441 vs 444 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali dihadapkan pada pilihan antara baja tahan karat ferritik 441 dan 444 saat menentukan bahan untuk komponen tahan korosi, terutama di mana biaya, kemampuan dibentuk, dan ketahanan oksidasi pada suhu tinggi menjadi penting. Pertukaran pemilihan yang umum termasuk ketahanan korosi versus harga, kemampuan las versus kandungan paduan, dan kekuatan/kekakuan versus kemampuan dibentuk.
Perbedaan teknis utama adalah bahwa keduanya adalah baja tahan karat ferritik yang dioptimalkan untuk ketahanan korosi dan kemampuan dibentuk, tetapi 444 dipadu untuk mencapai ketahanan korosi umum dan pitting yang lebih tinggi (terutama melalui molibdenum dan elemen stabilisasi), sementara 441 menekankan keseimbangan antara kromium tinggi dengan stabilisasi titanium untuk meningkatkan kinerja pada suhu tinggi dan kemampuan dibentuk yang baik. Perbedaan itu mendorong perbandingan umum mereka dalam aplikasi otomotif, kimia, dan penukar panas.
1. Standar dan Penunjukan
Standar utama dan penunjukan umum untuk dua jenis ini meliputi:
- 441
- UNS: S44100
- Standar/spesifikasi umum: ASTM A240 (plat/lembar untuk baja tahan karat dapat merujuk pada jenis ferritik serupa dalam praktik), lembar data produsen tertentu, JIS dan EN setara bervariasi.
-
Klasifikasi: Baja tahan karat ferritik (distabilisasi dengan titanium).
-
444
- UNS: S44400
- Standar/spesifikasi umum: Standar produk ASTM dan EN merujuk pada jenis ferritik dengan kimia serupa; spesifikasi komersial tertentu dan katalog pemasok menyediakan data produk industri.
- Klasifikasi: Baja tahan karat ferritik (distabilisasi, umumnya dengan niobium/kolumbium, dan mengandung molibdenum untuk meningkatkan ketahanan korosi).
Catatan: Standar yang dirujuk dan batas elemen yang diizinkan bervariasi berdasarkan bentuk produk (koil, lembar, strip, tabung) dan pemasok; selalu konfirmasi spesifikasi kontraktual (ASTM/EN/JIS/GB atau standar pemasok).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah tabel komposisi indikatif yang menunjukkan elemen utama yang menarik. Ini adalah rentang nominal tipikal dari lembar data komersial dan harus diverifikasi terhadap standar atau sertifikat pabrik tertentu untuk pengadaan.
| Elemen (wt%) | 441 — tipikal (indikatif) | 444 — tipikal (indikatif) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Mn | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.04 | ≤ 0.04 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | ~17.0–18.5 | ~17.5–19.5 |
| Ni | ≤ 0.5 | ≤ 0.5 |
| Mo | ~0 | ~1.0–2.0 |
| V | biasanya jejak | biasanya jejak |
| Nb (Cb) | biasanya rendah/jejak | ~0.15–0.6 |
| Ti | ~0.15–0.45 (stabilizer) | rendah/jejak hingga kecil (beberapa varian) |
| B | biasanya jejak | biasanya jejak |
| N | jejak | jejak |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Kromium (Cr): Menyediakan film pasif utama untuk ketahanan korosi di kedua jenis. Peningkatan kandungan Cr meningkatkan ketahanan oksidasi dan korosi umum. - Molybdenum (Mo, hadir di 444): Meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan yang mengandung klorida dan memperkuat film pasif. - Titanium (Ti, digunakan di 441): Bertindak sebagai stabilizer dengan mengikat karbon dan nitrogen untuk mencegah presipitasi karbida kromium (sensitisasi) dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular dan stabilitas suhu tinggi. - Niobium (Nb, digunakan di banyak varian 444): Juga menstabilkan terhadap sensitisasi dan dapat meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan creep. - Kandungan karbon rendah dan nikel rendah mempertahankan mikrostruktur ferritik, menjaga biaya lebih rendah dibandingkan austenitik, dan meningkatkan konduktivitas termal.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Kedua 441 dan 444 adalah baja tahan karat ferritik; mikrostruktur keseimbangan dan yang diproses didominasi oleh ferrit kubik berpusat badan (BCC).
