420 vs 430 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur dan tim pengadaan sering menghadapi trade-off antara kemampuan pengerasan/ketahanan aus dan ketahanan korosi saat memilih baja tahan karat untuk komponen seperti pengikat, bilah, bagian katup, dan panel peralatan. Pilihan antara grade 420 dan grade 430 biasanya berfokus pada apakah bagian tersebut memerlukan kekerasan yang dapat dipanaskan (dan karena itu kekuatan/ketahanan aus yang lebih tinggi) atau ketahanan korosi umum yang lebih baik dengan kemampuan pembentukan yang baik dengan biaya lebih rendah.
Perbedaan praktis yang mendasar adalah bahwa satu grade diformulasikan untuk dapat dipanaskan hingga kekerasan dan kekuatan tinggi (melalui transformasi martensitik saat didinginkan), sementara yang lainnya adalah paduan ferritik yang tetap pada dasarnya tidak mengeras oleh perlakuan pendinginan standar dan menawarkan ketahanan korosi umum yang lebih baik dan kemampuan pembentukan. Perbedaan itu mendorong sebagian besar keputusan hilir dalam desain, fabrikasi, dan pengadaan.
1. Standar dan Penunjukan
Kedua grade biasanya ditentukan dalam standar baja tahan karat internasional. Standar dan penunjukan yang umum Anda temui meliputi:
- ASTM / ASME: cakupan umum dalam spesifikasi batang, lembaran, dan pengikat stainless (misalnya, keluarga A276/A240 — periksa setiap spesifikasi untuk daftar grade).
- EN (Eropa): deskriptor yang sering dikutip untuk baja tahan karat ferritik dan martensitik.
- JIS (Standar Industri Jepang): nomenklatur SUS420, SUS430 umum dalam material yang bersumber dari Jepang.
- GB (standar Cina): ekuivalen lokal dan nama grade tersedia untuk kedua jenis stainless.
Klasifikasi: - 420: baja tahan karat martensitik (baja tahan karat yang dapat dipanaskan). - 430: baja tahan karat ferritik (tidak mengeras, baja tahan karat ferritik kromium).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah perbandingan singkat rentang komposisi tipikal yang digunakan untuk membedakan kedua grade. Batasan aktual tergantung pada standar spesifik atau varian produk; selalu periksa sertifikat pabrik.
| Elemen | Rentang tipikal — 420 (wt%) | Rentang tipikal — 430 (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.15 – 0.40 | ≤ 0.12 |
| Mn | ≤ 1.00 | ≤ 1.00 |
| Si | ≤ 1.00 | ≤ 1.00 |
| P | ≤ 0.04 | ≤ 0.04 |
| S | ≤ 0.03 – 0.04 | ≤ 0.03 |
| Cr | 12.0 – 14.0 | 16.0 – 18.0 |
| Ni | ≤ 1.00 | ≤ 0.75 |
| Mo | Biasanya tidak ada | Biasanya tidak ada |
| V, Nb, Ti, B, N | Jejak/rendah, tergantung paduan | Jejak/rendah, tergantung paduan |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Karbon: karbon yang lebih tinggi dalam 420 memungkinkan pengerasan martensitik dan kekerasan tinggi setelah pendinginan dan temper; ini meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi ketahanan korosi dan kemampuan pengelasan. - Kromium: 430 memiliki kandungan kromium yang lebih tinggi, meningkatkan stabilitas film pasif dan ketahanan korosi umum dibandingkan 420 di banyak lingkungan. - Ni rendah: kedua grade rendah nikel (terutama 430), menjadikannya lebih ekonomis dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik tetapi membatasi ketangguhan suhu rendah dan ketahanan korosi dibandingkan dengan grade yang mengandung Ni. - Elemen lain: rendahnya Mo dan tidak adanya nitrogen dalam grade standar berarti tidak ada paduan yang dioptimalkan untuk lingkungan pitting yang agresif.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- 420: Dalam kondisi annealed, 420 biasanya mengandung ferrit plus karbida. Saat didinginkan dari suhu austenitizing, ia berubah menjadi martensit, memungkinkan peningkatan substansial dalam kekerasan dan kekuatan tarik. Tempering setelah pendinginan mengurangi kerapuhan dan menyesuaikan ketangguhan. Rute pemrosesan tipikal: anneal (kondisi lunak) untuk pemesinan, kemudian pengerasan (austenitizing, pendinginan) dan temper untuk kekerasan/ketahanan aus yang diperlukan.
- 430: Mikrostruktur ferritik (kubus berpusat tubuh) pada suhu kamar dan melalui siklus termal praktis; pada dasarnya tidak dapat diubah menjadi martensit dengan pendinginan konvensional. Annealing larutan dan pelepasan stres digunakan untuk melunakkan dan memperhalus butiran, tetapi baja ferritik tidak mendapatkan kemampuan pengerasan melalui pendinginan dan temper. Paparan suhu tinggi yang berlebihan dapat memperbesar butiran, mengurangi ketangguhan dan kinerja pengelasan.
