904L vs 316L – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

904L dan 316L adalah dua baja tahan karat austenitik yang banyak digunakan dan sering bersaing dalam pemilihan material untuk peralatan proses kimia, maritim, dan farmasi. Insinyur dan manajer pengadaan sering mempertimbangkan ketahanan korosi, kemampuan pengelasan, dan biaya siklus hidup saat memilih antara keduanya—menyeimbangkan kebutuhan akan kinerja superior di lingkungan agresif dengan anggaran dan batasan pasokan. Dalam istilah umum, 904L adalah kelas austenitik yang lebih tinggi, tahan korosi, yang dirancang untuk layanan yang mengandung klorida dan asam yang agresif, sementara 316L adalah baja tahan karat austenitik karbon rendah "kuda kerja" yang banyak digunakan yang menawarkan ketahanan korosi umum yang baik, kemampuan pembentukan, dan ketersediaan yang ekonomis. Perbedaan ini menjelaskan mengapa keduanya sering dibandingkan dalam keputusan desain dan manufaktur.

1. Standar dan Penunjukan

Standar utama dan penunjukan umum untuk setiap kelas:

• 316L
• ASTM/ASME: UNS S31603, ASTM A240 (plat/lembar), ASTM A276 (batang), ASTM A479 (tempa/pipa), dll.
• EN: 1.4404 (juga sering dirujuk sebagai X2CrNiMo17‑12‑2)
• JIS: SUS316L
• GB: 0Cr17Ni12Mo2 (penunjukan Cina yang kira-kira)

• Klasifikasi: Baja tahan karat austenitik

• 904L

• ASTM/ASME: UNS N08904
• EN: 1.4539 (kadang-kadang dirujuk)
• JIS: Tidak umum digunakan sebagai kelas spesifik JIS; sering ditentukan oleh UNS
• GB: Keluarga setara tersedia di bawah penunjukan yang berbeda
• Klasifikasi: Baja tahan karat super-austenitik (austenitik paduan tinggi)

Keduanya adalah baja tahan karat (austenitik); tidak ada yang dianggap sebagai baja karbon, alat, atau HSLA dalam pengertian tradisional.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini mencantumkan rentang komposisi tipikal (wt%) untuk 316L dan 904L komersial yang umum. Nilai-nilai tersebut adalah rentang representatif yang digunakan dalam spesifikasi industri; pemilihan akhir harus merujuk pada standar atau sertifikat pabrik tertentu.

Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja - Krom memberikan ketahanan korosi umum dan stabilitas film oksida (krom yang lebih tinggi meningkatkan ketahanan pitting dasar). - Nikel menstabilkan fase austenitik, meningkatkan ketangguhan dan keuletan, serta meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi stres klorida dalam banyak konteks. - Molybdenum meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah di lingkungan klorida. - Tembaga dalam 904L meningkatkan ketahanan terhadap asam reduksi (misalnya, asam sulfat) dan meningkatkan stabilitas dalam media korosif tertentu. - Karbon rendah (penunjukan "L") mengurangi sensitisasi selama pengelasan dan membatasi korosi intergranular.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Kedua 316L dan 904L pada dasarnya sepenuhnya austenitik (kubus pusat wajah) dalam kondisi annealed. Perilaku mikrostruktural dan perlakuan panas yang kunci:

• Mikrostruktur tipikal
• 316L: Austenit stabil dengan kemungkinan delta ferrit di las atau zona kerja dingin jika tidak dikendalikan dengan baik. Ukuran butir dan pembentukan kembar terjadi tergantung pada sejarah termo-mekanis.

• 904L: Juga sepenuhnya austenitik tetapi dengan kandungan Ni dan Mo/Cu yang lebih tinggi yang menstabilkan austenit dan mengurangi kecenderungan terhadap pembentukan ferrit atau martensit. 904L menunjukkan ketahanan yang kuat terhadap presipitasi karbida (sensitisasi).