- Mikrostruktur tipikal (seperti yang diproduksi): Matriks ferritik sepenuhnya dengan presipitat stabilisasi yang terdispersi (nitrit/titanium karbida di 441; niobium karbida atau karbonitrida di 444) dan kadang-kadang karbida/nitrit paduan halus tergantung pada sejarah termal.
- Efek stabilisator: Ti atau Nb mengikat C dan N untuk membatasi presipitasi karbida kromium di batas butir, mengurangi kerentanan terhadap korosi intergranular setelah terpapar suhu sensitisasi.
- Perlakuan panas:
- Pemanasan (pemanasan larutan diikuti dengan pendinginan cepat) mengembalikan duktilitas, menghomogenkan mikrostruktur, dan melarutkan presipitat yang tidak diinginkan. Untuk ferritik, pemanasan biasanya diikuti dengan pendinginan terkontrol.
- Pendinginan dan tempering tidak berlaku dalam arti yang sama seperti untuk baja martensitik karena ferritik tidak berubah menjadi martensit saat didinginkan; mereka tetap ferritik dan dapat mengalami pertumbuhan butir jika terlalu panas.
- Pekerjaan dingin: Kedua jenis merespons pekerjaan dingin dengan peningkatan kekuatan yang signifikan karena pengerasan regangan; sifat mekanik oleh karena itu sangat tergantung pada proses.
- Pengolahan termo-mekanis (penggulungan/ pendinginan terkontrol) dapat memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan; stabilisasi meminimalkan degradasi selama paparan panas berikutnya.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik baja tahan karat ferritik bervariasi dengan bentuk produk dan pekerjaan dingin; tabel di bawah ini memberikan perilaku komparatif kualitatif daripada angka tunggal. Untuk desain, selalu gunakan sertifikat pemasok untuk temper dan produk tertentu.
| Sifat | 441 | 444 | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan tarik (tipikal yang dikerjakan) | Moderat, cocok untuk lembaran/komponen yang dicetak struktural | Mirip atau sedikit lebih tinggi dalam kondisi yang dikerjakan (Mo/Nb dapat memberikan peningkatan yang moderat) | Pekerjaan dingin meningkatkan UTS secara substansial untuk keduanya |
| Kekuatan luluh | Moderat; kemampuan dibentuk yang baik | Mirip atau sedikit lebih tinggi tergantung pada Nb/Mo | Perbedaan kecil dalam keadaan yang dikerjakan |
| Peregangan (duktilitas) | Duktilitas yang baik dalam kondisi yang dikerjakan | Peregangan sedikit lebih rendah daripada 441 dalam beberapa bentuk produk | Stabilisator sedikit mengurangi duktilitas dibandingkan ferritik yang tidak distabilisasi |
| Kekakuan impak | Baik pada suhu ambien; berkurang pada suhu rendah dibandingkan dengan jenis austenitik | Sebanding tetapi mungkin sedikit lebih rendah tergantung pada pekerjaan dingin dan kandungan Nb | Jenis ferritik memiliki perilaku transisi duktil-kaku |
| Kekerasan | Relatif rendah dalam keadaan yang dikerjakan; meningkat dengan pekerjaan dingin | Kekerasan dasar yang mirip; mungkin sedikit lebih tinggi setelah pekerjaan | Kekerasan tergantung pada proses |
Mana yang lebih kuat/kaku/duktil: Dalam kondisi yang dikerjakan mereka secara umum mirip. 444, dengan Mo dan Nb, cenderung menawarkan kekuatan yang sedikit lebih tinggi dan duktilitas yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan 441; namun, pemrosesan (pekerjaan dingin, ketebalan) biasanya mendominasi.
5. Kemampuan Las
Baja tahan karat ferritik umumnya dapat dilas, tetapi stabilisasi dan paduan residu mempengaruhi perilaku las.
