430 vs 201 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Type 430 dan Type 201 stainless steel adalah alternatif yang banyak digunakan ketika desainer harus menyeimbangkan biaya material, ketahanan korosi, kinerja mekanis, dan kemampuan fabrikasi. Dilema pemilihan sering kali berpusat pada apakah akan memprioritaskan biaya material yang lebih rendah dan sifat magnetik (umumnya terkait dengan grade ferritik) atau meningkatkan duktilitas, ketangguhan, dan kemampuan pembentukan dari paduan austenitik dengan nikel rendah.
430 adalah stainless steel ferritik dengan ketahanan oksidasi yang baik dan kandungan nikel rendah; 201 adalah stainless steel austenitik, nikel rendah (mangan tinggi) yang dikembangkan sebagai alternatif yang hemat biaya untuk austenitik dengan nikel lebih tinggi. Insinyur biasanya membandingkan keduanya saat menentukan lembaran, strip, atau bagian yang dibentuk untuk peralatan, komponen arsitektur, dan barang struktural ringan di mana tuntutan korosi dan ekonomi produksi sama-sama penting.
1. Standar dan Penunjukan
- Penunjukan internasional umum:
- 430: UNS S43000; AISI/SAE 430; EN 1.4016; JIS SUS430; GB 12Cr17.
- 201: UNS S20100; AISI/SAE 201; EN 1.4372 (perkiraan ekuivalen bervariasi); JIS SUS201; GB 0Cr17Mn6Ni5N (nomenklatur bervariasi menurut standar).
- Klasifikasi:
- 430 — stainless steel ferritik (magnetik).
- 201 — stainless steel austenitik (umumnya non-magnetik dalam kondisi annealed; dapat menjadi sedikit magnetik setelah pengerjaan dingin yang berat).
- Bentuk produk khas dalam standar: lembaran/koil yang digulung dingin, koil yang digulung panas, strip, pelat, dan bagian yang ditarik.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini menunjukkan rentang komposisi nominal yang khas (wt%) yang digunakan untuk spesifikasi dan pemilihan perbandingan. Sertifikat material aktual atau standar harus dirujuk untuk batas yang tepat.
| Elemen | 430 (wt% tipikal) | 201 (wt% tipikal) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.12 | ≤ 0.15 |
| Mn | ≤ 1.0 | 5.5 – 7.5 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.04 | ≤ 0.06 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 16.0 – 18.0 |
| Ni | ≤ 0.75 | 3.5 – 5.5 |
| Mo | — (jejak) | — (jejak) |
| V, Nb, Ti, B | — (jejak) | — (jejak) |
| N | ≈ 0.01 (jejak) | 0.10 – 0.25 (ditambahkan dalam beberapa spesifikasi) |
Strategi dan efek paduan: - 430: Struktur ferritik distabilkan oleh kromium (Cr). Ni rendah menjaga biaya tetap rendah; Mn minimal. Cr memberikan ketahanan oksidasi/korosi dan matriks ferritik magnetik. Paduan yang terbatas berarti kekerasan yang terbatas dan penguatan yang relatif rendah dari paduan larutan. - 201: Austenit distabilkan oleh Mn yang lebih tinggi dan Ni yang ditambahkan (meskipun lebih sedikit Ni dibandingkan seri 300). Mn sebagian menggantikan Ni sebagai stabilisator austenit; nitrogen (jika ditambahkan) meningkatkan kekuatan dan berkontribusi pada ketahanan pitting. Campuran paduan memberikan matriks austenitik dengan duktilitas dan ketangguhan yang baik.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- 430:
- Mikrostruktur: sebagian besar ferritik (kubus berpusat badan) dalam pemrosesan standar. Ukuran butir dan presipitasi sekunder (karbida atau fase chi dalam beberapa kondisi) tergantung pada sejarah termal.
- Perlakuan panas: stainless steel ferritik tidak dapat dikeraskan dengan pendinginan cepat. Annealing (sekitar 760–820 °C diikuti dengan pendinginan terkontrol) mengembalikan duktilitas dan mengurangi tegangan sisa. Pertumbuhan butir dan kerapuhan dapat terjadi dengan paparan berkepanjangan dalam rentang 600–900 °C.
