321 vs 347 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Type 321 dan Type 347 adalah dua jenis baja tahan karat austenitik yang distabilkan yang umum digunakan di mana kombinasi ketahanan terhadap korosi, kemampuan pengelasan, dan stabilitas suhu tinggi diperlukan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali memutuskan antara keduanya saat menyeimbangkan kinerja korosi, perilaku fabrikasi, dan biaya siklus hidup — misalnya, memilih antara ketahanan yang lebih baik terhadap serangan intergranular setelah pengelasan dibandingkan dengan biaya material yang sedikit lebih rendah atau ketersediaan.
Perbedaan metalurgi inti adalah bahwa 321 distabilkan terutama oleh penambahan titanium sementara 347 distabilkan oleh niobium (kolumbium) — masing-masing membentuk presipitat karbonitrida yang stabil yang mengurangi pembentukan karbida kromium selama paparan termal. Karena keduanya adalah baja tahan karat austenitik gaya 18–8, mereka sering dibandingkan untuk aplikasi seperti komponen knalpot, perangkat keras tungku, dan peralatan proses kimia di mana sensitisasi dan layanan suhu tinggi menjadi perhatian.
1. Standar dan Penunjukan
Standar dan penunjukan umum di mana 321 dan 347 muncul:
- ASTM/ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (plat, lembaran, dan strip baja tahan karat)
- EN: Seri EN 10088 (standar baja tahan karat Eropa)
- JIS: JIS G4303 / G4311 (baja tahan karat Jepang) — terdapat ekuivalen tetapi periksa pemetaan grade spesifik
- GB: Standar GB/T Cina (grade yang sebanding ada; verifikasi kimia dan penunjukan)
- UNS: UNS S32100 (Type 321), UNS S34700 (Type 347)
Klasifikasi: baik 321 maupun 347 adalah baja tahan karat austenitik (tahan karat), bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA. Mereka adalah grade baja tahan karat austenitik yang distabilkan yang dimaksudkan untuk membatasi sensitisasi dan korosi intergranular.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut menunjukkan elemen komposisi tipikal dan rentang kontrol umum untuk Type 321 dan 347 dalam varian komersial standar mereka. Nilai yang ditunjukkan adalah rentang representatif yang ditemukan dalam standar umum (misalnya, ASTM A240, spesifikasi EN); batas komposisi yang tepat harus diperiksa pada sertifikat pabrik untuk panas tertentu.
| Elemen | Type 321 (rentang tipikal) | Type 347 (rentang tipikal) |
|---|---|---|
| C (wt%) | ≤ 0.08 | ≤ 0.08 |
| Mn (wt%) | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si (wt%) | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P (wt%) | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S (wt%) | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr (wt%) | 17–19 | 17–19 |
| Ni (wt%) | 9–13 | 9–13 |
| Mo (wt%) | — / jejak | — / jejak |
| V (wt%) | — / jejak | — / jejak |
| Nb (wt%) | biasanya ≤ 0.10 (mungkin mengandung jejak) | biasanya 0.8–1.25 |
| Ti (wt%) | biasanya 0.5–1.0 (setidaknya ~5×C) | biasanya ≤ 0.10 (mungkin mengandung jejak) |
| B (wt%) | jejak jika ada | jejak jika ada |
| N (wt%) | jumlah kecil (≤ 0.1) | jumlah kecil (≤ 0.1) |
Bagaimana strategi paduan bekerja: - Cr dan Ni menghasilkan matriks baja tahan karat austenitik dasar, memberikan ketahanan terhadap korosi dan duktilitas. - Titanium atau niobium secara preferensial bergabung dengan karbon dan nitrogen untuk membentuk partikel karbida/nitrida yang stabil (TiC/TiN atau NbC/Nb(C,N)), mencegah presipitasi karbida kromium di batas butir selama siklus termal (sensitisasi). - Batas karbon rendah juga mengurangi jumlah karbida kromium yang dapat terbentuk; stabilisator bertindak sebagai margin keamanan, yang sangat penting selama pengelasan atau paparan berkepanjangan dalam rentang sensitisasi (~450–850°C).