- Indeks setara karbon dan kemampuan pengerasan berguna untuk menilai risiko retak dingin dan kebutuhan pemanasan awal/pemanasan setelahnya. Dua ungkapan yang umum digunakan adalah:
- Indeks kemampuan las (setara karbon IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Indeks gaya ketahanan pitting (Pcm) untuk penilaian kemampuan 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):
- Kedua 441 dan 444 memiliki karbon rendah dan nikel rendah, menghasilkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang rendah hingga moderat relatif terhadap stainless paduan tinggi; itu umumnya menunjukkan kemampuan las manual dan otomatis yang baik dengan bahan habis pakai stainless standar.
- Stabilisasi dengan Ti (441) atau Nb (444) mengurangi risiko sensitisasi pasca-las karena elemen-elemen ini mengikat karbon dan nitrogen.
- Molybdenum dan Nb pada 444 dapat sedikit meningkatkan kemampuan pengerasan dan kecenderungan untuk pembentukan intermetallic (misalnya, fase sigma) jika ditahan dalam rentang 600–900 °C untuk waktu yang lama; kontrol termal yang hati-hati dan pemilihan pengisi disarankan.
- Pemanasan awal dan suhu interpass yang terkontrol kurang umum diperlukan dibandingkan dengan jenis martensitik, tetapi kualifikasi prosedur las tetap penting untuk aplikasi kritis.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Konteks non-stainless: Tidak berlaku — keduanya adalah ferritik stainless dan membentuk film pasif kaya Cr.
- Untuk penilaian stainless, Angka Setara Ketahanan Pitting (PREN) adalah indeks komparatif yang berguna di mana molibdenum dan nitrogen secara signifikan meningkatkan ketahanan korosi lokal: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Interpretasi:
- 441: Kromium tinggi dan stabilisasi titanium memberikan ketahanan korosi umum yang baik dan ketahanan yang sangat baik terhadap oksidasi suhu tinggi; molibdenum yang terbatas berarti ketahanan pitting yang moderat di lingkungan klorida.
- 444: Dengan tambahan molibdenum dan stabilisasi niobium, 444 biasanya mencapai ketahanan yang lebih baik terhadap pitting dan korosi celah di media yang mengandung klorida dan ketahanan yang lebih baik di lingkungan akuatik agresif dibandingkan dengan 441.
- PREN adalah indeks komparatif; untuk jenis ferritik nilai PREN absolut biasanya lebih rendah dibandingkan austenitik paduan tinggi, tetapi PREN relatif membantu memprediksi perilaku pitting antara 441 dan 444.
- Perlindungan permukaan: Untuk baja non-stainless diskusi akan mencakup galvanisasi/pelapisan; untuk 441/444, penyelesaian permukaan (pengasaman, pasivasi) dan pelapis (keramik, aluminizing untuk suhu sangat tinggi) dapat lebih meningkatkan umur layanan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Dibentuk
- Pembentukan: 441 umumnya menunjukkan kinerja penarikan dalam dan pencetakan yang baik dalam temper yang dikerjakan; 444 dapat sedikit kurang dapat dibentuk tergantung pada tingkat Nb/Mo dan temper produk.
- Pembengkokan: Kedua jenis berkinerja baik saat dikerjakan; karakteristik pemulihan memerlukan kompensasi alat seperti pada ferritik lainnya.
- Kemudahan pemesinan: Baja tahan karat ferritik lebih rentan terhadap pengerasan kerja dan dapat sedikit "lengket" selama pemesinan. Praktik tipikal: gunakan alat tajam, pengaturan kaku, dan pendingin yang efektif. Mo dan Nb pada 444 dapat sedikit mengurangi kemudahan pemesinan relatif terhadap 441.
- Penyelesaian permukaan: Keduanya menghasilkan penyelesaian permukaan yang baik, tetapi pengasaman/pasivasi setelah fabrikasi disarankan untuk memulihkan integritas film pasif.
