430 vs 304L – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
430 dan 304L adalah dua jenis baja tahan karat yang banyak digunakan yang berada pada titik yang berbeda dalam spektrum biaya–kinerja. 430 adalah baja tahan karat ferritik yang sering dipilih untuk aplikasi dekoratif, sensitif terhadap biaya, atau yang korosif sedang; 304L adalah baja tahan karat austenitik karbon rendah yang dipilih untuk ketahanan korosi yang tinggi, kemampuan pengelasan yang superior, dan karakteristik pembentukan yang baik. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin menghadapi keputusan antara keduanya saat menyeimbangkan ketahanan korosi, kemampuan pengelasan, kinerja mekanis, dan biaya material.
Perbedaan utama adalah bahwa 430 adalah jenis ferritik berbasis kromium yang dioptimalkan untuk ekonomi dan ketahanan korosi sedang, sedangkan 304L adalah jenis austenitik yang mengandung nikel yang dioptimalkan untuk kinerja korosi dan keandalan pengelasan. Perbedaan metalurgi mendasar ini mempengaruhi pilihan dalam desain, fabrikasi, dan biaya siklus hidup.
1. Standar dan Penunjukan
- ASTM/ASME: Kedua jenis ini tercakup dalam spesifikasi stainless umum seperti ASTM A240 (plat/lembar) dan spesifikasi produk terkait (misalnya, A276 untuk batang) yang digunakan oleh ASME.
- EN: Tercakup dalam seri EN 10088 (baja tahan karat) dengan penunjukan spesifik untuk jenis ferritik dan austenitik.
- JIS: Biasanya dirujuk sebagai SUS430 (ferritik) dan SUS304L (austenitik karbon rendah) dalam Standar Industri Jepang.
- GB (Cina): Muncul di bawah standar baja tahan karat GB/T yang sesuai dengan batas kimia dan bentuk produk yang serupa.
Klasifikasi: - 430: Baja tahan karat ferritik. - 304L: Baja tahan karat austenitik (varian karbon rendah dari 304 yang dirancang untuk membatasi sensitasi).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Perbedaan paduan utama mencerminkan tujuan desain yang berbeda: 430 mengandalkan kromium untuk memberikan ketahanan korosi dengan sedikit atau tanpa nikel; 304L menggunakan baik kromium maupun nikel yang signifikan untuk menstabilkan struktur austenitik dan meningkatkan ketahanan korosi serta ketangguhan.
| Elemen | 430 (ferritik) | 304L (austenitik, C rendah) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.12 wt% (terkendali, bisa lebih tinggi dari L‑grades) | ≤ 0.03 wt% (karbon rendah untuk mencegah sensitasi) |
| Mn | ≤ ~1.0–2.0 wt% (terbatas) | ≤ ~2.0 wt% (digunakan untuk deoksidasi dan kekuatan) |
| Si | ≤ ~1.0 wt% | ≤ ~0.75–1.0 wt% |
| P | ≤ ~0.04 wt% | ≤ ~0.045 wt% |
| S | ≤ ~0.03 wt% | ≤ ~0.03 wt% |
| Cr | ~16.0–18.0 wt% | ~18.0–20.0 wt% |
| Ni | ≤ ~0.75 wt% (biasanya sangat rendah) | ~8.0–12.0 wt% |
| Mo | Biasanya tidak ada | Biasanya tidak ada (304L tidak dipaduan Mo) |
| V, Nb, Ti, B, N | Bukan tambahan paduan standar; tingkat jejak mungkin ada | Ti atau N biasanya rendah; Ti kadang digunakan dalam varian tetapi 304L biasanya austenitik polos |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kromium menyediakan film oksida pasif yang memberikan ketahanan korosi; lebih banyak Cr umumnya meningkatkan ketahanan korosi umum. - Nikel menstabilkan fase austenitik, meningkatkan ketangguhan, keuletan, dan kemampuan pembentukan, serta mengurangi magnetisme. - Karbon rendah dalam 304L meminimalkan sensitasi (presipitasi karbida kromium) selama pengelasan, mengurangi risiko korosi intergranular. - Tidak adanya nikel dalam 430 mengurangi biaya material tetapi membatasi kinerja korosi, terutama di lingkungan klorida.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - 430: Mikrostruktur ferritik (kubus berpusat badan, BCC) yang didominasi oleh ferrit yang distabilkan kromium. Magnetik. Tidak dapat diperkeras dengan pendinginan—kekuatan terutama berasal dari penguatan larutan padat dan pengerjaan dingin. - 304L: Mikrostruktur austenitik (kubus berpusat wajah, FCC) yang distabilkan oleh nikel. Tidak magnetik dalam kondisi larutan-annealed (mungkin menjadi sedikit magnetik setelah pengerjaan dingin yang berat). Tidak dapat diperkeras dengan perlakuan panas; diperkuat terutama oleh pengerasan kerja.
