444 vs 441 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
Memilih antara stainless steel grade 444 dan 441 adalah dilema umum bagi insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur yang bekerja di lingkungan korosif, sistem suhu tinggi, dan aplikasi knalpot otomotif. Keputusan ini biasanya mempertimbangkan ketahanan korosi (terutama ketahanan terhadap pitting dan klorida), stabilitas termal jangka panjang, kemampuan las, dan total biaya kepemilikan (material ditambah fabrikasi).
Pada tingkat tinggi, baik 444 maupun 441 adalah stainless steel ferritik yang dioptimalkan untuk penggerak layanan yang berbeda: satu menekankan peningkatan ketahanan korosi di lingkungan yang mengandung klorida atau basah melalui penambahan seperti molibdenum dan stabilisator untuk mencegah sensitisasi batas butir, sementara yang lain menekankan ketahanan oksidasi suhu tinggi dan stabilitas termal melalui stabilisasi titanium dan komposisi yang disesuaikan untuk penggunaan knalpot otomotif dan tahan panas. Karena keduanya adalah ferritik dengan nikel rendah, mereka sering dibandingkan di mana solusi bebas nikel atau rendah nikel diperlukan.
1. Standar dan Penunjukan
- Sistem standar utama yang mencakup grade stainless ferritik termasuk ASTM/ASME, UNS, EN (Eropa), JIS (Standar Industri Jepang), dan GB (standar nasional Tiongkok).
- Identifikasi komersial umum: material ini diklasifikasikan sebagai stainless steel ferritik (karbon rendah, berbasis kromium, rendah nikel).
- Bentuk produk khas yang dicakup oleh standar: lembaran, strip, koil, pelat, dan pipa las untuk komponen penukar panas dan knalpot.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut merangkum fitur paduan khas dan keberadaan relatif elemen umum dalam 444 dan 441. Nilai disajikan secara kualitatif (keberadaan relatif atau fungsi) daripada persentase yang tepat, karena pemilihan dan kinerja dikendalikan oleh perbedaan kecil dalam strategi paduan.
| Elemen | Peran / efek | Grade 444 (relatif) | Grade 441 (relatif) |
|---|---|---|---|
| C (karbon) | Kekuatan, kemampuan pengerasan, pembentukan karbida | Sangat rendah (terkendali) | Sangat rendah (terkendali; Ti-stabilized) |
| Mn (mangan) | Stabilisator austenit, deoksidator | Rendah–sedang | Rendah–sedang |
| Si (silikon) | Deoksidasi, kekuatan suhu tinggi | Rendah–sedang | Rendah–sedang |
| P (fosfor) | Kotoran (rapuh pada tingkat tinggi) | Sangat rendah | Sangat rendah |
| S (sulfur) | Mudah diproses (tidak diinginkan untuk korosi) | Sangat rendah | Sangat rendah |
| Cr (kromium) | Pasivasi, ketahanan korosi | Tinggi (basis ferritik kromium) | Tinggi (basis ferritik kromium) |
| Ni (nikel) | Stabilisator austenit (rendah dalam ferritik) | Sangat rendah | Sangat rendah |
| Mo (molibdenum) | Ketahanan pitting/crevice, penguatan larutan padat | Sedang–signifikan (pembedaan kunci) | Rendah–jejak |
| V (vanadium) | Penguatan, pembentuk karbida | Jejak atau tidak ada | Jejak atau tidak ada |
| Nb (niobium) | Stabil terhadap sensitisasi; pembentuk karbida | Ada (mikro-paduan/stabilisasi) | Biasanya tidak digunakan |
| Ti (titanium) | Stabilisasi karbon (mencegah sensitisasi, meningkatkan creep suhu tinggi) | Mungkin ada dalam jumlah kecil | Ada (stabilisator utama) |
| B (boron) | Penguat batas butir (sangat rendah) | Jejak/tidak ada | Jejak/tidak ada |
| N (nitrogen) | Penguatan dan ketahanan pitting (terbatas dalam ferritik) | Sangat rendah | Sangat rendah |
Penjelasan strategi: - 444: paduan menekankan kromium untuk pasivitas ditambah molibdenum dan mikro-paduan (misalnya, Nb) untuk meningkatkan ketahanan pitting/crevice dan menghambat presipitasi karbida intergranular—ini mendukung penggunaan dalam layanan korosif yang mengandung klorida dan basah. - 441: paduan menekankan stabilisasi titanium karbon untuk meningkatkan stabilitas suhu tinggi, mengurangi sensitisasi selama siklus termal, dan memberikan ketahanan oksidasi yang baik untuk sistem knalpot; Mo biasanya minimal.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Kedua 444 dan 441 pada dasarnya adalah stainless steel ferritik; mikrostruktur stabil pada suhu kamar mereka adalah kubik berpusat badan (ferrit). Poin-poin mikrostruktural kunci:
- Fase utama: ferrit dengan jumlah kecil karbida paduan, nitride, atau intermetallic tergantung pada sejarah termal.
