. - Titanium membentuk presipitat TiC atau Ti(C,N) secara preferensial sebelum pembentukan karbida kromium, menjaga kromium dalam larutan di batas butir.

Efek perlakuan panas dan pemrosesan: - Annealing (perlakuan larutan) pada suhu austenitisasi tipikal diikuti dengan pendinginan cepat mengembalikan kedua bahan ke mikrostruktur austenitik fase tunggal yang ulet. - Untuk 316Ti, anneal larutan standar menghilangkan presipitasi karbida sebelumnya; presipitat Ti–C tetap stabil jika Ti cukup relatif terhadap karbon. - 321H biasanya disuplai dalam kondisi annealed larutan; karbon yang lebih tinggi memberikan penguatan presipitasi yang lebih besar pada paparan lebih lama pada suhu tinggi, meningkatkan kekuatan creep. - Normalisasi, pendinginan & tempering tidak berlaku untuk baja tahan karat austenitik dalam arti yang sama seperti untuk baja ferritik/pearlitik; sifat mekanik dicapai terutama melalui kerja dingin, anneal larutan, dan efek penuaan/presipitasi pada suhu layanan. - Pemrosesan termo-mekanis (kerja dingin + anneal) dapat meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan; paparan layanan yang lama antara sekitar 500–800 °C dapat menyebabkan presipitasi karbida kompleks dan intermetallic yang mempengaruhi ketangguhan dan ketahanan korosi jika titanium tidak memadai.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik tergantung pada bentuk produk (lembaran, plat, pipa), perlakuan panas, dan standar pengujian. Tabel di bawah ini memberikan deskriptor komparatif kualitatif daripada nilai numerik absolut—konsultasikan sertifikat pabrik untuk angka yang tepat.

Sifat	316Ti (annealed, perilaku tipikal)	321H (annealed atau distabilkan)
Kekuatan tarik	Sedang — konsisten dengan keluarga austenitik 316	Mirip atau sedikit lebih tinggi pada suhu tinggi karena penguatan C
Kekuatan luluh	Sedang — ductility yang baik	Sedikit lebih tinggi pada suhu tinggi; kekuatan luluh suhu ruangan mirip dengan 316Ti
Peregangan	Tinggi (ductility dan formabilitas yang baik)	Baik, tetapi mungkin sedikit berkurang jika C lebih tinggi atau dikerjakan dingin
Ketangguhan impak	Tinggi pada suhu ruangan; ketangguhan suhu rendah yang baik	Baik pada suhu ruangan; mempertahankan ketangguhan pada suhu tinggi, tetapi paparan lama dapat mempengaruhi ketangguhan jika presipitasi terjadi
Kekerasan	Rendah hingga sedang (lunak, ulet, mudah dikerjakan dingin)	Sebanding; C lebih tinggi dapat sedikit meningkatkan kekerasan

Interpretasi: - Pada suhu ruangan, kedua jenis menunjukkan ductility dan ketangguhan khas dari baja tahan karat austenitik. - Karbon yang lebih tinggi dan strategi stabilisasi 321H memberikannya keunggulan untuk kekuatan creep suhu tinggi dan retensi kekuatan selama layanan yang berkepanjangan, sementara 316Ti menawarkan ketahanan yang sedikit lebih baik terhadap korosi lokal karena molibdenum.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las baja tahan karat austenitik umumnya baik; dua aspek penting di sini: kerentanan terhadap sensitisasi/korosi intergranular dan efek kerja dingin/pengerasan di dekat las.

