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

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan pilihan baja tahan karat terhadap berbagai prioritas yang bersaing: ketahanan korosi dalam media agresif, kemampuan las dan biaya fabrikasi, kinerja mekanis pada suhu layanan, dan ketersediaan rantai pasokan. Dua baja tahan karat austenitik yang sering muncul dalam trade-off tersebut adalah 316Ti (varian yang distabilkan titanium dari 316) dan 904L (kelas austenitik paduan tinggi, karbon rendah dengan nikel, molibdenum, dan tembaga yang tinggi).

Perbedaan metalurgi utama antara kelas-kelas ini adalah strategi paduannya: satu menggunakan titanium untuk menstabilkan karbon dan menghindari presipitasi karbida intergranular, sementara yang lain mengandalkan nikel dan molibdenum yang lebih tinggi (dan tambahan tembaga) untuk mencapai ketahanan korosi umum dan lokal yang lebih baik. Karena itu, 316Ti dan 904L menempati ruang aplikasi yang tumpang tindih tetapi berbeda di mana rezim korosi, stabilitas suhu, kemampuan las, dan biaya mendorong pemilihan.

1. Standar dan Penunjukan

• 316Ti
• Penunjukan umum: UNS S31635, EN 1.4571, ASTM A240 (sebagai bagian dari keluarga 316 dengan stabilisasi Ti dalam beberapa spesifikasi).
• Klasifikasi: Baja tahan karat austenitik / paduan tahan karat.
• 904L
• Penunjukan umum: UNS N08904, EN 1.4539.
• Klasifikasi: Baja tahan karat austenitik paduan tinggi (sering digunakan untuk lingkungan yang sangat korosif).

Standar regional lainnya (JIS, GB) mungkin merujuk pada kimia yang setara atau serupa di bawah pengenal yang berbeda; tentukan standar dan sertifikat material yang tepat saat memesan.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut mencantumkan elemen yang biasanya ditentukan untuk kelas-kelas ini. Nilai yang ditunjukkan adalah rentang komposisi tipikal yang digunakan dalam spesifikasi industri; nilai aktual harus dikonfirmasi sesuai dengan sertifikasi material dari pemasok.

Elemen	316Ti (rentang tipikal, wt%)	904L (rentang tipikal, wt%)
C	≤ 0.08 (distabilkan oleh Ti)	≤ 0.02 (karbon rendah)
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	~16–18	~19–23
Ni	~10–14	~23–28
Mo	~2–3	~4–5.5
V	jejak/tidak ada	jejak/tidak ada
Nb	tidak ada	tidak ada (tidak biasanya ditambahkan)
Ti	~0.5–0.7 (atau jumlah stoikiometri untuk mengikat C)	tidak ada
B	jejak/tidak ada	jejak/tidak ada
N	rendah (jejak)	≤ 0.1 (sering dalam jumlah kecil)
Cu	tidak ada	~1–2

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Titanium dalam 316Ti secara preferensial membentuk karbonitrida yang stabil (TiC/TiN) yang mencegah presipitasi karbida kromium di batas butir selama paparan suhu menengah (sensitisasi), menjaga ketahanan korosi intergranular setelah siklus termal atau pengelasan. - 904L mencapai ketahanan korosi terutama melalui kandungan nikel yang lebih tinggi (menstabilkan austenit dan meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi stres klorida) dan molibdenum yang tinggi untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi pitting dan celah. Penambahan tembaga meningkatkan ketahanan terhadap asam reduksi (terutama asam sulfat).

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Kedua kelas pada dasarnya sepenuhnya austenitik dalam kondisi dinormalisasi/diawetkan larutan.