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - Kedua grade sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi annealed larutan. - Elemen stabilisasi membentuk karbonitrida titanium atau niobium yang terdispersi halus. Distribusi dan ukuran mereka tergantung pada praktik peleburan, pengerjaan panas, dan sejarah termal. - Jika kandungan stabilisator tidak mencukupi relatif terhadap karbon, karbida kromium dapat mengendap di batas butir selama paparan suhu yang sensitif, mengurangi ketahanan terhadap korosi intergranular.
Respons perlakuan panas dan pemrosesan: - Annealing larutan: suhu anneal larutan tipikal untuk baja tahan karat austenitik berkisar antara sekitar 1010°C hingga 1120°C diikuti dengan pendinginan cepat (air atau udara) untuk mempertahankan struktur austenitik yang homogen. Baik 321 maupun 347 biasanya disuplai dalam keadaan annealed. - Tempering/penyusutan: tidak seperti baja ferritik atau martensitik, siklus quench-and-temper tradisional tidak berlaku untuk grade austenitik ini; mereka tidak bertransformasi secara martensitik dengan cara yang menguntungkan dari tempering. - Normalisasi: tidak umum digunakan untuk baja tahan karat austenitik. - Pemrosesan termo-mekanis: pengerjaan dingin (penggulungan, penarikan) meningkatkan kekuatan melalui pengerasan kerja dan mempengaruhi deformasi butir; anneal selanjutnya digunakan untuk mengembalikan duktilitas. - Efektivitas stabilisasi: karbonitrida niobium umumnya membentuk presipitat yang sangat stabil di seluruh rentang suhu yang luas dan dapat memberikan stabilisasi yang sangat baik untuk paparan suhu tinggi atau durasi yang lebih lama. Stabilisasi titanium efektif untuk banyak siklus fabrikasi/pengelasan umum tetapi memerlukan kontrol rasio Ti/C untuk menghindari pembentukan presipitat kasar.
4. Sifat Mekanis
Kedua grade menunjukkan sifat mekanis yang khas dari baja tahan karat austenitik 18–8 dalam kondisi annealed. Karena mereka adalah paduan yang saling terkait erat, rentang sifat mekanis mereka tumpang tindih secara substansial.
| Sifat (annealed, rentang tipikal) | Type 321 | Type 347 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | 500–700 (tipikal) | 500–700 (tipikal) |
| Kekuatan luluh, 0.2% (MPa) | 190–310 (tipikal) | 190–310 (tipikal) |
| Peregangan (%) | 40–60% | 40–60% |
| Kekerasan impak | Toughness tinggi pada suhu ruang; tidak ada persyaratan Charpy universal yang spesifik | Toughness tinggi pada suhu ruang; mirip dengan 321 |
| Kekerasan (annealed) | ~70–95 HRB (perkiraan) | ~70–95 HRB (perkiraan) |
Interpretasi: - Kekuatan mekanis pada dasarnya serupa dalam kondisi annealed karena tingkat Ni–Cr dasar sebanding. - Pengerasan kerja selama pembentukan akan meningkatkan kekuatan dan mengurangi duktilitas untuk kedua grade; kecenderungan untuk pengerasan kerja yang cepat adalah serupa. - Setiap perbedaan kecil dalam creep suhu tinggi atau kekuatan jangka panjang dapat berasal dari stabilitas dan distribusi presipitat karbida/nitrida yang berbeda (material yang distabilkan niobium dapat menunjukkan ketahanan creep yang lebih baik dalam beberapa aplikasi suhu tinggi jangka panjang).
