409 vs 430 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Memilih antara baja tahan karat 409 dan 430 adalah titik keputusan umum bagi insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur, terutama ketika menyeimbangkan ketahanan korosi, biaya, kemampuan dibentuk, dan kemampuan las. Konteks keputusan yang umum termasuk lingkungan pengoksidaan suhu tinggi (di mana 409 sering ditentukan) versus bagian yang memerlukan ketahanan korosi umum yang lebih baik dan penyelesaian permukaan (di mana 430 biasanya digunakan).
Perbedaan utama adalah bahwa 409 adalah baja tahan karat ferritik yang distabilkan kromium yang diformulasikan dan dipasarkan untuk ketahanan pengoksidaan suhu tinggi dan layanan yang hemat biaya (umumnya digunakan dalam sistem knalpot otomotif), sementara 430 adalah kelas ferritik dengan kromium lebih tinggi yang dioptimalkan untuk meningkatkan ketahanan korosi umum, penampilan permukaan, dan pembentukan dingin. Kedua kelas ini sering dibandingkan karena mereka menempati ceruk yang berdekatan: keduanya adalah baja tahan karat ferritik, tetapi keseimbangan paduan dan strategi stabilisasi mereka menghasilkan perilaku mekanik dan korosi yang berbeda.
1. Standar dan Penunjukan
Standar utama yang mencakup kelas ini: - ASTM/ASME: Tipe 409 dan Tipe 430 (ASTM A240, A666, dll. untuk lembaran/strip; standar produk lainnya untuk pipa dan produk las). - EN: Penunjukan ferritik stainless yang setara muncul dalam standar EN untuk kimia yang serupa (tetapi pemetaan langsung 1:1 bervariasi). - JIS/GB: Standar nasional Jepang dan Cina memiliki padanan yang dekat; nomor bagian spesifik berbeda berdasarkan bentuk produk dan stabilisasi. - UNS: 409 ~ UNS S40900 (dan varian yang distabilkan seperti S40910 untuk yang distabilkan Ti), 430 ~ UNS S43000.
Klasifikasi: - Baik 409 maupun 430 adalah baja tahan karat (kelompok ferritik). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | 409 yang khas (ferritik, distabilkan Ti) | 430 yang khas (ferritik) |
|---|---|---|
| C | ≤ ~0.08 wt% | ≤ ~0.12 wt% |
| Mn | ≤ ~1.0 wt% | ≤ ~1.0 wt% |
| Si | ≤ ~1.0 wt% | ≤ ~1.0 wt% |
| P | ≤ ~0.04 wt% | ≤ ~0.04 wt% |
| S | ≤ ~0.03 wt% | ≤ ~0.03 wt% |
| Cr | ~10.5–11.75 wt% | ~16–18 wt% |
| Ni | ≈ jejak (biasanya <0.5 wt%) | ≤ ~0.75 wt% |
| Mo | tidak ada/signifikan | tidak ada/signifikan |
| V | biasanya tidak ada | biasanya tidak ada |
| Nb | tidak khas | tidak khas |
| Ti | digunakan untuk stabilisasi (misalnya, 0.2–0.6 wt%) | jejak jika ada |
| B | jejak | jejak |
| N | rendah (jejak) | rendah (jejak) |
Catatan: - 409 secara sengaja distabilkan dengan titanium (atau dalam beberapa varian oleh niobium) untuk mengikat karbon dan mencegah presipitasi karbida kromium selama layanan dan pengelasan; ini mengurangi sensitisasi dan meningkatkan ketahanan pengoksidaan suhu tinggi. - 430 menggunakan kromium lebih tinggi untuk meningkatkan ketahanan korosi umum dan ketahanan pengelupasan, tetapi tidak distabilkan.