• Perlakuan panas dan pemrosesan

• Kedua kelas tidak mengeras dengan rute pendinginan & temper konvensional. Annealing (perlakuan larutan) adalah proses standar untuk mengembalikan keuletan dan ketahanan korosi: biasanya anneal larutan pada suhu sekitar 1.040–1.120 °C diikuti dengan pendinginan cepat (pendinginan air) untuk mempertahankan struktur austenitik dan melarutkan karbida.
• Pemrosesan termo-mekanis (pekerjaan dingin) meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan. Tidak ada kelas yang dapat diperkuat secara signifikan melalui perlakuan panas konvensional; penguatan dicapai melalui pengerasan kerja atau pembentukan dingin diikuti dengan kemungkinan stabilisasi (misalnya, untuk 316Ti).
• Paparan berkepanjangan dalam rentang 450–870 °C dapat mempromosikan fase sigma atau presipitasi karbida kromium dalam austenitik yang sangat paduan; Ni dan Cu yang tinggi pada 904L mengurangi tetapi tidak menghilangkan risiko pada paparan layanan ekstrem.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik tipikal dalam kondisi annealed tergantung pada bentuk produk (lembar, plat, batang) dan standar spesifik. Tabel memberikan nilai annealed representatif yang umum digunakan untuk perbandingan desain; konsultasikan sertifikat material untuk data proyek.

Interpretasi - Kekuatan: Kedua kelas menunjukkan sifat tarik yang secara umum serupa dalam keadaan annealed; pekerjaan dingin meningkatkan kekuatan untuk keduanya. 904L dapat menunjukkan kekuatan sedikit lebih tinggi dalam beberapa bentuk produk karena paduan, tetapi perbedaan seringkali kecil relatif terhadap margin desain. - Ketangguhan dan keuletan: Keduanya sangat ulet dan tangguh pada suhu ambien karena struktur austenitik sepenuhnya. Kandungan nikel tinggi pada 904L umumnya meningkatkan ketangguhan pada suhu rendah dan mengurangi kerentanan terhadap kerapuhan. - Sifat mekanik terutama dikendalikan oleh pengerasan kerja dan pembentukan dingin daripada perlakuan panas; desain harus merujuk pada sertifikat material spesifik.

5. Kemampuan Pengelasan

Pertimbangan kemampuan pengelasan mencakup kandungan karbon, paduan, dan indeks kekerasan.

• Kedua 316L dan 904L memiliki tingkat karbon rendah (kelas "L"), yang mengurangi risiko sensitisasi dan korosi intergranular setelah pengelasan dan meningkatkan kemampuan pengelasan.
• Penggunaan logam pengisi austenitik standar (misalnya, nikel yang cocok atau lebih tinggi, berbasis Ni jika diperlukan) dan prosedur pengelasan yang sesuai adalah hal yang biasa. Annealing larutan pasca pengelasan jarang diperlukan untuk aplikasi standar tetapi dapat digunakan untuk ketahanan korosi kritis.
• Indeks kemampuan pengelasan (untuk panduan perbandingan kualitatif):
• Setara karbon (bentuk IIW): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
• Setara ketahanan korosi pitting untuk sensitivitas 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
• 316L: Kemampuan pengelasan yang baik, banyak digunakan dan dipahami dengan baik. Karbon rendah meminimalkan sensitisasi; pemilihan logam pengisi sederhana.
• 904L: Juga dapat dilas tetapi memerlukan perhatian. Mo dan Cr yang lebih tinggi meningkatkan istilah CE dan Pcm relatif terhadap 316L; Ni yang lebih tinggi mengurangi kekerasan tetapi dapat mempengaruhi kerentanan terhadap retak panas jika logam pengisi atau parameter yang tidak tepat digunakan. 904L sering memerlukan pengisi yang cocok dengan nikel yang cukup dan mungkin lebih sensitif terhadap input panas dan kontrol pencampuran. Pemanasan awal umumnya tidak diperlukan; kontrol suhu antar proses dan pembersihan sangat penting.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Untuk baja non-tahan karat: perlindungan standar adalah galvanisasi, pengecatan, perlindungan katodik, dan pelapisan. (Tidak berlaku untuk dua kelas tahan karat ini yang bergantung pada film pasif.)

