321 vs 347 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Tipe 321 dan Tipe 347 keduanya adalah baja tahan karat austenitik kromium-nikel yang banyak digunakan dalam sistem rekayasa di mana dibutuhkan ketahanan korosi, kemampuan dibentuk, dan stabilitas pada suhu tinggi. Para engineer, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali memilih di antara keduanya dengan mempertimbangkan keseimbangan antara performa korosi, perilaku fabrikasi, stabilitas jangka panjang pada suhu tinggi, dan biaya.

Perbedaan teknis utama antara kedua grade ini adalah pilihan elemen penstabil karbida: Tipe 321 distabilkan dengan titanium (Ti), sedangkan Tipe 347 distabilkan dengan niobium (kolumbium, Nb). Perbedaan ini mengendalikan bagaimana masing-masing grade menolak presipitasi karbida kromium (sensitisasi) selama pengelasan atau penggunaan pada suhu 450–850 °C, dan memengaruhi stabilitas jangka panjang, terutama untuk aplikasi suhu tinggi atau siklik.

1. Standar dan Penunjukan

• ASTM/ASME: A240 / SA-240 (umum untuk plat dan lembaran).
• UNS: 321 = UNS S32100; 347 = UNS S34700.
• EN: Tersedia ekuivalen 321 / 347, tapi cek nomor EN (misalnya EN 1.4541 untuk 321 kadang-kadang, periksa cross-reference terkini).
• JIS / GB: Standar Jepang dan Cina memiliki baja austenitik stabil serupa; periksa tabel cross-reference lokal untuk penunjukan yang tepat.

Klasifikasi: Baik 321 maupun 347 adalah baja tahan karat (austenitik, non-magnetik dalam kondisi telah dilebur). Mereka bukan baja karbon, baja alat karbon paduan, atau baja HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel — Rentang komposisi nominal umum (persen berat). Nilai menunjukkan bahan annealed dengan spesifikasi komersial; konsultasikan standar spesifik atau sertifikat pabrik pemasok untuk batas tepat.

Catatan: - 321 menggunakan penambahan titanium yang disesuaikan terhadap karbon untuk mengikat C sebagai TiC/Ti(C,N) guna mencegah pembentukan Cr23C6. Standar biasanya mengharuskan Ti ≥ 5 × C sampai batas praktis maksimal. - 347 menggunakan niobium (sering dengan sedikit tantalum sebagai impuritas alami) untuk membentuk NbC/Nb(C,N) dengan tujuan yang sama. Batasan spesifikasi dan kandungan Nb bervariasi tergantung standar dan bentuk produk. - Kedua grade tidak biasanya mengandung molibdenum signifikan; mereka bukan keluarga duplex atau super-austenitik yang mengandung Mo.

Pengaruh paduan terhadap sifat: - Kromium memberikan ketahanan korosi dengan membentuk film pasif. - Nikel menstabilkan fasa austenitik dan meningkatkan ketangguhan dan kemampuan bentuk. - Titanium atau niobium mencegah sensitisasi dengan membentuk karbida dan karbonitrida stabil, melindungi kromium agar tidak membentuk karbida Cr pada batas butir selama pemaparan suhu yang menyebabkan sensitisasi. - Penambahan nitrogen kecil meningkatkan kekuatan melalui pengerasan interstisial.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur (annealed): Kedua grade sepenuhnya austenitik dengan matriks kubik sentral muka (FCC). Karbida/nitrida penstabil (TiC/TiN pada 321, NbC/Nb(C,N) pada 347) hadir secara umum sebagai presipitat halus yang tersebar di batas butir dan dalam butir.
• Ketahanan terhadap sensitisasi: Penstabil membentuk karbida secara prioritas sehingga mencegah zona kromium terdeplesi pada batas butir dan melindungi terhadap korosi intergranular setelah pemaparan suhu 450–850 °C.
• Respons perlakuan panas:
• Anneal (tipikal): Solution annealing pada ~1010–1150 °C diikuti pendinginan cepat untuk mempertahankan struktur austenitik dan melarutkan presipitat yang tidak diinginkan.
• Normalizing/Quenching & Tempering: Bukan jalur standar untuk baja tahan karat austenitik—mereka tidak mengeras dengan quench dan temper seperti baja martensitik. Proses termomekanik memengaruhi ukuran butir dan tekstur, tetapi stabilisasi kimia lebih dominan dalam pengendalian perilaku suhu tinggi.
• Layanan suhu tinggi: Pada paparan panjang dengan suhu tinggi, 321 yang distabilkan titanium dapat membentuk presipitat kompleks kaya Ti dan jika rasio Ti/C tidak memadai atau paparan lama terjadi, dapat berkembang presipitasi karbida kromium sekunder. 347 yang distabilkan niobium cenderung mempertahankan kekuatan dan menolak deplesi kromium pada batas butir lebih baik selama pemakaian suhu tinggi berkepanjangan, dan itulah mengapa 347 (serta varian 347H dengan karbon lebih tinggi) sering dispesifikasikan untuk operasi suhu tinggi jangka panjang.