Indeks kemampuan las kunci: - Ekivalen karbon (rumus IIW) berguna untuk menilai kecenderungan pengerasan dalam pengelasan: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Rumus ekivalen kromium atau Pcm juga digunakan untuk menilai kerentanan retak las: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - 316Ti: Umumnya kemampuan las yang sangat baik. Karbon rendah dan stabilisasi titanium mengurangi risiko korosi intergranular setelah pengelasan. Molibdenum tidak secara serius mengganggu kemampuan las tetapi meningkatkan kecenderungan paduan untuk membentuk fase titik lebur rendah dalam keadaan langka; metalurgi pengisi standar dan kontrol input panas menghindari masalah. - 321H: Juga dapat dilas tetapi karbon yang lebih tinggi meningkatkan ukuran ekivalen karbon teoritis, meningkatkan kebutuhan untuk kontrol input panas dan potensi perlakuan pasca-las di bagian tebal. Stabilisasi titanium mengurangi pembentukan karbida kromium, tetapi ketika kandungan karbon sengaja lebih tinggi (seperti pada 321H) kontrol rasio Ti:C sangat penting. Pemanasan awal biasanya tidak diperlukan untuk bagian tipis; untuk bagian berat dan layanan suhu tinggi siklik, kualifikasi prosedur pengelasan disarankan.

Secara keseluruhan: kedua jenis dianggap dapat dilas dengan prosedur standar; 316Ti sering dianggap lebih mudah dengan sedikit kebutuhan untuk kontrol tambahan ketika ketahanan korosi adalah perhatian utama, sementara 321H memerlukan perhatian ketika digunakan di bagian tebal atau dalam aplikasi di mana perlakuan panas pasca-las dan kinerja creep penting.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Untuk jenis stainless, kinerja korosi terutama dipengaruhi oleh kandungan kromium dan keberadaan molibdenum serta nitrogen.
• PREN (angka ekivalen ketahanan pitting) berguna untuk membandingkan ketahanan pitting: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Penerapan PREN: 316Ti mendapatkan manfaat dari kandungan molibdenumnya, menghasilkan PREN yang lebih tinggi daripada 321H dalam komposisi tipikal; kurangnya Mo pada 321H berarti ketahanan pitting yang lebih rendah dalam lingkungan klorida.

Baja non-tahan karat: - Tidak berlaku di sini karena kedua jenis adalah stainless. Jika menggunakan baja karbon alternatif, pelapisan (galvanisasi, pengecatan, pelapisan) akan diperlukan.

Catatan praktis: - 316Ti: lebih disukai untuk lingkungan yang mengandung klorida (air laut, aliran proses kimia) karena ketahanan pitting yang ditingkatkan oleh Mo dan stabilisasi Ti untuk mencegah sensitisasi. - 321H: lebih cocok untuk lingkungan pengoksidaan suhu tinggi (sistem knalpot, pemanas, boiler) di mana ketahanan creep dan ketahanan terhadap korosi/oksidasi suhu tinggi adalah prioritas; tidak optimal untuk lingkungan klorida yang agresif kecuali dilindungi.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas

• Kemampuan mesin: Baja tahan karat austenitik umumnya lebih lengket dan mengeras daripada baja ferritik. 316Ti dan 321H diproses dengan cara yang sama, meskipun peningkatan karbon pada 321H dapat sedikit meningkatkan interaksi alat tetapi juga dapat meningkatkan pengerasan kerja secara lokal.
• Formabilitas: Kedua jenis terbentuk dengan baik dalam kondisi annealed; 316Ti biasanya memiliki formabilitas yang sedikit lebih baik karena karbon yang lebih rendah dan keberadaan molibdenum tidak menghalangi pembentukan. 321H dapat dibentuk tetapi proses harus memperhitungkan potensi pemulihan dan perilaku pengerasan regangan.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima penggilingan, pemolesan, dan perlakuan pasivasi standar. Bahan kimia dan parameter pasivasi sama dengan jenis austenitik lainnya tetapi memverifikasi ketahanan korosi pasca-pemrosesan disarankan, terutama setelah pengelasan.
• Kerja dingin: Deformasi dingin meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi ductility; anneal akhir dapat digunakan untuk mengembalikan formabilitas dan ketahanan korosi.