- 441: Stabilisasi Ti mengikat karbon sebagai karbida/nitride titanium, mencegah presipitasi karbida kromium di batas butir selama paparan termal—ini meningkatkan ketahanan terhadap sensitisasi dan karburisasi selama suhu tinggi siklik (tipikal sistem knalpot).
- 444: penambahan molibdenum dan mikro-paduan mempromosikan film pasif yang stabil dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi lokal; Nb atau stabilisator lain, jika ada, membantu mengikat karbon dan mengurangi risiko sensitisasi.
Respons perlakuan panas: - Annealing larutan dan pendinginan cepat digunakan untuk melarutkan presipitat dan memulihkan ketahanan korosi. Stainless steel ferritik khas tidak merespons quench-and-temper untuk menghasilkan martensit seperti beberapa baja—peningkatan kekuatan dicapai terutama melalui pengerjaan dingin daripada tempering. - Normalisasi dan annealing mengurangi stres dan dapat mempengaruhi ukuran butir; paparan berkepanjangan dalam rentang suhu menengah dapat mempromosikan pembentukan fase sigma atau intermetallic dalam ferritik kaya Cr jika keseimbangan paduan tidak tepat—siklus termal yang hati-hati penting untuk 444 karena penambahan paduannya. - Pemrosesan termo-mekanis dan pengerjaan dingin yang terkontrol adalah jalur umum untuk meningkatkan kekuatan untuk kedua grade; stabilisasi Ti pada 441 membuatnya lebih toleran terhadap siklus termal berulang.
4. Sifat Mekanik
Perilaku mekanik antara kedua grade dekat karena keduanya adalah stainless steel ferritik; namun, perbedaan paduan mempengaruhi kekuatan, duktilitas, dan ketangguhan.
| Sifat | Grade 444 (perbandingan khas) | Grade 441 (perbandingan khas) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Sedang hingga sedang tinggi (penguatan larutan padat oleh Mo) | Sedang (dapat ditingkatkan dengan pengerjaan dingin) |
| Kekuatan Luluh | Sedang | Sedang (serupa, tergantung pada pengerjaan dingin) |
| Panjang (duktilitas) | Baik tetapi berkurang dengan pengerjaan dingin atau paduan berat | Biasanya sedikit lebih baik duktilitas pada pemrosesan yang setara (Ti menstabilkan karbida) |
| Ketangguhan Dampak | Baik pada suhu ambien; dapat turun pada suhu rendah seperti banyak ferritik | Baik pada suhu ambien; sebanding, sering lebih baik dipertahankan pada siklus termal karena stabilisasi Ti |
| Kekerasan | Sedang (dapat diperkeras) | Sedang (dapat diperkeras) |
Siapa yang lebih kuat/lebih tangguh/lebih duktil dan mengapa: - Perbedaan kekuatan adalah moderat dan sangat tergantung pada pemrosesan. 444 mungkin mencapai kekuatan as-rolled yang sedikit lebih tinggi dari penguatan larutan padat Mo; stabilitas mekanik 441 pada suhu tinggi seringkali lebih unggul karena titanium membentuk karbida stabil yang mencegah presipitasi karbida yang membuat rapuh. - Ketangguhan dan duktilitas dipengaruhi oleh tingkat pengerjaan dingin dan sejarah termal; tidak ada grade yang dioptimalkan untuk ketangguhan kriogenik dibandingkan dengan grade austenitik.