- 201:
- Mikrostruktur: austenitik (kubus berpusat wajah) stabil pada suhu kamar karena Mn dan Ni. Pengerjaan dingin menyebabkan pengerasan regangan dan dapat menyebabkan transformasi parsial atau respons magnetik.
- Perlakuan panas: mikrostruktur austenitik yang sepenuhnya annealed dicapai dengan anneal larutan (~1020–1120 °C) dan pendinginan cepat untuk melarutkan karbida/nitrida dan mengatur ulang pengerasan kerja. Tidak seperti baja martensitik atau ferritik, austenitik 201 tidak diperkuat dengan pendinginan cepat; kekuatan terutama dikendalikan oleh pengerjaan dingin atau pengerasan kerja.
Dampak pemrosesan: - Penggulungan dingin meningkatkan kekuatan dengan pengerasan kerja pada kedua grade; efeknya lebih terlihat pada austenitik 201, yang mengeras dengan kuat dan dapat mencapai kekuatan tinggi setelah dibentuk. - Siklus termal pengelasan memiliki efek yang berbeda: 430 rentan terhadap pertumbuhan butir dan kehilangan ketangguhan di zona terpengaruh panas (HAZ) jika tidak terkontrol; 201 mempertahankan matriks austenitik melalui siklus pengelasan yang khas tetapi dapat mengalami efek sensitisasi atau pengurangan jika tidak dipadu dengan benar atau jika intermetallic terbentuk dengan logam pengisi yang tidak sesuai.
4. Sifat Mekanis
Tabel memberikan rentang sifat mekanis tipikal untuk produk lembaran/strip yang telah diannealed; nilai sangat tergantung pada ketebalan, pengerjaan dingin, dan spesifikasi pemasok.
| Sifat (annealed, tipikal) | 430 (ferritik) | 201 (austenitik) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | ~400 – 600 | ~500 – 700 |
| Kekuatan luluh (MPa) | ~150 – 300 | ~250 – 450 |
| Peregangan (%) | ~20 – 30 | ~35 – 60 |
| Ketangguhan impak (suhu ruang, kualitatif) | Sedang; berkurang pada suhu rendah | Tinggi; duktilitas & ketangguhan yang sangat baik |
| Kekerasan (HB atau ekuivalen) | Sedang; meningkat dengan pengerjaan dingin | Sedang hingga tinggi setelah pengerjaan dingin; mengeras lebih banyak |
Interpretasi: - 201 biasanya menunjukkan duktilitas yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih besar, terutama pada suhu rendah, karena matriks austenitiknya. - 430 umumnya memiliki duktilitas yang lebih rendah dan sedikit lebih rendah dalam kekuatan tarik/luluh dalam kondisi annealed tetapi dapat menarik jika kekuatan yang lebih rendah dan respons magnetik dapat diterima. - Pengerjaan dingin secara signifikan meningkatkan kekuatan pada 201 karena pengerasan kerja yang cepat; perilaku ini dapat dimanfaatkan dalam operasi pembentukan untuk memenuhi persyaratan kekuatan aplikasi.
5. Kelayakan Pengelasan
Kelayakan pengelasan tergantung pada kandungan karbon, paduan (Cr, Ni, Mn, Mo), dan kerentanan terhadap pengerasan HAZ atau kerapuhan. Dua indeks empiris yang umum digunakan:
- IIW ekuivalen karbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Pcm (untuk memprediksi retak dingin di HAZ 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: - 201: Karena konstitusi austenitik dan karbon sedang, 201 dapat dilas dengan baik menggunakan logam pengisi austenitik standar ketika prosedur memperhitungkan kandungan Mn dan N. Mn tinggi dan potensi N memerlukan pengendalian pemilihan pengisi dan input panas untuk menghindari retak panas atau distorsi berlebihan. Mikrostruktur austenitik bersifat toleran terhadap ketangguhan HAZ. - 430: Baja ferritik seperti 430 lebih sensitif terhadap pertumbuhan butir HAZ dan potensi kerapuhan. Pengelasan 430 sering memerlukan pengisi ferritik yang cocok atau kompatibel dan perhatian terhadap input panas dan suhu antar-lapis untuk menghindari kehilangan ketangguhan. Pemanasan awal dan annealing pasca-las umumnya tidak efektif untuk meningkatkan kekerasan (karena ferritik bukan martensitik), tetapi pengendalian input panas rendah dan penggunaan pengisi yang sesuai mengurangi masalah HAZ. - Dalam praktiknya: 201 biasanya memberikan perilaku pengelasan yang lebih sederhana untuk sambungan tumpang tindih dan sambungan siku pada bagian tipis; 430 memerlukan kontrol yang lebih ketat dan pemilihan pengisi yang sesuai untuk integritas struktural.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Umum:
- Kedua grade terutama bergantung pada kandungan kromium (~16–18%) untuk ketahanan korosi. Keduanya tidak mengandung Mo yang signifikan, sehingga ketahanan pitting mereka terbatas dibandingkan dengan stainless yang mengandung Mo (misalnya, 316).