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan umum: - Kedua grade dapat dilas dengan baik menggunakan prosedur pengelasan baja tahan karat austenitik standar (TIG, MIG, pengelasan resistensi) karena kandungan karbon yang rendah dan struktur austenitik yang tahan terhadap retak. - Stabilisasi mengurangi risiko korosi intergranular setelah pengelasan dengan mengikat karbon, menghilangkan kebutuhan untuk beberapa operasi annealing larutan pasca pengelasan dalam banyak kasus.
Indeks kemampuan pengelasan yang relevan: - Rumus setara karbon yang umum digunakan untuk menilai kemampuan pengerasan dan kecenderungan retak: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Rumus fosfor–mangan–kromium 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 kualitatif: - Kedua grade umumnya memiliki nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang rendah relatif terhadap baja martensitik, menunjukkan kemampuan pengelasan yang baik. - Kehadiran stabilisator (Ti atau Nb) mengurangi risiko sensitisasi pasca pengelasan; namun, presipitat stabilisator kasar atau rasio Ti/Nb yang tidak tepat dapat menciptakan heterogenitas lokal. Prosedur pengelasan harus tetap mengikuti praktik terbaik: kontrol input panas, pemilihan pengisi yang sesuai, dan, jika perlu, annealing larutan pasca pengelasan untuk layanan kritis yang parah. - 347 mungkin berkinerja lebih baik daripada 321 dalam beberapa paparan pengelasan jangka panjang atau suhu tinggi karena niobium membentuk presipitat yang lebih stabil pada suhu tertentu; namun, keduanya dianggap dapat dilas dan sering digunakan dalam rakitan yang dilas.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
Perilaku korosi: - Kedua grade tahan korosi dalam berbagai lingkungan yang khas untuk baja tahan karat austenitik 18–8. Strategi stabilisasi mereka secara khusus menargetkan ketahanan terhadap korosi intergranular setelah paparan termal (pengelasan atau pemanasan berkepanjangan dalam rentang sensitisasi). - Tidak ada grade yang secara signifikan lebih tahan terhadap korosi seragam dibandingkan yang lain dalam lingkungan akuatik atau atmosfer umum; perbedaan muncul dalam konteks suhu tinggi atau sensitisasi yang khusus.
Kapan menggunakan indeks korosi: - PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) berlaku untuk membandingkan ketahanan terhadap pitting (terutama relevan ketika Mo dan N signifikan): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Untuk 321 dan 347, Mo biasanya tidak ada atau hanya ada dalam jumlah jejak, dan N rendah, sehingga PREN bukan indeks diskriminatif antara kedua grade ini.
Perlindungan permukaan untuk konteks non-tahan karat: - Tidak berlaku di sini — keduanya adalah tahan karat. Untuk baja non-tahan karat, pilihan yang ada adalah galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
Catatan fabrikasi: - Kemudahan pemesinan: baja tahan karat austenitik, termasuk 321 dan 347, lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon karena pengerasan kerja yang tinggi dan konduktivitas termal yang rendah. Alat karbida, pengaturan kaku, dan umpan/kecepatan yang terkontrol disarankan. - Kemudahan pembentukan: kedua grade memiliki duktilitas yang baik dan dapat dibentuk, ditarik dalam-dalam, dan diputar; namun, mereka mengeras dengan cepat — annealing yang sering mungkin diperlukan untuk urutan deformasi berat. - Finishing permukaan: kerentanan terhadap galling dan keausan alat memerlukan perhatian; elektropolishing atau pasivasi meningkatkan ketahanan korosi setelah fabrikasi. - Bahan habis pakai pengelasan: paduan pengisi dengan kandungan nikel yang sama atau sedikit lebih tinggi biasanya digunakan; pilihan pengisi harus mempertimbangkan suhu layanan dan lingkungan korosi.