- Pekerjaan dingin: Dengan mudah memperkuat kedua jenis — sifat yang diizinkan dalam desain harus mencerminkan temper akhir.
8. Aplikasi Tipikal
| 441 — Penggunaan Tipikal | 444 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Komponen knalpot otomotif, peredam, dan manifold di mana ketahanan oksidasi dan kemampuan dibentuk diperlukan | Tabung dan jaket penukar panas di pabrik kimia, sistem desulfurisasi gas buang, dan peralatan maritim di mana ketahanan pitting sangat penting |
| Komponen oven dan tungku, trim dekoratif, dan peralatan konsumen | Pipa dan tabung untuk lingkungan akuatik korosif, aplikasi pesisir dengan paparan klorida yang tinggi |
| Papan tahan panas dan permukaan reflektif | Saluran dan komponen suhu tinggi di mana ketahanan korosi umum dan lokal yang lebih baik membenarkan biaya paduan |
Alasan pemilihan: - Pilih 441 ketika kromium tinggi, kemampuan dibentuk yang baik, dan kinerja stainless yang hemat biaya diperlukan (misalnya, knalpot otomotif, aplikasi lembaran umum). - Pilih 444 ketika paparan terhadap klorida atau media yang lebih agresif (lingkungan pitting/celah) atau umur yang lebih lama dalam kondisi korosif basah diharapkan, dan biaya paduan yang sedikit lebih tinggi dibenarkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 444 umumnya lebih mahal daripada 441 karena kandungan molibdenum dan niobium. Perbedaan biaya bervariasi dengan harga komoditas global untuk Mo dan Nb.
- Ketersediaan: 441 diproduksi secara luas untuk pasar otomotif dan lembaran/koil; 444 umum untuk tabung, koil, dan lembaran di pasar kimia dan tenaga tetapi dalam volume yang lebih kecil. Ketersediaan berdasarkan bentuk produk (tabung, strip, lembar) dan perlakuan panas akan bervariasi berdasarkan wilayah dan pemasok—spesifikasikan bentuk produk dan temper yang diperlukan lebih awal dalam pengadaan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (penilaian kualitatif: Rendah / Sedang / Tinggi atau Mirip):
| Atribut | 441 | 444 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Tinggi (baik) | Tinggi (baik), sedikit lebih perhatian untuk kontrol intermetallic |
| Kekuatan–Kekakuan (dikerjakan) | Moderat / Duktilitas baik | Moderat hingga sedikit lebih tinggi kekuatan / sedikit lebih rendah duktilitas |
| Ketahanan korosi (umum) | Baik | Lebih baik (terutama pitting/celah) |
| Biaya | Lebih rendah (lebih ekonomis) | Lebih tinggi (karena Mo/Nb) |
| Kemampuan dibentuk | Lebih baik | Sedikit lebih rendah (tergantung pada temper/produk) |
| Ketersediaan tipikal | Luas | Baik, tetapi lebih terbatas dalam beberapa bentuk produk |
Rekomendasi: - Pilih 441 jika: - Anda membutuhkan baja tahan karat ferritik yang hemat biaya dengan ketahanan oksidasi suhu tinggi yang baik, kemampuan dibentuk yang sangat baik, dan paparan klorida rendah hingga sedang (misalnya, knalpot otomotif, aplikasi lembaran umum). - Pilih 444 jika: - Aplikasi melibatkan lingkungan akuatik atau klorida yang lebih agresif di mana ketahanan pitting dan korosi celah yang lebih baik diperlukan, atau jika umur layanan yang lebih lama di bawah paparan korosif membenarkan biaya material yang lebih tinggi (misalnya, tabung penukar panas, peralatan proses kimia, komponen maritim).
Catatan akhir: Kedua jenis adalah ferritik dan distabilisasi untuk mengurangi sensitisasi; namun, kinerja yang tepat tergantung pada bentuk produk, temper, dan sejarah pengelasan/pemrosesan. Untuk aplikasi kritis, minta sertifikat pabrik, data korosi untuk lingkungan tertentu, dan kualifikasi prosedur las dari pemasok sebelum spesifikasi akhir.