430 vs 439 – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali memilih antara 430 dan 439 saat menentukan baja tahan karat feritik untuk aplikasi yang harus menyeimbangkan ketahanan terhadap korosi, biaya, dan kemampuan dibentuk. Konteks keputusan yang umum termasuk trim eksterior atau panel peralatan di mana penampilan permukaan, kemampuan pengelasan, dan biaya penting, dibandingkan dengan layanan knalpot dan suhu tinggi di mana stabilitas kromium dan ketahanan terhadap sensitisasi sangat penting.
Perbedaan metalurgi utama adalah bahwa 439 adalah kelas baja tahan karat feritik yang distabilkan titanium dan rendah karbon yang dirancang untuk menghindari presipitasi karbida kromium; 430 adalah kelas feritik yang tidak distabilkan dengan karbon yang lebih tinggi. Strategi stabilisasi itu membuat 439 lebih disukai di mana paparan terhadap siklus termal atau suhu yang dapat menyebabkan sensitisasi diharapkan, sementara 430 tetap menjadi pilihan yang efektif biaya untuk banyak lingkungan yang bersifat ambient dan sedikit korosif.
1. Standar dan Penunjukan
- 430: Umumnya ditunjuk UNS S43000; secara luas distandarisasi sebagai EN 1.4016 / AISI 430 / JIS SUS 430; spesifikasi ASTM/ASME merujuknya dalam berbagai bentuk produk (lembaran, strip, pelat).
- 439: Umumnya ditunjuk UNS S43900; distandarisasi sebagai EN 1.451 (bervariasi menurut negara) dan muncul dalam spesifikasi industri untuk aplikasi tahan panas dan knalpot otomotif; ekuivalen JIS/ASTM kurang umum tetapi data material tersedia secara luas dari produsen.
Klasifikasi: baik 430 maupun 439 adalah baja tahan karat feritik (bukan austenitik, bukan martensitik, bukan HSLA atau baja alat). Mereka adalah kelas baja paduan yang terutama dipaduan dengan kromium; 439 juga distabilkan dengan titanium.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut memberikan rentang komposisi representatif (wt%) untuk spesifikasi produk komersial yang umum. Ini adalah rentang tipikal—konsultasikan standar spesifik atau sertifikat pabrik untuk batasan yang tepat untuk bentuk produk dan temper tertentu.
| Elemen | 430 (wt% representatif) | 439 (wt% representatif) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.10–0.12 | ≤ 0.02–0.03 |
| Mn | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.04 | ≤ 0.04 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0–18.0 | 17.0–19.0 |
| Ni | ≤ 0.75 | ≤ 0.5–0.6 |
| Mo | biasanya 0 | biasanya 0 |
| V | biasanya 0 | biasanya 0 |
| Nb | biasanya 0 | biasanya 0 |
| Ti | biasanya 0 | 0.15–0.7 (stabilizer) |
| B | biasanya 0 | biasanya 0 |
| N | jejak (≤ 0.10) | jejak (≤ 0.10) |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Kandungan kromium menyediakan film pasif untuk ketahanan terhadap korosi; kedua kelas memiliki Cr yang serupa dan dengan demikian ketahanan dasar yang dapat dibandingkan terhadap lingkungan pengoksidasi. - Karbon meningkatkan kekuatan melalui larutan padat dan pembentukan karbida tetapi mendorong presipitasi karbida kromium di batas butir ketika terpapar suhu sensitisasi; karbon yang lebih tinggi pada 430 dapat meningkatkan kekuatan tetapi meningkatkan risiko sensitisasi. - Titanium dalam 439 mengikat karbon dan nitrogen sebagai TiC/TiN, mencegah pembentukan karbida kromium dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular setelah paparan termal (pengelasan, siklus knalpot). - Kandungan nikel yang rendah berarti keduanya adalah feritik (bukan austenitik) dan menunjukkan konduktivitas termal yang baik dan respons magnetik tetapi ketangguhan yang berkurang relatif terhadap austenitik pada suhu kriogenik.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - Baik 430 maupun 439 sebagian besar feritik (kubik berpusat tubuh, BCC) dalam kondisi annealed. Ukuran butir dan populasi presipitat bervariasi dengan pemrosesan dan kandungan karbon/titanium. - 430 dapat mengandung karbida kromium ($\text{Cr}_{23}\text{C}_6$) atau presipitat M23C6 di batas butir jika terpapar 450–850 °C; presipitat ini menyebabkan pengurangan lokal kromium dan kemungkinan korosi intergranular. - 439 mengembangkan presipitat karbida/nitride titanium yang mengikat karbon dan nitrogen, mengurangi dorongan untuk pembentukan karbida kromium dan menstabilkan kimia batas butir.