8. Aplikasi Tipikal
| Type 321 (penggunaan umum) | Type 347 (penggunaan umum) |
|---|---|
| Sistem knalpot pesawat dan otomotif | Peralatan proses kimia yang terpapar suhu kontinu yang lebih tinggi |
| Perangkat keras tungku, oven pemanggang, dan penukar panas di mana stabilitas las diperlukan | Wadah tekanan dan pipa dalam layanan suhu tinggi di mana paparan berkepanjangan pada suhu tinggi dapat terjadi |
| Komponen petrokimia, pengikat, dan pegas di mana stabilisasi terhadap sensitisasi diinginkan | Pipa boiler dan superheater, di mana stabilisasi niobium dapat membantu ketahanan creep jangka panjang |
| Peralatan pengolahan makanan di mana siklus termal dan pengelasan umum | Komponen tungku suhu tinggi dan fitting petrokimia dengan waktu tinggal yang lama pada suhu tinggi |
Rasional pemilihan: - Pilih berdasarkan faktor layanan yang dominan: jika pengelasan dan siklus termal sedang menjadi perhatian utama, keduanya berkinerja baik; jika creep jangka panjang atau paparan berkepanjangan pada suhu tinggi diharapkan, 347 yang distabilkan niobium dapat menawarkan keuntungan. Ketersediaan, bentuk (tabung, plat, koil), dan inventaris pemasok lokal juga mempengaruhi pemilihan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: kedua grade secara umum sebanding dalam harga karena kandungan Ni dan Cr dasar mereka serupa. Type 347 dapat sedikit lebih mahal di beberapa daerah karena kandungan niobium dan variasi pasar dari elemen paduan tersebut.
- Ketersediaan: keduanya tersedia secara luas dalam bentuk lembaran, plat, tabung, dan batang dari pabrik dan distributor baja tahan karat utama. Bentuk produk spesifik (misalnya, plat tebal atau ukuran tabung khusus) harus dikonfirmasi dengan pemasok; waktu pengiriman dapat bervariasi berdasarkan wilayah dan siklus pasar.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | Type 321 | Type 347 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Luar biasa; Stabilisasi Ti mengurangi risiko sensitisasi | Luar biasa; Stabilisasi Nb mengurangi risiko sensitisasi (sering lebih disukai untuk paparan pengelasan suhu tinggi) |
| Kekuatan–Toughness | Kekuatan austenitik tipikal dan toughness tinggi; mirip dengan 347 | Sebanding dengan 321; potensi keunggulan dalam stabilitas suhu tinggi jangka panjang |
| Biaya | Umumnya sedikit lebih rendah atau serupa | Sebanding; dapat sedikit lebih tinggi karena Nb |
Rekomendasi: - Pilih Type 321 jika: Anda membutuhkan baja tahan karat austenitik yang distabilkan yang telah terbukti untuk rakitan las dan siklus termal di mana stabilisasi titanium efektif; jika bentuk material dan inventaris pemasok mendukung 321; atau jika sensitivitas biaya dan layanan suhu tinggi konvensional (durasi sedang) adalah perhatian utama. - Pilih Type 347 jika: komponen akan mengalami paparan berkepanjangan pada suhu tinggi, di mana karbida yang distabilkan niobium memberikan stabilitas superior dan potensi ketahanan creep; jika sejarah pengelasan atau layanan menunjukkan waktu tinggal yang lama dalam rentang sensitisasi; atau jika spesifikasi meminta paduan yang distabilkan Nb untuk alasan kinerja.
Catatan penutup: Baik 321 maupun 347 adalah pilihan yang sangat baik di mana stabilisasi terhadap sensitisasi diperlukan. Keputusan biasanya bergantung pada profil termal spesifik (durasi dan suhu puncak), harapan creep suhu tinggi jangka panjang, dan logistik (ketersediaan bentuk produk dan biaya). Untuk aplikasi suhu tinggi jangka panjang atau kritis, konsultasikan data uji material dan sertifikat pemasok untuk lot tertentu, dan pertimbangkan evaluasi teknik (uji creep, percobaan paparan korosi, atau kualifikasi prosedur las) untuk memvalidasi grade yang dipilih untuk layanan yang dimaksud.