4. Sifat Mekanik

Tabel — Rentang sifat mekanik tipikal untuk material annealed pada suhu ruang (indikatif; bentuk produk dan spesifikasi menentukan nilai jaminan).

Interpretasi: - Dalam kondisi annealed pada suhu ruang, sifat mekanik 321 dan 347 sangat mirip. Elemen penstabil hanya memiliki pengaruh kecil pada kekuatan tarik/luluh dan keuletan statis di kondisi ambient. - Pada suhu tinggi dan paparan jangka panjang, 347 (yang distabilkan niobium) dapat menunjukkan retensi keuletan dan ketahanan creep lebih baik karena karbida niobium lebih stabil dan kurang cenderung membesar dalam kondisi tertentu dibanding presipitat titanium—ini sangat relevan untuk layanan suhu tinggi jangka panjang dan paparan termal siklik.

5. Kemampuan Las

• Kedua 321 dan 347 memiliki kemampuan las yang baik khas baja tahan karat austenitik: kandungan karbon rendah dan keberadaan penstabil mengurangi risiko serangan intergranular setelah pengelasan.
• Pertimbangan penting dalam pengelasan:
• Pemilihan kawat pengisi dan prosedur las yang tepat sangat penting untuk menghindari retak panas dan mengontrol delta-ferit bila diperlukan.
• Annealing pasca las biasanya tidak diperlukan hanya untuk menghindari korosi intergranular, asalkan rasio penstabil terhadap karbon dan kontrol proses benar.
• Indeks las penting (contoh — gunakan secara kualitatif):
• Carbon equivalent (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Chromium equivalent (Pcm) — estimasi kerentanan retak pengelasan: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretasi kualitatif:
• Keduanya memiliki nilai baik untuk pengelasan fusi umum karena kandungan karbon rendah dan stabilisasi. Niobium pada 347 muncul di suku $P_{cm}$; meskipun berkontribusi pada resistensi sensitisasi, dapat sedikit memengaruhi perilaku solidifikasi las. Dalam praktiknya, perbedaan kemampuan las kecil; pemilihan kawat pengisi yang sesuai (sering menggunakan kawat dari keluarga 308/309 sesuai spesifikasi) dan kontrol input panas lebih berpengaruh daripada pilihan Ti vs Nb.
• Untuk pengelasan perbaikan atau fabrikasi dengan siklus termal berulang, 347 dapat dipilih saat stabilitas karbida penstabil jangka panjang kritis.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Korosi umum: Kedua grade membentuk film pasif kaya kromium dan menunjukkan ketahanan korosi serupa dengan 304 dalam banyak lingkungan. Karena tidak mengandung Mo, ketahanan terhadap pitting di lingkungan klorida tidak setinggi grade yang mengandung Mo.
• Korosi intergranular: Keduanya distabilkan terhadap sensitisasi oleh stabilizer masing-masing; namun, kadar stabilizer yang tepat relatif terhadap kandungan karbon dan pengendalian proses diperlukan.
• Penggunaan PREN: Pitting Resistance Equivalent Number umum digunakan di mana Mo dan N memberikan ketahanan terhadap pitting: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Untuk 321 dan 347 (Mo ~ 0), PREN terutama dipengaruhi oleh Cr dan N sehingga nilainya sedang; PREN memiliki nilai terbatas untuk membedakan kedua grade ini karena keduanya tidak mengandung Mo.
• Perlindungan permukaan untuk baja bukan tahan karat: Tidak berlaku di sini — keduanya adalah baja tahan karat. Namun, apabila perlindungan tambahan diperlukan (penggunaan dalam lingkungan klorida, air laut), pertimbangkan baja tahan karat yang mengandung Mo atau baja tahan karat duplex atau pelapis.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk

• Kemampuan mesin: Baja tahan karat austenitik mengeras dengan cepat saat dikerjakan; 321 dan 347 serupa dengan 304 dalam hal ini. Strategi pemesinan (pengaturan kaku, peralatan tajam, sudut rake positif tinggi, pendinginan berat) berlaku sama.
• 347 mungkin sedikit lebih sulit untuk dimesin jika kandungan Nb-karbida yang lebih tinggi meningkatkan keausan alat pada beberapa kecepatan potong, tetapi perbedaan ini kecil dalam praktik.
• Kemampuan bentuk: Keduanya menunjukkan kemampuan bentuk dingin dan karakteristik deep-drawing yang sangat baik dalam kondisi dianil. Perilaku springback dan pengerasan kerja keduanya sebanding.
• Hasil akhir permukaan dan pemolesan: Keduanya mudah dipoles dan menerima sebagian besar perlakuan permukaan; daerahLas yang dilas harus dipasifkan jika diperlukan ketahanan korosi yang lebih tinggi.

8. Aplikasi Tipikal

Tabel — Penggunaan tipikal setiap grade dan alasan pemilihannya.

Alasan pemilihan: - Pilih 321 jika paparan khas melibatkan lonjakan suhu tinggi sesekali atau singkat dan stabilisasi titanium efektif untuk siklus termal yang diharapkan. - Pilih 347 jika diperlukan paparan jangka panjang pada suhu tinggi atau layanan berkepanjangan dalam rentang suhu sensitisasi yang membutuhkan stabilitas karbida niobium (varian 347H dapat dipilih untuk ketahanan creep/kekuatan lebih tinggi pada suhu tinggi karena kandungan karbon lebih tinggi).

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: 347 biasanya sedikit lebih mahal dari 321 karena niobium merupakan elemen paduan yang lebih mahal dibanding titanium. Harga pasar berfluktuasi mengikuti harga bahan baku niobium.
• Ketersediaan: Kedua grade tersedia luas dalam bentuk lembaran, plat, pipa, dan batang dari pabrik utama. 321 secara historis sangat mudah didapat karena telah lama digunakan sebagai paduan umum di industri dirgantara dan industri. 347 dan 347H tersedia dengan baik tetapi ketersediaan pada bentuk produk tertentu atau temper khusus bisa lebih terbatas dan waktu tunggu sedikit lebih lama.
• Saran pengadaan: Tentukan grade UNS/ASTM dan bentuk produk secara tepat pada pesanan pembelian; jika waktu tunggu atau biaya kritis, konfirmasi stok pabrik atau pertimbangkan substitusi dengan persetujuan teknis.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel — Perbandingan cepat (kualitatif).

Kesimpulan: - Pilih Tipe 321 jika membutuhkan baja tahan karat austenitik yang distabilkan dengan ketahanan korosi umum yang sangat baik, kemampuan las yang baik, dan sensitivitas biaya saat layanan termasuk siklus termal atau paparan suhu tinggi durasi singkat. 321 merupakan pilihan umum untuk bagian tungku, sambungan ekspansi, dan aplikasi dimana stabilisasi titanium cukup efektif. - Pilih Tipe 347 jika aplikasi melibatkan paparan lama pada suhu tinggi, layanan berkepanjangan dekat rentang sensitisasi, atau membutuhkan kestabilan creep dan batas butir jangka panjang. 347 (atau 347H untuk kekuatan lebih tinggi pada suhu) lebih disukai ketika stabilitas karbida niobium memberikan keuntungan siklus hidup yang signifikan walaupun dengan biaya sedikit lebih mahal.

Catatan praktis terakhir: Selalu tinjau batasan ASTM/UNS/EN spesifik dan minta sertifikat pabrik untuk proyek kritikal. Untuk lingkungan suhu tinggi atau korosif yang kritikal, lakukan pengujian korosi spesifik aplikasi dan konsultasikan dengan ahli metalurgi untuk memvalidasi pemilihan grade serta prosedur pengelasan/fabrikasi.