Efek pemrosesan: - Normalisasi/annealing: keduanya dapat di-anneal untuk mengurangi stres; 420 sering di-anneal sebelum pemesinan. - Pendinginan & temper: efektif untuk 420 untuk mencapai kekerasan/ketahanan aus yang tinggi; tidak efektif untuk 430. - Rute termo-mekanis: kerja dingin meningkatkan kekuatan di kedua grade (kerja pengerasan) tetapi lebih umum digunakan untuk menyesuaikan sifat di ferritik 430 di mana pengerasan panas tidak tersedia.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis bervariasi dengan bentuk produk (lembaran, batang, kawat) dan perlakuan panas. Alih-alih nilai tunggal, tabel di bawah ini membandingkan perilaku yang diharapkan dan harapan yang tergantung pada kondisi tipikal.
| Sifat | 420 (martensitik, dapat dipanaskan) | 430 (ferritik, tidak mengeras) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dapat ditingkatkan secara substansial dengan pendinginan & temper; sedang dalam kondisi annealed | Sedang dan relatif stabil di seluruh perlakuan panas; peningkatan terbatas dari perlakuan panas |
| Kekuatan Luluh | Meningkat dengan tempering/kekerasan; lebih tinggi dari 430 dalam kondisi yang dikeraskan | Kekuatan luluh sedang; meningkat terutama dengan kerja dingin |
| Peregangan / Duktibilitas | Lebih rendah dalam kondisi yang dikeraskan; duktibilitas yang lebih baik dalam keadaan annealed | Umumnya duktibilitas/keterbentukan yang lebih baik dibandingkan 420 yang dikeraskan |
| Ketangguhan Impak | Dapat rendah jika terlalu didinginkan atau tidak cukup di-temper | Ketangguhan yang lebih baik dipertahankan pada suhu kamar dibandingkan 420 yang sangat dikeraskan |
| Kekerasan | Dapat mencapai kekerasan tinggi (cocok untuk pisau, bagian aus) setelah pendinginan & temper | Kekerasan yang sedang dalam kondisi annealed atau kerja dingin; tidak cocok untuk bagian aus dengan kekerasan tinggi |
Catatan: Nilai numerik spesifik tergantung pada varian paduan yang tepat dan perlakuan panas. Konsultasikan lembar data pabrik dan lakukan pengujian penerimaan ketika kriteria kekuatan atau ketangguhan sangat penting.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan terutama dipengaruhi oleh ekuivalen karbon, elemen paduan, dan respons mikrostruktur terhadap siklus termal. Dua indeks umum yang digunakan untuk menilai risiko pengerasan atau retak adalah:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
dan
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi (kualitatif): - 420: Kandungan karbon yang lebih tinggi meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ relatif terhadap 430, sehingga pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, dan tempering pasca-las sering diperlukan untuk menghindari retak dingin yang disebabkan hidrogen dan mengurangi stres sisa. Pilihan logam pengisi harus menyeimbangkan ketahanan korosi dan sifat mekanis; kawat pengisi austenitik kadang-kadang digunakan untuk mengurangi risiko retak dengan mengorbankan kinerja korosi lokal dan ketidakcocokan mekanis. - 430: Karbon yang lebih rendah memberikan kemampuan pengelasan intrinsik yang lebih baik dibandingkan 420. Namun, baja ferritik dapat sensitif terhadap pertumbuhan butiran di zona yang terpengaruh panas, yang dapat mengurangi ketangguhan, dan terhadap kerapuhan jika terpapar pada siklus termal tertentu. Praktik umum menggunakan pengisi ferritik atau austenitik yang sesuai tergantung pada layanan dan persyaratan korosi.
Panduan praktis: kualifikasikan prosedur pengelasan dengan pemanasan awal/pascapemanasan yang relevan dan pemilihan pengisi; lakukan kontrol hidrogen dan PWHT jika diperlukan untuk pengelasan martensitik 420.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Untuk bagian yang digunakan dalam atmosfer yang sedikit korosif, kandungan kromium yang lebih tinggi pada 430 umumnya memberikan ketahanan korosi uniform yang lebih baik dibandingkan 420. Namun, tidak ada grade yang sekuat tahan korosi seperti grade austenitik umum (misalnya, 304/316).
- Untuk lingkungan yang rentan terhadap pitting atau korosi celah, baik 420 maupun 430 tidak ideal karena keduanya biasanya kekurangan kandungan Mo dan N yang signifikan untuk meningkatkan ketahanan korosi lokal. PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) sering digunakan untuk membandingkan ketahanan pitting:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Menafsirkan PREN: karena Mo dan N dapat diabaikan dalam 420/430 standar, PREN akan didorong hampir sepenuhnya oleh Cr dan tetap rendah dibandingkan dengan stainless yang mengandung Mo. Dengan demikian, PREN memiliki utilitas terbatas untuk grade ini kecuali untuk menyoroti ketahanan pitting yang rendah. - Skenario non-stainless: kedua grade dapat diperlakukan permukaan (pasivasi, elektro-pelapisan, pengecatan) untuk meningkatkan penampilan atau kinerja korosi lokal. Untuk baja non-stainless, galvanisasi atau pelapisan polimer adalah hal yang umum; untuk grade stainless ini, pembersihan dan pasivasi (asam nitrat atau asam sitrat) adalah hal yang umum.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: 420 (annealed) dapat diproses dengan baik; dalam kondisi yang dikeraskan, kemudahan pemesinan menurun. Varian 420 yang mengandung sulfur mungkin dioptimalkan untuk pemotongan bebas. 430 umumnya memiliki karakteristik pemesinan yang baik dalam bentuk annealed, meskipun ferritik dapat mengeras saat bekerja.