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kandungan kromium adalah penggerak utama pembentukan film pasif dan ketahanan pengoksidaan; Cr yang lebih tinggi (430) menghasilkan ketahanan korosi umum yang lebih baik pada kondisi ambient. - Stabilisasi titanium pada 409 mencegah pembentukan karbida kromium batas butir selama siklus termal (penting dalam sistem knalpot dan rakitan las). - Kandungan nikel yang rendah dan tidak adanya molibdenum membuat kedua kelas ini kurang tahan terhadap pitting dan serangan klorida dibandingkan dengan stainless austenitik atau yang mengandung Mo.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - Baik 409 maupun 430 adalah ferritik dalam kondisi annealed (kubah berpusat tubuh, BCC) pada suhu kamar. Mereka tidak berubah menjadi austenit saat mendingin seperti kelas austenitik. - 409 yang distabilkan dengan Ti menunjukkan presipitasi karbida batas butir yang berkurang setelah paparan suhu tinggi karena Ti membentuk TiC/TiN yang stabil alih-alih karbida Cr.
Respons perlakuan panas: - Baja tahan karat ferritik tidak dapat dikeraskan dengan pendinginan seperti baja martensitik atau beberapa baja paduan. Sifat mekanik terutama disesuaikan melalui pengerjaan dingin dan kontrol ukuran butir. - Normalisasi/annealing: Annealing pada suhu yang sesuai mengembalikan duktilitas dan melarutkan presipitat yang tidak diinginkan; untuk 409, perhatian diambil untuk mempertahankan presipitat yang menstabilkan. - Pendinginan & tempering: Tidak berlaku sebagai jalur penguatan untuk kelas ferritik ini. - Pemrosesan termo-mekanis: Reduksi dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan; penggulungan dan annealing yang terkontrol dapat memperhalus ukuran butir untuk mengoptimalkan ketangguhan dan kemampuan dibentuk.
Konsekuensi praktis: - Kimia penstabil 409 meningkatkan kinerja setelah siklus termal berulang dan pengelasan, meminimalkan sensitisasi. - 430 stabil dan dapat diprediksi dalam kondisi annealed dan dikerjakan dingin tetapi dapat menunjukkan pertumbuhan butir di HAZ selama pengelasan, yang mempengaruhi ketangguhan.
4. Sifat Mekanik
| Sifat | 409 yang khas (annealed/rentang) | 430 yang khas (annealed/rentang) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedang; rentang khas tergantung pada pengerjaan dingin (misalnya, beberapa ratus MPa) | Umumnya lebih tinggi daripada 409 dalam keadaan annealed dan dikerjakan dingin |
| Kekuatan luluh | Sedang; meningkat dengan pengerjaan dingin | Kekuatan luluh lebih tinggi dibandingkan dengan 409 pada pemrosesan yang sebanding |
| Peregangan (%) | Duktilitas yang baik dalam kondisi annealed; menurun dengan pengerjaan dingin | Duktilitas yang baik tetapi biasanya sedikit lebih rendah daripada 409 dalam kondisi yang setara |
| Ketangguhan impak | Wajar pada suhu ambient dan suhu tinggi untuk layanan siklik suhu tinggi (manfaat dari stabilisasi) | Bervariasi — dapat lebih rendah dari 409 pada bagian tebal atau HAZ karena pertumbuhan butir |
| Kekerasan | Lebih rendah dalam keadaan annealed; meningkat dengan pengerjaan dingin | Kekerasan sedikit lebih tinggi dalam keadaan annealed; merespons dengan baik terhadap pengerasan kerja |
Interpretasi: - 430 biasanya menunjukkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi daripada 409 untuk tingkat pemrosesan yang sama karena kandungan Cr yang lebih tinggi dan kandungan penstabil yang lebih rendah, tetapi 409 mungkin menunjukkan ketangguhan yang lebih baik dalam layanan yang mengalami siklus termal karena stabilisasi Ti dan perilaku mikrostruktural. - Nilai yang tepat tergantung pada proses dan bentuk produk; insinyur harus menentukan kondisi (annealed, cold-rolled, dll.) dan berkonsultasi dengan sertifikat pabrik untuk pengadaan.
5. Kemampuan Las
Pertimbangan kemampuan las untuk baja tahan karat ferritik berfokus pada ekuivalen karbon dan kecenderungan untuk pertumbuhan butir dan kerapuhan di zona yang terpengaruh panas (HAZ).