Respons perlakuan panas: - 430: Annealing akan menghasilkan struktur ferritik yang lunak; pemanasan di atas daerah ferritik diikuti dengan pendinginan terkontrol mengembalikan keuletan dan mengurangi kerapuhan. Pertumbuhan butir dan kerapuhan (terutama di HAZ pengelasan) dapat terjadi jika dipanaskan secara tidak tepat. Ferritik tidak dapat diperkeras dengan pendinginan. - 304L: Umumnya di-annealed larutan (rentang perlakuan larutan yang umum dalam praktik adalah sekitar 1000–1100°C) dan kemudian didinginkan dengan cepat untuk mempertahankan fase austenitik dan melarutkan karbida. Karena 304L adalah karbon rendah, ia jauh lebih sedikit rentan terhadap sensitasi pada pendinginan lambat dibandingkan dengan 304. Sifat mekanis sebagian besar tidak terpengaruh oleh pendinginan; pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan dan kekerasan.
Rute manufaktur: - Pemrosesan termo‑mekanis (penggulungan, pendinginan terkontrol) akan mempengaruhi ukuran butir dan tekstur pada kedua jenis. Baja ferritik dapat mengalami pertumbuhan butir alfa pada paparan berkepanjangan pada suhu tinggi; baja austenitik umumnya mempertahankan keuletan pada rentang suhu yang lebih luas.
4. Sifat Mekanis
Alih-alih mengutip angka standar tertentu, tabel di bawah ini merangkum karakteristik mekanis relatif yang berarti untuk pemilihan material, fabrikasi, dan kinerja.
| Sifat | 430 (ferritik) | 304L (austenitik, C rendah) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedang; bisa lebih tinggi dalam beberapa kondisi pengerjaan dingin | Sedang hingga tinggi; perpanjangan seragam yang baik |
| Kekuatan luluh | Umumnya lebih tinggi daripada austenitik yang di-annealed pada suhu kamar | Kekuatan luluh lebih rendah dibandingkan dengan rekan ferritik dalam kondisi di-annealed |
| Perpanjangan / Keuletan | Keuletan lebih rendah dibandingkan dengan austenitik (kurang dapat dibentuk) | Keuletan tinggi dan kemampuan pembentukan yang sangat baik |
| Ketangguhan impak | Lebih rendah, terutama pada suhu sub-ambient (ferritik dapat menjadi rapuh) | Ketangguhan superior hingga suhu yang lebih rendah |
| Kekerasan | Dapat ditingkatkan dengan pengerjaan dingin; tidak dapat diperkeras dengan perlakuan panas | Bekerja keras secara signifikan di bawah deformasi dingin |
Interpretasi: - 304L biasanya menawarkan ketangguhan dan keuletan yang superior, yang menguntungkan operasi pembentukan dan ketahanan impak. 430 mungkin memberikan kekuatan luluh yang lebih tinggi dalam beberapa kondisi dan cocok di mana kekakuan dan tingkat kekuatan diinginkan, tetapi kurang toleran terhadap impak dan layanan suhu rendah.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan dipengaruhi oleh kandungan karbon, elemen paduan, dan kemampuan pengerasan. Indeks empiris berikut ini biasanya digunakan untuk menilai kerentanan terhadap retak pengelasan dan kecenderungan kekerasan HAZ pada baja:
-
Setara kromium (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm (parameter kemampuan 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: - 304L: Karbon rendah sangat mengurangi presipitasi karbida dan sensitasi selama pengelasan; struktur austenitik tidak mengeras di HAZ, sehingga kerentanan terhadap retak dingin rendah. Kemampuan pengelasan umumnya sangat baik dengan bahan pengelasan austenitik standar (paduan yang cocok atau sedikit lebih tinggi). - 430: Karbon lebih tinggi (dibandingkan dengan 304L) dan metalurgi ferritik dapat menyebabkan masalah dalam fusi dan HAZ—pertumbuhan butir dan pengurangan ketangguhan menjadi perhatian. Baja tahan karat ferritik sering memerlukan kontrol input panas yang hati-hati, potensi annealing pasca-pengelasan, dan pilihan pengisi yang tepat untuk menghindari kerapuhan dan ketangguhan yang buruk. Secara keseluruhan, kemampuan pengelasan adalah baik hingga cukup tetapi memerlukan lebih banyak kontrol proses dibandingkan 304L.