- Penggunaan PREN:
- PREN berguna di mana Mo dan N mempengaruhi ketahanan pitting: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
- Untuk 430 dan 201, Mo secara efektif nol; 201 mungkin mengandung N tambahan, sehingga PREN hanya memberikan perbandingan kasar dan akan rendah dibandingkan dengan grade yang mengandung Mo. Untuk kedua paduan, nilai PREN sedang; mereka bukan kandidat untuk layanan klorida yang agresif.
- Perilaku korosi praktis:
- 201 (austenitik) biasanya menunjukkan ketahanan korosi umum yang lebih baik di banyak lingkungan ringan dan menunjukkan ketangguhan yang superior dalam layanan dingin. Namun, karena 201 memiliki Ni yang lebih sedikit dan Mn yang lebih tinggi dibandingkan seri 300, ketahanannya terhadap pitting klorida dan korosi celah lebih buruk dibandingkan 304/316 dan sering kali sebanding atau sedikit lebih buruk dibandingkan 430 tergantung pada paparan.
- 430 (ferritik) memberikan ketahanan yang baik terhadap oksidasi atmosfer dan asam organik ringan, tetapi ketahanan pitting/celahnya di lingkungan klorida terbatas.
- Perlindungan permukaan:
- Di mana ketahanan korosi alami tidak mencukupi, terapkan pelapis (galvanisasi dapat dilakukan untuk baja yang dibentuk tetapi tidak umum untuk estetika stainless), cat, atau gunakan perlakuan pasivasi (pengasaman dan pasivasi asam nitrat). Untuk penggunaan stainless, penyelesaian mekanis dan pasivasi mengembalikan film permukaan oksida kromium.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan pembentukan:
- 201: kinerja penarikan dalam dan pembentukan regangan yang unggul karena duktilitas tinggi dan pengerasan regangan. Cocok untuk wastafel yang ditarik, peralatan masak, dan bentuk kompleks.
- 430: kemampuan pembentukan yang lebih terbatas; struktur ferritik menghasilkan peregangan yang kurang seragam dan pemulihan yang lebih besar. Pembentukan 430 yang berhasil sering memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar dan pengendalian pelumasan.
- Kemudahan pemesinan:
- Austenitik 201 mengeras dengan cepat; ini meningkatkan keausan alat dan memerlukan alat yang tajam, pengaturan yang kaku, dan mungkin pemecah chip atau alat khusus. Namun, dalam kondisi annealed dengan umpan dan kecepatan yang benar, pemesinan dapat dikelola.
- Ferritik 430 umumnya lebih mudah diproses dibandingkan stainless austenitik karena tidak mengeras sekuat itu, tetapi material alat dan parameter pemotongan masih memerlukan praktik khusus stainless untuk menghindari tepi yang terbentuk dan kerusakan permukaan.
- Penyelesaian permukaan dan pemolesan:
- 201 dapat dipoles hingga hasil akhir cermin yang sangat baik; namun, inklusi sulfida mangan dan pengerasan kerja dapat mempengaruhi penyelesaian permukaan jika tidak diproses dengan benar.
- 430 memberikan hasil akhir permukaan yang baik dan sering digunakan untuk trim dekoratif dan panel peralatan di mana hasil akhir yang disikat diinginkan.