• 316Ti
• Mikrostruktur: Matriks austenitik dengan karbida/nitrida yang distabilkan Ti terdistribusi pada tahap pemrosesan suhu tinggi. Dalam material yang diawetkan larutan dengan benar, presipitasi karbida ditekan dan sensitisasi batas butir diminimalkan.
• Respons perlakuan panas: Praktik tipikal adalah pengawetan larutan (misalnya, rentang 1040–1150 °C untuk baja tahan karat austenitik) diikuti dengan pendinginan cepat untuk mempertahankan austenit fase tunggal. 316Ti tidak dapat dikeraskan dengan cara pendinginan dan temper seperti baja feritik/martensitik; kekuatan terutama dimodifikasi oleh pengerjaan dingin.

• Ketahanan sensitisasi: Ditingkatkan dibandingkan 316/316L karena Ti mengikat karbon, mencegah pembentukan karbida Cr.

• 904L

• Mikrostruktur: Sepenuhnya austenitik, umumnya bebas dari stabilisator yang ditambahkan secara sengaja. Karbon rendah menghilangkan risiko presipitasi karbida yang signifikan; penambahan nitrogen kecil (jika ada) lebih lanjut memperkuat austenit.
• Respons perlakuan panas: Pengawetan larutan dan pendinginan cepat digunakan untuk melarutkan presipitat yang tidak diinginkan. Seperti baja tahan karat austenitik lainnya, sifat mekanis disesuaikan dengan pengerjaan dingin daripada perlakuan panas pengerasan.
• Ketahanan sensitisasi: Pembentukan karbida kromium yang secara inheren rendah karena kandungan C yang rendah; tidak ada Ti atau Nb yang diperlukan.

Catatan: Siklus normalisasi, pendinginan & temper konvensional yang digunakan untuk baja karbon atau martensitik tidak berlaku untuk kelas austenitik ini.

4. Sifat Mekanis

Sifat mekanis tergantung pada bentuk produk (lembaran, pelat, batang), pengerjaan dingin, dan perlakuan panas. Tabel di bawah ini memberikan rentang kondisi annealed yang representatif yang biasanya dikutip untuk jenis baja tahan karat austenitik ini; gunakan sertifikat pabrik pemasok untuk perhitungan desain.

Sifat (annealed)	316Ti (representatif)	904L (representatif)
Kekuatan tarik (UTS)	~480–620 MPa	~500–700 MPa
Kekuatan luluh (0.2% bukti)	~170–300 MPa	~200–350 MPa
Peregangan (A, %)	~40% (duktilitas baik)	~35–45% (duktilitas baik)
Kekerasan (HRB/HRC)	Annealed: rendah (~70–95 HRB)	Annealed: rentang serupa

Interpretasi: - Keduanya adalah kelas austenitik yang duktil dan tangguh. Kandungan nikel dan molibdenum yang lebih tinggi pada 904L biasanya menghasilkan kekuatan yang sebanding atau sedikit lebih tinggi dalam beberapa bentuk produk dibandingkan dengan 316Ti yang distabilkan, tetapi perbedaan sering kali kecil dibandingkan dengan efek pengerjaan dingin. - Ketangguhan pada kedua kelas umumnya tinggi; tidak ada yang menunjukkan transisi duktil-ke-getas yang tajam seperti baja feritik/martensitik.

5. Kemampuan Las

Baja tahan karat austenitik adalah salah satu paduan logam yang paling mudah dilas, tetapi komposisi mempengaruhi perilaku las.

Persamaan kemampuan las kunci yang digunakan untuk penilaian kualitatif: - Ekivalen kromium tipikal untuk menilai kemampuan pengerasan dan kecenderungan retak las: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parameter gabungan untuk memperkirakan kerentanan retak dingin: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - 316Ti: Stabilisasi titanium secara signifikan mengurangi risiko korosi intergranular setelah pengelasan dengan mencegah presipitasi karbida kromium. Namun, Ti meningkatkan kecenderungan untuk inklusi yang sulit dikerjakan dan mungkin memerlukan pemilihan pengisi yang tepat; logam pengisi yang umum digunakan adalah varian pengisi 316L/316 untuk menghindari pengurangan stabilisator di zona las. Pemanasan awal/perlakuan panas pasca-las biasanya tidak diperlukan, meskipun kontrol input panas digunakan untuk menghindari presipitasi berlebihan fase kaya titanium. - 904L: Kemampuan las yang sangat baik dalam hal duktilitas dan peleburan; karbon rendah mengurangi risiko presipitasi karbida. Kandungan nikel dan molibdenum yang tinggi berarti pemilihan pengisi harus sesuai dengan persyaratan kimia dan mekanis (pengisi paduan tinggi yang cocok untuk mempertahankan ketahanan korosi); bahan las paduan tinggi lebih mahal. Risiko retak panas biasanya tidak lebih tinggi daripada austenitik lainnya, tetapi parameter pengelasan harus memperhitungkan kecenderungan ekspansi dan kontraksi termal yang lebih tinggi.