Respons perlakuan panas: - Baja tahan karat feritik tidak dapat dikeraskan dengan pendinginan konvensional dari bidang austenit karena mereka tidak berubah menjadi martensit; sifat mekanik terutama ditentukan oleh pengerjaan dingin dan annealing. - Perlakuan umum: anneal larutan (untuk melarutkan presipitat dan mengembalikan duktilitas), anneal pelepasan stres, dan anneal normal. Kelas yang distabilkan seperti 439 mendapat manfaat dari anneal larutan yang mempertahankan karbida yang terikat titanium dan mengurangi risiko sensitisasi. - Paparan termal mendekati 475 °C dapat menyebabkan kerapuhan pada feritik (kerapuhan 475 °C). Kedua kelas harus dipertimbangkan untuk kehilangan ketangguhan pada suhu rendah di bawah layanan yang berkepanjangan dalam rentang itu. - Pemrosesan termo-mekanis (penggulungan + anneal terkontrol) memperhalus struktur butir dan dapat meningkatkan keseimbangan kekuatan/duktilitas pada kedua kelas; karbon yang lebih rendah pada 439 menyederhanakan pencapaian duktilitas yang baik setelah pembentukan.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik representatif untuk lembaran/strip yang di-anneal (rentang komersial tipikal) ditunjukkan secara kualitatif dan sebagai rentang luas—nilai aktual tergantung pada bentuk produk, ketebalan, dan temper.
| Sifat (di-anneal, lembar) | 430 (tipikal) | 439 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | ~400–550 (rentang luas) | ~380–520 (rentang luas) |
| Kekuatan luluh (0.2% offset, MPa) | ~200–300 | ~180–280 |
| Peregangan (%) | ~20–35 | ~20–35 |
| Ketangguhan impak (suhu ruang, kualitatif) | Sedang | Sedang hingga sedikit lebih baik setelah siklus termal |
| Kekerasan (HB atau HRB, kualitatif) | Sedang | Sedang (sering sedikit lebih rendah karena C yang lebih rendah) |
Interpretasi: - 430 dapat menunjukkan kekuatan yang sedikit lebih tinggi dalam beberapa temper karena karbon yang lebih tinggi dan presipitasi karbida, tetapi itu dapat mengorbankan ketahanan korosi yang berkurang pada suhu sensitisasi. - 439 umumnya sebanding dalam duktilitas dan ketangguhan dalam kondisi di-anneal dan sering lebih disukai di mana siklus termal berulang atau pengelasan diharapkan karena stabilisasi titanium mengurangi pengurangan kromium dan mempertahankan ketangguhan setelah paparan termal.
5. Kemampuan Pengelasan
Pertimbangan kemampuan pengelasan berfokus pada ekuivalen karbon dan strategi stabilisasi: - Tingkat karbon memiliki efek urutan pertama pada kecenderungan untuk membentuk mikrostruktur keras dan rapuh di zona yang terpengaruh panas dan pada kerentanan terhadap sensitisasi. - 430, dengan karbon yang lebih tinggi, memiliki kecenderungan yang lebih tinggi terhadap presipitasi karbida kromium saat siklus pemanasan dan pendinginan, menjadikan korosi pasca-las dan sensitivitas HAZ sebagai pertimbangan. - Karbon rendah dan stabilisasi titanium pada 439 meningkatkan ketahanan terhadap sensitisasi dan membuatnya lebih toleran terhadap siklus termal pengelasan, terutama di mana ketahanan korosi pasca-las diperlukan.
Indeks kemampuan pengelasan yang berguna (untuk interpretasi kualitatif): - Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Dearden–Stobbs/Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan kemampuan pengelasan yang lebih mudah dengan risiko retak HAZ yang lebih rendah; karbon yang lebih rendah pada 439 dan kontribusi stabilizer mengurangi risiko kerapuhan HAZ dan korosi intergranular. - Kedua kelas umumnya dilas dengan metode TIG, MIG/MAG, dan resistensi; suhu pra-panas dan interpass harus dikontrol untuk menghindari kerapuhan dan pertumbuhan butir yang berlebihan. Annealing pasca-las umumnya tidak praktis untuk banyak rakitan, sehingga pemilihan pengisi dan proses sangat penting.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Keduanya adalah baja tahan karat feritik dan bergantung pada kromium untuk film oksida pasif.
- 430: memadai untuk atmosfer dalam ruangan, lingkungan industri ringan, dan aplikasi dekoratif; kurang tahan dibandingkan kelas austenitik di lingkungan klorida dan rentan terhadap korosi intergranular jika terpapar sensitisasi.
- 439: distabilkan dengan titanium dan karbon rendah—ketahanan yang lebih baik terhadap korosi intergranular setelah pengelasan atau paparan termal; umum digunakan untuk sistem knalpot otomotif dan lingkungan pengoksidasi suhu tinggi lainnya.
Kapan menggunakan indeks korosi: - PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) berguna untuk menilai ketahanan terhadap pitting lokal di mana molibdenum atau nitrogen berperan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Untuk 430 dan 439, Mo biasanya tidak ada dan N sangat rendah, sehingga PREN memiliki kegunaan terbatas—keduanya memiliki PREN yang relatif rendah dibandingkan dengan paduan duplex/austenitik yang mengandung Mo. Oleh karena itu, PREN bukanlah metrik yang menentukan untuk kelas ini.