8. Aplikasi Tipikal

316Ti — Penggunaan Tipikal	321H — Penggunaan Tipikal
Peralatan proses kimia yang terpapar klorida, penukar panas, tangki dan pipa di lingkungan korosif, fitting maritim, peralatan farmasi di mana ketahanan pitting penting	Tumpukan knalpot, komponen tungku dan boiler, pipa proses suhu tinggi, fitting tahan panas, knalpot pesawat dan mesin di mana paparan suhu tinggi yang berkelanjutan dan ketahanan creep diperlukan
Peralatan makanan dan minuman di mana ketahanan korosi dan kebersihan diperlukan	Komponen struktural suhu tinggi dan sambungan ekspansi di pemanas petrokimia/industri

Rasional pemilihan: - Pilih 316Ti untuk lingkungan di mana pitting dan korosi celah dari klorida atau fluida proses agresif adalah perhatian utama dan di mana rakitan las harus menghindari korosi intergranular. - Pilih 321H untuk layanan suhu tinggi yang berkelanjutan di mana kekuatan creep, ketahanan terhadap oksidasi, dan stabilitas setelah paparan berkepanjangan lebih kritis daripada ketahanan pitting maksimum.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: 316Ti biasanya memiliki harga premium relatif terhadap 316 yang tidak distabilkan dan beberapa varian 321 karena kandungan molibdenum dan penambahan titanium. Biaya 321H dipengaruhi oleh perlakuan panas, kandungan karbon yang lebih tinggi, dan ketersediaan pasar; karena tidak mengandung Mo, dapat lebih murah daripada 316Ti dalam hal kandungan paduan mentah tetapi pasokan khusus dan bentuk produk dapat mempengaruhi harga.
• Ketersediaan: Keduanya tersedia luas dalam bentuk produk umum (lembaran, plat, pipa, tabung, batang, dan fitting) dari produsen baja tahan karat utama. 316Ti sangat umum di industri proses; 321H biasanya tersedia di tempat-tempat di mana paduan suhu tinggi disimpan. Waktu tunggu yang lama mungkin terjadi untuk diameter besar, bagian berat, atau persyaratan penyelesaian/spesifikasi khusus.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Kriteria	316Ti	321H
Kemampuan las	Sangat baik — stabilisasi titanium mengurangi risiko sensitisasi	Baik — C yang lebih tinggi memerlukan perhatian pada input panas dan kontrol Ti:C
Kekuatan–Ketangguhan	Kombinasi baik pada suhu ruangan; kekuatan suhu tinggi sedang	Kekuatan suhu tinggi/creep yang lebih baik untuk paparan lama
Biaya	Biaya paduan lebih tinggi (Mo) tetapi tersedia luas	Biaya paduan sebanding atau lebih rendah; permintaan khusus untuk bentuk suhu tinggi dapat bervariasi ketersediaan

Rekomendasi: - Pilih 316Ti jika kebutuhan utama Anda adalah ketahanan korosi dalam lingkungan yang mengandung klorida atau lingkungan kimia agresif, dikombinasikan dengan kebutuhan untuk mempertahankan ketahanan korosi setelah pengelasan dan sifat mekanik umum yang baik. - Pilih 321H jika aplikasi Anda mengekspos komponen pada suhu tinggi yang berkepanjangan di mana ketahanan creep, ketahanan oksidasi, dan stabilitas dimensi jangka panjang adalah prioritas, dan di mana pitting dalam lingkungan klorida bukanlah mode kegagalan yang dominan.

Catatan akhir: kedua bahan melayani niche yang penting tetapi berbeda. Tentukan paduan yang tepat, bentuk produk, perlakuan panas, dan pengujian penerimaan dalam dokumentasi pengadaan dan minta sertifikat pabrik. Untuk rakitan las yang kritis atau layanan suhu tinggi jangka panjang, lakukan penilaian spesifik aplikasi (kualifikasi prosedur pengelasan, pengujian korosi, dan estimasi umur creep) daripada mengandalkan pemilihan grade generik.