Catatan praktis: Gunakan rumus di atas untuk memperkirakan kerentanan relatif untuk komposisi tertentu. Untuk spesifikasi pengadaan atau prosedur pengelasan, verifikasi kemampuan pengelasan dengan data pemasok dan catatan kualifikasi prosedur.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
Perilaku korosi berbeda secara fundamental karena kimia dan mikrostruktur.
- 430 (ferritik): Memberikan ketahanan yang baik terhadap oksidasi dan lingkungan atmosfer ringan karena kandungan kromium. Namun, ia kurang tahan terhadap korosi pitting dan celah di lingkungan yang mengandung klorida dibandingkan dengan austenitik yang memiliki tambahan nikel atau Mo. Di lingkungan yang agresif, perlindungan permukaan (galvanisasi tidak berlaku langsung untuk stainless—lapisan atau cat digunakan) atau jenis stainless dengan kandungan paduan yang lebih tinggi lebih disukai. Strategi perlindungan yang umum termasuk pelapisan organik, perlakuan pasivasi, atau pelapisan.
- 304L (austenitik): Ketahanan korosi umum yang superior di banyak lingkungan termasuk banyak aplikasi makanan, minuman, dan kimia. Karbon rendah mengurangi kerentanan terhadap serangan intergranular setelah pengelasan.
Ketika membandingkan potensi korosi lokal, Angka Setara Ketahanan Pitting (PREN) adalah indikator berguna untuk jenis stainless yang mencakup Mo dan/atau N: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Untuk 304L, Mo biasanya tidak ada dan kandungan nitrogen rendah, sehingga PREN terutama didorong oleh Cr dan kontribusi kecil N. PREN paling berguna saat membandingkan duplex dan jenis austenitik yang mengandung Mo; ini kurang informatif untuk 304L Cr/Ni polos dibandingkan dengan ferritik yang hanya mengandung Cr, tetapi tetap memberikan gambaran tentang potensi ketahanan pitting.
Ketika jenis stainless tidak cukup, perlakuan permukaan (elektropolishing, pasivasi) atau pelapisan tahan korosi digunakan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: Ferritik 430 cenderung lebih mudah diproses dibandingkan 304L karena lebih sedikit mengeras; umur alat bisa lebih baik pada 430 dengan alat yang sesuai. Namun, beberapa ferritik dapat lengket tergantung pada kondisinya.
- Kemampuan pembentukan dan penarikan: 304L umumnya lebih unggul untuk penarikan dalam dan pembentukan kompleks karena keuletan tinggi dan kemampuan pengerasan kerja. 430 lebih terbatas dalam pembentukan yang parah dan lebih baik untuk pembengkokan ringan dan pemangkasan.
- Finishing permukaan dan penghalusan: Kedua jenis dapat dipoles, tetapi 304L biasanya mencapai finishing permukaan yang lebih tinggi yang berguna untuk aplikasi higienis dan arsitektural.
- Pengerjaan dingin: 304L mengeras dan memerlukan gaya yang lebih tinggi untuk pembentukan seiring dengan kemajuan deformasi; 430 kurang rentan terhadap pengerasan kerja tetapi memiliki kapasitas perpanjangan total yang lebih rendah.