8. Aplikasi Tipikal
| 430 — Penggunaan Tipikal | 201 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Panel dan trim peralatan (depan oven, tudung kompor), panel arsitektur dekoratif, trim otomotif, elemen dekoratif tahan panas, beberapa peralatan dapur di mana magnetisme dapat diterima | Peralatan dapur, wastafel, peralatan masak (aplikasi austenitik biaya rendah), pengikat, komponen yang dibentuk dingin, interior arsitektur, tabung dan pipa untuk layanan korosi rendah hingga sedang |
| Bagian tungku, pelapis oven, dan komponen yang terpapar oksidasi suhu tinggi | Komponen yang ditarik dan dibentuk yang memerlukan duktilitas dan ketangguhan yang baik; alternatif biaya rendah untuk 304 di lingkungan yang terbatasi |
Rasional pemilihan: - Pilih 430 di mana sifat magnetik, ketahanan korosi sedang di lingkungan atmosferik/ringan, dan biaya material yang lebih rendah adalah pendorong utama. - Pilih 201 ketika duktilitas yang lebih tinggi, ketangguhan yang superior (terutama untuk penarikan dalam atau layanan suhu rendah), dan perilaku non-magnetik diperlukan, sambil tetap mencapai biaya yang lebih rendah dibandingkan austenitik seri 300.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif:
- 430 biasanya termasuk dalam grade stainless dengan biaya lebih rendah karena mengandung nikel yang dapat diabaikan; biaya kromium tetap berlaku tetapi kompleksitas paduan rendah.
- 201 mengandung nikel yang terukur dan mangan yang lebih tinggi; meskipun dikembangkan untuk mengurangi ketergantungan pada Ni, biaya produksinya dapat lebih tinggi dibandingkan 430 tetapi lebih rendah dibandingkan grade seri 300 di banyak pasar.
- Ketersediaan:
- Kedua grade banyak tersedia dalam bentuk lembaran, koil, dan strip. Ketersediaan regional tergantung pada permintaan pasar—430 umum di rantai pasokan peralatan dan arsitektur; 201 umum di mana lembaran austenitik nikel rendah ditentukan.
- Pertimbangan bentuk produk:
- Untuk komponen yang ditarik dan dibentuk dalam, lembaran 201 dalam bentuk annealed biasanya tersedia. Untuk panel dan trim magnetik dekoratif, 430 tersedia luas dalam hasil akhir yang disikat dan cermin.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 430 (ferritik) | 201 (austenitik, nikel rendah) |
|---|---|---|
| Kelayakan pengelasan | Sedang — memerlukan perhatian pada HAZ dan pemilihan pengisi | Baik — perilaku austenitik; perhatikan risiko Mn/N dan retak panas |
| Kekuatan – Ketangguhan | Kekuatan sedang; ketangguhan dan duktilitas lebih rendah (terutama pada suhu rendah) | Duktilitas dan ketangguhan lebih tinggi; mengeras hingga kekuatan yang lebih tinggi |
| Biaya | Lebih rendah (umumnya opsi yang lebih murah) | Sedang (lebih tinggi dari 430 tetapi lebih rendah dari banyak seri 300) |
Rekomendasi: - Pilih 430 jika Anda memerlukan stainless dengan biaya rendah, magnetik dengan ketahanan korosi yang memadai di lingkungan atmosferik ringan atau oksidasi sedang, dan ketika kompleksitas bentuk terbatas (misalnya, panel peralatan, trim dekoratif, bagian kosmetik tahan panas). - Pilih 201 jika bagian Anda memerlukan penarikan dalam, ketangguhan tinggi, kemampuan pembentukan yang sangat baik, dan perilaku non-magnetik, dan Anda menginginkan alternatif austenitik biaya lebih rendah untuk stainless seri 300 untuk layanan di lingkungan korosif yang tidak agresif.
Catatan praktis akhir: - Selalu konfirmasi kimia dan sifat mekanis yang tepat dari sertifikat pabrik untuk pengadaan dan prosedur pengelasan. - Untuk lingkungan klorida atau agresif, pertimbangkan grade yang lebih tinggi (stainless steel yang mengandung Mo) daripada mengandalkan 430 atau 201. - Untuk fabrikasi dan pengelasan, kembangkan prosedur bengkel yang menangani kontrol input panas, pemilihan pengisi, dan perlakuan pasca-las yang diperlukan untuk menjaga ketahanan korosi dan ketangguhan.