5. Kemampuan Las
Pertimbangan kemampuan las untuk stainless steel ferritik bergantung pada kandungan karbon rendah, kontributor kemampuan pengerasan, dan stabilisator:
- Kandungan karbon rendah pada kedua grade mengurangi kerentanan terhadap retak dingin, tetapi stainless steel ferritik dapat rentan terhadap pertumbuhan butir di zona yang terpengaruh panas jika input panas yang berlebihan digunakan.
- Paduan dengan Mo dan elemen mikro-paduan dalam 444 meningkatkan potensi untuk mengubah sifat HAZ dibandingkan ferritik yang lebih sederhana, sehingga prosedur pengelasan harus mengontrol suhu antar las dan input panas.
- Stabilisasi Ti pada 441 mengurangi presipitasi karbida dan membuat las kurang rentan terhadap korosi intergranular setelah pengelasan dan siklus termal.
Indeks kemampuan las yang berguna: - Ekivalen karbon (bentuk IIW) umum digunakan untuk menilai risiko pengerasan: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Pcm (WRC/IIW) memberikan ukuran lain untuk sensitivitas retak 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 grade biasanya menunjukkan kemampuan las yang baik dengan praktik TIG/MIG/GMAW standar ketika suhu pra-panas dan antar las dikontrol dan logam pengisi yang kompatibel dengan stainless steel ferritik digunakan. - 441 sering menunjukkan kinerja pasca-las yang lebih mudah dalam layanan suhu tinggi siklik karena stabilisasi Ti; 444 mungkin memerlukan perhatian pada pemilihan pengisi dan input panas untuk mempertahankan ketahanan korosi di dekat las, terutama di lingkungan yang mengandung klorida.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Untuk stainless (baik 444 maupun 441 adalah stainless), kinerja film pasif didorong oleh kromium dengan peningkatan dari Mo atau N.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) adalah indeks berguna untuk membandingkan ketahanan korosi lokal: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Interpretasi:
- 444 biasanya memiliki PREN yang lebih tinggi daripada 441 karena kandungan molibdenum yang lebih tinggi, menjadikannya lebih baik di lingkungan yang mengandung klorida atau terpapar air laut.
- Stabilisasi Ti pada 441 tidak secara substansial meningkatkan PREN, tetapi meningkatkan ketahanan terhadap sensitisasi dan masalah karburisasi/oksidasi suhu tinggi.
Ketika perlindungan non-stainless diperlukan: - Jika paduan non-stainless sedang dipertimbangkan, galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan polimer adalah standar. Untuk grade stainless ferritik, pelapisan dapat diterapkan untuk estetika atau perlindungan tambahan terhadap abrasi/kimia, tetapi ketahanan korosi intrinsiknya sering kali cukup tanpa pelapisan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Kemampuan mesin: Stainless steel ferritik umumnya lebih mudah diproses daripada stainless steel austenitik tetapi dapat lebih keras daripada baja karbon biasa. 444 yang mengandung Mo mungkin menyebabkan lebih banyak keausan alat daripada 441.
- Formabilitas: 441 (dengan stabilisasi Ti) cenderung memiliki formabilitas yang sedikit lebih baik dalam kondisi suhu tinggi atau termal siklik; keduanya dapat dibentuk dengan operasi press-brake dan roll-forming standar, tetapi springback adalah karakteristik ferritik.
- Penyelesaian permukaan: Kedua grade menerima praktik penyelesaian umum (menggosok, memoles); kandungan Mo pada 444 dapat mempengaruhi perilaku etsa dan pengasaman dan memerlukan perlakuan kimia yang tepat untuk memulihkan pasivitas setelah fabrikasi.