Perlindungan non-tahan karat: - Ketika baja karbon non-tahan karat dipertimbangkan sebagai gantinya, galvanisasi dan pelapisan organik adalah tipikal; untuk baja tahan karat feritik, penyelesaian permukaan (polishing atau pasivasi) dan pelapisan dapat memperpanjang umur di lingkungan yang agresif.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk
- Pembentukan: Kedua kelas menunjukkan kemampuan dibentuk yang baik dalam kondisi di-anneal; feritik memiliki pengerasan regangan yang lebih rendah dibandingkan austenitik dan memerlukan penyesuaian alat (misalnya, jari-jari bengkok yang lebih besar untuk bengkok yang ketat).
- Kemampuan tarik: Tipikal untuk panel peralatan dan trim; karbon yang lebih rendah pada 439 dan pengurangan presipitasi karbida meningkatkan kemampuan tarik ketika paparan termal berikutnya diharapkan.
- Kemampuan mesin: Baja tahan karat feritik umumnya lebih menantang untuk diproses dibandingkan dengan baja karbon yang mudah dipotong tetapi lebih mudah dibandingkan banyak austenitik. 430 dapat diproses dengan baik menggunakan alat karbida; karbon yang lebih rendah pada 439 dapat sedikit meningkatkan umur alat.
- Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima penyelesaian dekoratif; stabilisasi 439 mengurangi risiko korosi pasca-pembentukan yang terkait dengan panas tetapi tidak mempengaruhi penyelesaian permukaan yang dapat dicapai.
8. Aplikasi Tipikal
| 430 – Penggunaan Tipikal | 439 – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Panel peralatan, trim, panel arsitektur dalam ruangan, hood kompor, trim dekoratif | Komponen knalpot otomotif, bagian knalpot, pipa bergelombang suhu tinggi |
| Peralatan dapur dan perlengkapan layanan makanan di mana biaya menjadi faktor dan lingkungan bukan klorida | Komponen yang terpapar panas di mana sensitisasi atau siklus termal berulang terjadi |
| Papan tanda dekoratif dalam ruangan dan penutup | Pembakar industri, penukar panas di atmosfer pengoksidasi (di mana stabilisasi Ti bermanfaat) |
Rasional pemilihan: - Pilih 430 untuk aplikasi yang sensitif terhadap biaya, dekoratif, atau sedikit korosif dengan siklus termal yang terbatas. - Pilih 439 untuk sistem knalpot, layanan suhu tinggi siklik, dan aplikasi di mana ketahanan korosi HAZ las penting.
9. Biaya dan Ketersediaan
- 430 adalah salah satu kelas baja tahan karat feritik yang paling umum—tersedia secara luas dalam lembaran, strip, dan gulungan; biasanya lebih rendah biaya dibandingkan dengan kelas baja tahan karat yang distabilkan atau dipaduan.
- 439 kurang umum dan disesuaikan untuk pasar tertentu (knalpot otomotif, bagian tahan panas); biaya unit biasanya lebih tinggi dibandingkan 430 karena tambahan stabilisasi dan volume produksi yang ditargetkan.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: 430 memiliki ketersediaan pabrik dan reseller yang lebih luas secara global; ketersediaan 439 tergantung pada pemasok lembaran otomotif dan industri regional dan mungkin disuplai dalam ukuran tertentu atau gulungan khusus.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (penilaian kualitatif: Baik / Sedang / Terbatas)
| Kriteria | 430 | 439 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan (praktis) | Sedang (kontrol diperlukan untuk HAZ) | Baik (distabilkan, C lebih rendah) |
| Kekuatan–Ketangguhan (di-anneal) | Kekuatan sedang; ketangguhan sedang | Ketangguhan sebanding; sedikit lebih baik setelah siklus termal |
| Ketahanan korosi (umum) | Baik di lingkungan ringan | Baik di lingkungan ringan; lebih baik terhadap intergranular setelah paparan termal |
| Biaya | Lebih rendah (tersedia luas) | Lebih tinggi (spesial, distabilkan) |
Rekomendasi: - Pilih 430 jika biaya, ketahanan korosi dalam ruangan yang umum, dan ketersediaan yang luas menjadi prioritas, dan bagian tidak akan terpapar siklus termal sensitisasi atau lingkungan klorida yang agresif. - Pilih 439 jika bagian akan mengalami paparan suhu tinggi, siklus termal berulang, atau pengelasan yang luas di mana presipitasi karbida kromium dan korosi intergranular harus dihindari; stabilisasi titanium dan kandungan karbon yang lebih rendah pada 439 menjadikannya pilihan yang lebih aman untuk sistem knalpot dan rakitan yang terpapar panas.
Catatan penutup: pemilihan yang tepat harus mempertimbangkan bentuk produk, sertifikat sifat mekanik yang diperlukan, prosedur pengelasan, dan paparan lingkungan. Selalu verifikasi sertifikat pabrik dan standar material untuk lot tertentu untuk mengonfirmasi batasan kimia dan hasil uji mekanik untuk aplikasi yang dimaksud.