Rumus ekuivalen karbon yang berguna: - Ekuivalen karbon IIW (indikator kualitatif): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (prediktor 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: - Baik 409 maupun 430 memiliki kandungan karbon yang relatif rendah dan paduan rendah dibandingkan dengan kelas martensitik, yang umumnya memberikan kemampuan las busur yang baik. Stabilisasi pada 409 (Ti) mengurangi risiko sensitisasi dan korosi intergranular setelah pengelasan. - 409 mendapatkan manfaat dari stabilisasi Ti: lebih sedikit presipitat karbida kromium yang terbentuk selama pendinginan, meningkatkan ketahanan korosi di dekat las. - 430 dapat dilas dengan prosedur standar, tetapi karena kandungan kromium yang lebih tinggi dan kecenderungan pertumbuhan butir HAZ, pelunakan atau kerapuhan pasca-las dapat terjadi; pemanasan awal dan kontrol input panas mungkin diperlukan untuk bagian tebal. - Kedua kelas umumnya memerlukan bahan habis pakai rendah-hidrogen dan perhatian terhadap kontrol distorsi; pemilihan pengisi harus mempertimbangkan kebutuhan korosi dan sifat mekanik.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- PREN terutama digunakan untuk baja tahan karat austenitik dan duplex dengan kandungan Mo dan N dan tidak terlalu informatif untuk paduan ferritik Mo-rendah, tetapi rumusnya adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk 409 dan 430, Mo dan N dapat diabaikan; oleh karena itu PREN berkurang menjadi kandungan Cr dan akan lebih tinggi untuk 430.
Perilaku korosi praktis: - 430 (kromium lebih tinggi) memberikan ketahanan korosi umum yang lebih baik di lingkungan ringan (kondisi atmosfer, sedikit asam atau basa) dibandingkan 409. - 409 diformulasikan untuk ketahanan pengoksidaan suhu tinggi (misalnya, gas buang) di mana stabilisasi titanium dan pembentukan oksida pelindung lebih penting daripada ketahanan klorida ambient. - Baik 409 maupun 430 tidak memberikan ketahanan pitting klorida dari austenitik yang mengandung Mo (misalnya, 316). Untuk lingkungan kaya klorida atau laut, keluarga baja tahan karat lainnya disarankan.
Opsi perlindungan permukaan: - Karena keduanya adalah stainless, galvanisasi biasanya tidak diperlukan dan seringkali tidak praktis; untuk situasi di mana perlindungan tambahan diperlukan (misalnya, untuk mencegah noda permukaan atau untuk meningkatkan emisivitas pada suhu tinggi), pelapisan seperti aluminizing, pengecatan, atau keramik/oksida dapat diterapkan. - Untuk lingkungan korosif yang parah, pelapisan atau pemilihan kelas stainless paduan lebih tinggi disarankan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk
- Kemampuan dibentuk: Kedua kelas dapat dibentuk dengan baik dalam kondisi annealed. 409 sering dipilih untuk penempaan otomotif dan penarikan dalam karena stabilisasinya meningkatkan duktilitas selama paparan suhu tinggi dan mengurangi retak tepi. 430 dapat dibentuk tetapi mungkin menunjukkan lebih banyak pemulihan dan memerlukan alat dan pelumasan yang dioptimalkan.
- Kemampuan mesin: Baja tahan karat ferritik lebih mudah diproses dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik dalam banyak kasus (lebih sedikit pengerasan kerja). 430, yang memiliki kekuatan lebih tinggi, dapat sedikit lebih sulit untuk diproses dibandingkan 409, tetapi keduanya merespons dengan baik terhadap praktik pemesinan standar dengan alat dan kecepatan yang sesuai.
- Penyelesaian dan perlakuan permukaan: 430 menerima hasil akhir dan penyelesaian dekoratif dengan baik (digunakan dalam peralatan). 409 memiliki hasil akhir yang lebih kusam dan sering digunakan di mana penampilan dekoratif tidak kritis (misalnya, komponen knalpot).