- Kemampuan pembentukan: 430 biasanya lebih unggul untuk pembentukan dan penarikan dalam (panel peralatan, trim) karena tetap duktile dan tidak memerlukan perlakuan panas pasca-pembentukan. 420 harus di-anneal sebelum pembentukan yang signifikan, dan pengerasan akhir dapat mendistorsi bagian.
- Penyelesaian permukaan: 420 dapat dipoles tinggi dan sering ditentukan untuk aplikasi alat makan dan bilah karena kemampuannya untuk dikeraskan dan dipoles. 430 digunakan di mana penyelesaian dekoratif dan permukaan yang disikat umum.
- Perlakuan panas dan kontrol dimensi: pendinginan 420 dapat memperkenalkan distorsi; desainer harus memperhitungkan pemesinan pasca-pengerasan atau stabilisasi.
8. Aplikasi Tipikal
| 420 — Penggunaan Tipikal | 430 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Peralatan makan, pisau, instrumen bedah (di mana kekerasan dan retensi tepi diperlukan) | Trim dekoratif, panel peralatan, interior oven, lembaran arsitektural |
| Komponen katup, poros, bagian pompa yang memerlukan kekerasan dan ketahanan aus | Trim otomotif, perangkat keras dekoratif, saluran drainase |
| Bagian bantalan dan elemen aus dalam lingkungan korosif ringan (ketika dikeraskan) | Penukar panas dan bagian lembaran yang dibuat dalam atmosfer korosif ringan |
| Alat dan cetakan di mana ketahanan korosi adalah sekunder dibandingkan dengan kinerja tepi/aus | Alternatif stainless biaya rendah untuk komponen yang terlihat dan dapat dibentuk |
Rasional pemilihan: - Pilih opsi martensitik, dapat dipanaskan ketika stabilitas dimensi setelah pengerasan, ketahanan aus, dan retensi tepi adalah prioritas dan paparan korosi terbatas atau dapat diminimalkan. - Pilih opsi ferritik ketika kemampuan pembentukan, penampilan permukaan, ketahanan korosi umum, dan biaya adalah perhatian utama.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 430 umumnya lebih murah dibandingkan 420 dalam bentuk lembaran dan gulungan komoditas karena komposisi dan penggunaan pasar untuk peralatan dan aplikasi arsitektural. 420 dapat lebih mahal ketika disuplai sebagai batang yang dikeraskan atau produk yang digiling presisi karena perlakuan panas dan penyelesaian tambahan.
- Ketersediaan: Kedua grade tersedia secara luas di seluruh dunia dalam bentuk lembaran, pelat, batang, dan kawat. Bentuk produk khusus (batang yang dikeraskan, di-temper, digiling presisi, atau penyelesaian permukaan tertentu) mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama untuk 420.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 420 | 430 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Baik hingga buruk tanpa kontrol (C tinggi) | Baik hingga cukup baik (C lebih rendah; perhatikan pertumbuhan butiran HAZ) |
| Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan tinggi dapat dicapai; trade-off ketangguhan jika terlalu dikeraskan | Kekuatan sedang; duktibilitas dan ketangguhan yang lebih baik dalam keadaan annealed |
| Biaya | Sedang hingga lebih tinggi (perlakuan panas khusus) | Umumnya lebih rendah (ferritik komoditas) |
Kesimpulan: - Pilih 420 jika Anda memerlukan komponen yang dapat dipanaskan hingga kekerasan tinggi dan ketahanan aus (misalnya, bilah, bagian aus, poros yang dikeraskan), dan Anda dapat mengakomodasi perlakuan panas pra/pascapengelasan, prosedur pengelasan yang hati-hati, dan ketahanan korosi yang lebih rendah. - Pilih 430 jika Anda memerlukan material stainless yang ekonomis dengan kemampuan pembentukan yang baik, ketahanan korosi umum yang layak untuk lingkungan ringan (peralatan, trim arsitektural), dan fabrikasi yang lebih mudah tanpa perlu pemrosesan pendinginan & temper.
Selalu validasi pemilihan material akhir terhadap persyaratan spesifik aplikasi (beban mekanis, lingkungan, kemampuan manufaktur, dan persetujuan regulasi) dan tinjau sertifikat pabrik serta kualifikasi proses sebelum pengadaan.