8. Aplikasi Umum
| 430 (Ferritik) | 304L (Austenitik, C rendah) |
|---|---|
| Trim dekoratif, interior peralatan, panel oven atau kompor (ketahanan oksidasi sedang) | Peralatan pengolahan makanan, peralatan susu dan pembuatan bir |
| Trim otomotif dan komponen dekoratif | Pipa proses kimia, bejana tekan, dan tangki yang memerlukan ketahanan korosi |
| Komponen tungku dan bagian dekoratif tahan panas | Fitting arsitektural dan sanitasi di mana kemampuan pengelasan dan karbon rendah sangat penting |
| Perlengkapan dapur dalam ruangan dan permukaan peralatan masak yang tidak kritis | Perangkat medis, peralatan pengolahan farmasi |
| Komponen HVAC, saluran (di lingkungan yang kurang korosif) | Komponen interior maritim, pengikat dan fitting yang terpapar air laut ringan atau zona percikan |
Rasional pemilihan: - Pilih 430 di mana biaya, ketahanan korosi sedang, dan sifat magnetik penting dan lingkungan tidak agresif korosif. - Pilih 304L di mana kemampuan pengelasan, ketahanan terhadap korosi intergranular setelah pengelasan, kemampuan pembentukan yang superior, dan ketahanan korosi umum diperlukan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 430 biasanya lebih murah karena mengandung sedikit atau tanpa nikel. 304L memiliki harga premium karena kandungan nikel yang signifikan dan penggunaan yang lebih luas di industri yang sensitif terhadap korosi.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: Kedua jenis tersedia secara luas secara global dalam bentuk lembaran, gulungan, strip, dan beberapa bentuk batang dan tabung. 430 sering dipilih dalam ukuran tipis untuk peralatan dan trim; 304L banyak tersedia dalam bentuk plat, pipa, tabung, dan bentuk khusus untuk aplikasi industri.
Tip pengadaan: Total biaya siklus hidup (biaya material + fabrikasi + pemeliharaan) harus dievaluasi — biaya awal yang lebih tinggi untuk 304L dapat diimbangi dengan pemeliharaan yang lebih rendah dan umur yang lebih lama di lingkungan korosif.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 430 | 304L |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Baik hingga Cukup (memerlukan kontrol panas; masalah HAZ) | Sangat baik (karbon rendah mengurangi sensitasi) |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang dengan ketangguhan lebih rendah, kinerja suhu rendah terbatas | Ketangguhan dan keuletan yang sangat baik; perpanjangan seragam yang baik |
| Biaya | Lebih rendah (bebas nikel atau rendah-nikel) | Lebih tinggi (kandungan nikel meningkatkan biaya) |
Rekomendasi: - Pilih 430 jika Anda memerlukan stainless yang hemat biaya dengan ketahanan oksidasi yang wajar, sifat magnetik, dan penampilan permukaan yang baik untuk aplikasi dekoratif atau tugas ringan di lingkungan yang bersahabat atau sedikit korosif. Ini sering menjadi pilihan yang tepat untuk panel peralatan, perlengkapan dalam ruangan, dan aplikasi di mana biaya nikel menjadi perhatian utama. - Pilih 304L jika aplikasi memerlukan ketahanan korosi yang dapat diandalkan (termasuk setelah pengelasan), kemampuan pembentukan dan ketangguhan yang superior, atau paparan terhadap lingkungan yang agak agresif. 304L lebih disukai untuk aplikasi sanitasi, makanan, farmasi, kimia, dan banyak aplikasi struktural yang dilas di mana umur layanan yang panjang dan pemeliharaan rendah menjadi prioritas.
Catatan akhir: Pemilihan material harus dipandu oleh lingkungan layanan spesifik, langkah fabrikasi yang diharapkan (pengelasan, pembentukan), persyaratan regulasi atau higienis, dan total biaya siklus hidup. Untuk aplikasi kritis, konsultasikan sertifikat pabrik untuk kimia yang tepat, tinjau lembar data pemasok, dan pertimbangkan pengujian kualifikasi (korosi, prosedur pengelasan, pengujian mekanis) sebelum pemilihan akhir.