8. Aplikasi Umum
| 409 (penggunaan umum) | 430 (penggunaan umum) |
|---|---|
| Komponen knalpot otomotif (peredam, pipa ekor, manifold) | P panel peralatan (pelapis oven, tudung kompor), trim dekoratif |
| Pipa buang dan cangkang konverter katalitik | Trim internal arsitektur, panel lift |
| Lingkungan pengoksidaan suhu tinggi di mana biaya penting | Komponen HVAC, bagian yang diproduksi panas dan dingin |
| Penukar panas tahan korosi biaya rendah, ducting | Backing peralatan makan, backing peralatan makan dengan korosi sedang |
| Perapian industri, pelindung panas di atmosfer korosif ringan | Trim interior otomotif, beberapa trim eksterior di mana korosi sedang |
Rasional pemilihan: - Pilih 409 di mana ketahanan pengoksidaan suhu tinggi, stabilitas siklus termal, dan biaya adalah penggerak utama (misalnya, sistem knalpot otomotif yang diproduksi massal). - Pilih 430 di mana penyelesaian permukaan, ketahanan korosi ambient yang lebih tinggi, dan penampilan penting dan di mana kandungan Cr yang lebih tinggi memberikan perlindungan yang dibutuhkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 409 biasanya lebih murah daripada 430 berdasarkan berat karena kandungan kromium yang jauh lebih rendah dan nikel minimal. 430, dengan Cr yang lebih tinggi (dan kontrol kimia yang sedikit lebih ketat untuk penggunaan dekoratif), memerintahkan harga yang lebih tinggi.
- Ketersediaan: Keduanya adalah baja tahan karat ferritik komoditas yang tersedia dalam gulungan, lembaran, strip, dan pipa. 409 tersedia secara luas dalam gulungan dan strip untuk manufaktur knalpot OEM. 430 tersedia secara luas untuk aplikasi peralatan, arsitektur, dan dekoratif.
- Waktu tunggu: bentuk produk (gulungan vs pelat vs pipa), penyelesaian permukaan yang diperlukan, dan produksi pabrik regional mempengaruhi ketersediaan; 409 dan 430 umumnya didukung dengan baik di pasar global.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | 409 | 430 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Baik (stabilisasi Ti meningkatkan ketahanan korosi pasca-las) | Baik dengan kontrol (pertumbuhan butir HAZ dapat mengurangi ketangguhan) |
| Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang; stabilitas/kekakuan suhu tinggi yang baik | Kekuatan yang lebih tinggi setelah diproses; ketangguhan tergantung pada bagian dan HAZ |
| Biaya | Lebih rendah (lebih ekonomis untuk bagian knalpot volume tinggi) | Lebih tinggi (ketahanan korosi dan penyelesaian yang lebih baik) |
Rekomendasi penutup: - Pilih 409 jika Anda memerlukan baja tahan karat ferritik yang ekonomis yang dioptimalkan untuk ketahanan pengoksidaan suhu tinggi dan siklus termal berulang (misalnya, sistem knalpot otomotif dan ducting suhu tinggi), terutama di mana ketahanan korosi pasca-las penting dan penyelesaian kosmetik bukan prioritas. - Pilih 430 jika Anda memerlukan ketahanan korosi ambient yang lebih baik, penampilan permukaan yang lebih halus, dan kekuatan lebih tinggi pada bagian yang dibentuk dingin atau dekoratif (misalnya, peralatan rumah tangga, panel interior arsitektur, dan aplikasi di mana hasil akhir yang dipoles atau disikat diperlukan).
Jika lingkungan korosi atau persyaratan mekanis mendekati batas salah satu kelas (misalnya, paparan klorida, risiko korosi tegangan yang meningkat, atau beban struktural berat), evaluasi baja tahan karat paduan lebih tinggi (austenitik atau duplex) atau perlakuan permukaan tertentu. Untuk pengadaan, selalu tentukan bentuk produk yang diperlukan, pemrosesan pasca (annealed, direndam, annealed dan direndam), penyelesaian permukaan, dan sertifikasi sifat mekanik untuk memastikan pasokan yang sesuai untuk tujuan.