Dalam kedua kelas, bahan las, desain sambungan, dan kontrol input panas sangat penting untuk mempertahankan ketahanan korosi di zona yang terpengaruh panas.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Untuk baja non-tahan karat, sistem perlindungan termasuk galvanisasi, pengecatan, pelapisan epoksi, atau perlindungan katodik; langkah-langkah tersebut bukan pertimbangan utama untuk kelas tahan karat ini.
• Untuk kelas tahan karat, ketahanan pitting biasanya diukur dengan Angka Ekivalen Ketahanan Pitting (PREN): $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Indeks ini memberikan indikasi kasar tentang ketahanan terhadap korosi lokal (pitting) dalam lingkungan yang mengandung klorida.

Perilaku korosi: - 316Ti: Menawarkan ketahanan korosi umum yang baik yang khas dari keluarga 316 karena kandungan kromium dan molibdenum untuk ketahanan pitting. Stabilisasi titanium terutama menjaga ketahanan korosi setelah paparan siklus termal sensitisasi atau pengelasan dengan mencegah presipitasi karbida kromium. - 904L: Dirancang untuk ketahanan yang lebih baik terhadap korosi umum dan lokal. Kandungan Ni dan Mo yang lebih tinggi meningkatkan PREN relatif terhadap 316Ti, meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah dalam lingkungan yang mengandung klorida. Tembaga meningkatkan ketahanan terhadap asam reduksi (misalnya, asam sulfat). 904L sering dipilih di mana pitting klorida atau lingkungan asam agresif hadir dan di mana meminimalkan pemeliharaan sangat penting.

Catatan: PREN adalah indeks—bukan pengganti untuk pengujian korosi spesifik aplikasi—karena kinerja aktual tergantung pada mikrostruktur, penyelesaian permukaan, suhu, kondisi aliran, dan lingkungan kimia.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan Pemesinan
• 316Ti: Mengeras saat dikerjakan; stabilisasi titanium dapat membuat keausan alat sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan 316L. Praktik pemesinan baja tahan karat austenitik standar (alat tajam, pengaturan kaku, aliran pendingin tinggi, kecepatan terkontrol) berlaku.
• 904L: Umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan paduan kelas 316 karena kandungan nikel dan ketangguhan yang lebih tinggi; umur pemotong lebih pendek dan parameter pemotongan harus konservatif.
• Kemudahan Pembentukan
• Kedua kelas mudah dibentuk dalam kondisi annealed. 316Ti mempertahankan kemudahan pembentukan yang mirip dengan varian 316 lainnya; 904L dapat dibentuk dingin tetapi pemulihan dan pengerasan kerja harus diperhitungkan.
• Penyelesaian Permukaan
• Keduanya dapat dipoles, dipasivasi, dan diel elektropolish. 904L mungkin lebih menantang untuk diel elektropolish secara merata karena perbedaan paduan.