8. Aplikasi Khas
| Grade 444 — Penggunaan Khas | Grade 441 — Penggunaan Khas |
|---|---|
| Penukar panas air laut, pipa air laut, pompa dan katup air asin | Komponen knalpot otomotif, peredam suara, rumah konverter katalitik, pelindung panas |
| Desulfurisasi gas buang, peralatan pemrosesan kimia yang terpapar klorida | Bagian furnace suhu tinggi dan penyangga isolasi termal |
| Koil HVAC dan kondensor di atmosfer korosif | Komponen siklus termal di mana ketahanan karburisasi penting |
| Peralatan pemrosesan makanan dengan paparan klorida (di mana nikel rendah diinginkan) | Komponen struktural yang terpapar oksidasi suhu tinggi dengan beban siklik |
Alasan pemilihan: - Pilih 444 di mana korosi lokal (pitting/crevice) di lingkungan klorida menjadi perhatian utama dan kandungan nikel rendah diperlukan. - Pilih 441 di mana ketahanan oksidasi suhu tinggi, stabilitas siklus termal, dan produksi skala otomotif yang sensitif terhadap biaya mendominasi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: 444 umumnya lebih mahal daripada 441 karena molibdenum dan elemen mikro-paduan meningkatkan biaya bahan baku. 441 seringkali lebih ekonomis untuk bagian otomotif yang diproduksi massal karena paduan yang disesuaikan dan volume produksi yang tinggi.
- Ketersediaan: 441 tersedia secara luas dalam koil dan lembaran untuk OEM otomotif dan pemasok; 444 tersedia melalui distributor stainless khusus dalam lembaran, pelat, dan pipa las untuk aplikasi penukar panas dan proses tetapi mungkin memiliki bentuk stok yang lebih terbatas di beberapa pasar.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (penilaian kualitatif: Baik / Lebih Baik / Lebih Tinggi / Lebih Rendah)
| Atribut | 444 | 441 |
|---|---|---|
| Kemampuan Las | Baik (memerlukan kontrol input panas) | Baik (Ti menstabilkan HAZ) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Baik (Mo meningkatkan kekuatan) | Baik (stabilitas termal dengan Ti) |
| Ketahanan Korosi Lokal (klorida) | Lebih Baik (Mo lebih tinggi) | Lebih Rendah (Mo lebih sedikit) |
| Oksidasi Suhu Tinggi & Siklus Termal | Baik | Lebih Baik (stabilisasi Ti) |
| Biaya | Lebih Tinggi | Lebih Rendah / Lebih ekonomis |
Rekomendasi penutup: - Pilih 444 jika Anda memerlukan ketahanan korosi lokal yang ditingkatkan (pitting/crevice) di lingkungan yang mengandung klorida atau basah dan dapat membenarkan biaya material yang lebih tinggi; ini sangat cocok untuk pipa penukar panas air laut, desalinasi, dan layanan kimia di mana Mo dan stabilisator memperpanjang umur layanan. - Pilih 441 jika aplikasi membutuhkan stabilitas termal, ketahanan terhadap karburisasi dan paparan suhu tinggi siklik (misalnya, sistem knalpot otomotif, peredam suara, dan pelindung panas), memerlukan formabilitas yang baik dan efisiensi biaya pada skala, atau ketika perilaku yang distabilkan Ti untuk menghindari sensitisasi setelah pengelasan penting.
Catatan akhir: baik 444 maupun 441 adalah stainless steel ferritik spesialis yang dioptimalkan untuk lingkungan yang berbeda. Pemilihan material harus disertai dengan konsultasi lembar data produk spesifik, spesifikasi prosedur pengelasan, dan pengujian korosi spesifik aplikasi (termasuk pengujian pitting, crevice, dan oksidasi suhu tinggi) untuk memvalidasi kinerja jangka panjang untuk layanan yang dimaksud.