8. Aplikasi Tipikal

316Ti — Penggunaan Tipikal	904L — Penggunaan Tipikal
Komponen suhu tinggi di mana sensitisasi menjadi perhatian (misalnya, komponen furnace, penukar panas, tabung boiler dan superheater)	Peralatan pemrosesan kimia dalam lingkungan yang sangat korosif (misalnya, produksi asam sulfat, jalur pengasaman)
Pipa dan wadah proses yang mengalami siklus termal atau pengelasan di mana stabilisasi diperlukan	Peralatan penanganan air laut dan lepas pantai di mana risiko pitting dan korosi celah tinggi
Sistem knalpot, komponen turbocharger, dan perlengkapan furnace	Sistem desulfurisasi gas buang, penanganan asam, dan lingkungan dengan asam reduksi akibat penambahan Cu
Komponen tahan korosi tujuan umum di mana sifat keluarga 316 sudah memadai tetapi stabilitas terhadap sensitisasi diperlukan	Aplikasi integritas tinggi di mana umur layanan yang panjang dalam media kimia yang keras lebih penting daripada biaya material

Rasional pemilihan: - Pilih 316Ti di mana siklus termal atau fabrikasi dapat menyebabkan sensitisasi dan di mana ketahanan korosi standar 316 sudah memadai. - Pilih 904L di mana ketahanan pitting/korosi celah yang lebih tinggi dan ketahanan terhadap asam tertentu (terutama asam sulfat) diperlukan dan di mana biaya siklus hidup membenarkan biaya material yang lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: 904L jauh lebih mahal dibandingkan 316Ti berdasarkan per kilogram karena kandungan nikel dan molibdenum yang jauh lebih tinggi serta penambahan tembaga. Biaya material dapat mempengaruhi anggaran proyek untuk peralatan besar.
• Ketersediaan: 316Ti tersedia secara luas dalam pelat, lembaran, tabung, dan batang dari banyak pabrik dan distributor. 904L tersedia tetapi kurang umum; waktu tunggu yang lebih lama atau produksi pesanan khusus mungkin diperlukan untuk bagian besar atau bentuk kustom. Logam pengisi untuk pengelasan 904L juga lebih mahal dan mungkin memiliki ketersediaan terbatas di beberapa daerah.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Atribut	316Ti	904L
Kemampuan Las	Sangat baik; Ti mengurangi risiko sensitisasi di HAZ	Sangat baik; C rendah membantu, tetapi pemilihan pengisi penting
Kekuatan–Ketangguhan	Duktilitas dan ketangguhan yang baik; perilaku austenitik yang khas	Kekuatan sebanding atau sedikit lebih tinggi dalam beberapa bentuk; tangguh dan duktil
Kinerja Korosi	Ketahanan korosi umum dan lokal yang baik; distabilkan untuk paparan termal	Ketahanan korosi lokal yang superior (pitting/crevice) dan ketahanan terhadap asam reduksi
Biaya Relatif	Lebih rendah	Lebih tinggi

Kesimpulan dan panduan pemilihan: - Pilih 316Ti jika: - Kekhawatiran utama adalah mencegah sensitisasi setelah pengelasan atau paparan suhu menengah (misalnya, bagian tekanan yang dilas, komponen yang terpengaruh panas). - Ketahanan korosi kelas 316 standar (dengan Mo untuk pitting) sudah memadai untuk lingkungan layanan. - Anda memerlukan opsi yang lebih ekonomis dengan ketersediaan yang luas dan perilaku fabrikasi yang dapat diprediksi.

• Pilih 904L jika:
• Layanan mencakup lingkungan klorida yang sangat agresif, kondisi rentan celah atau pitting, atau asam reduksi (misalnya, asam sulfat), dan ketahanan korosi yang superior diperlukan.
• Umur layanan yang panjang dan pemeliharaan yang berkurang dalam lingkungan kimia agresif membenarkan biaya material dan fabrikasi yang lebih tinggi.
• Pengadaan dapat mengakomodasi bahan habis pakai paduan tinggi yang lebih mahal dan kemungkinan waktu tunggu.

Selalu verifikasi pemilihan material dengan data korosi spesifik lingkungan, persyaratan mekanis, kualifikasi prosedur pengelasan, dan analisis biaya siklus hidup. Untuk sistem kritis, lakukan pengujian korosi spesifik aplikasi atau konsultasikan dengan spesialis metalurgi dan sertifikasi pabrik sebelum spesifikasi akhir.