• Indeks korosi tahan karat

• Angka Setara Ketahanan Pitting (PREN) biasanya digunakan untuk membandingkan ketahanan pitting: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• PREN kira-kira (menggunakan komposisi rentang tengah yang representatif):
  • 316L: dengan Cr ≈ 17% dan Mo ≈ 2.5% → PREN ≈ 17 + 3.3×2.5 ≈ 25.25
  • 904L: dengan Cr ≈ 20% dan Mo ≈ 4.5% → PREN ≈ 20 + 3.3×4.5 ≈ 34.85

• Interpretasi: PREN yang lebih tinggi menunjukkan ketahanan yang lebih besar terhadap serangan lokal (pitting/celah) di lingkungan klorida. PREN 904L yang jauh lebih tinggi dan penambahan tembaga memberikan ketahanan superior di banyak lingkungan klorida agresif dan asam reduksi (misalnya, asam sulfat), sementara 316L memberikan ketahanan pitting umum yang baik untuk paparan klorida sedang.

• Ketika PREN tidak berlaku

• PREN adalah indeks yang disederhanakan yang berfokus pada pitting; itu tidak sepenuhnya menangkap perilaku di lingkungan yang sangat mengoksidasi, korosi umum dalam asam sulfat, atau kerentanan terhadap retak korosi stres. Penilaian aplikasi nyata memerlukan pengujian atau penilaian teknik korosi yang berpengalaman.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan

• Kemampuan mesin
• 316L: Kemampuan mesin yang adil hingga buruk relatif terhadap baja karbon; pengerasan kerja selama pemotongan memerlukan alat yang kaku dan umpan yang sesuai. Kinerja meningkat dengan alat karbida yang dilapisi dan parameter yang dioptimalkan.
• 904L: Umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan 316L karena kandungan nikel yang lebih tinggi dan pengerasan kerja yang meningkat; keausan alat dan gaya pemotongan lebih tinggi. Paduan kaya nikel sering memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih rendah dan alat yang kuat.
• Kemampuan pembentukan dan pembengkokan
• Kedua kelas memiliki kemampuan pembentukan yang baik dalam kondisi annealed; 316L banyak digunakan untuk penarikan dalam dan bentuk kompleks. 904L dapat dibentuk tetapi mungkin memerlukan gaya pembentukan yang lebih tinggi dan perhatian terhadap pemulihan; annealing setelah pembentukan berat sering digunakan.
• Penyelesaian permukaan
• Polishing dan pasivasi efektif untuk keduanya; 904L mungkin memerlukan sedikit perbedaan dalam kimia pencucian/pembersihan karena kandungan Cu dan Mo. Pencucian dan pasivasi yang tepat mengembalikan film pasif dan mengoptimalkan kinerja korosi.

8. Aplikasi Tipikal

Alasan pemilihan - 316L dipilih untuk proyek yang sensitif terhadap biaya yang memerlukan ketahanan korosi umum yang dapat diandalkan, kemampuan pembentukan yang baik, dan ketersediaan yang luas. - 904L dipilih ketika layanan mencakup lingkungan klorida agresif, konsentrasi tinggi asam reduksi, atau ketika umur panjang dengan pemeliharaan korosi minimal sangat penting meskipun biaya awal yang lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya
• 904L biasanya memiliki premi yang signifikan dibandingkan 316L karena kandungan nikel dan molybdenum yang lebih tinggi serta inklusi tembaga. Perbedaan harga bisa sangat besar dan berfluktuasi dengan pasar logam paduan.
• Ketersediaan
• 316L: Sangat umum di pabrik-pabrik di seluruh dunia dalam banyak bentuk produk (lembar, plat, pipa, tabung, batang, tempa).
• 904L: Tersedia dengan mudah dari pemasok khusus dan pabrik yang lebih besar, tetapi rentang bentuk produk dan waktu pengiriman mungkin lebih terbatas dibandingkan 316L; fabrikasi khusus dan perencanaan pengadaan sering kali diperlukan untuk volume besar.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Rekomendasi - Pilih 316L jika: - Aplikasi memerlukan ketahanan korosi umum yang dapat diandalkan di lingkungan klorida sedang atau atmosfer, dikombinasikan dengan kemampuan pembentukan yang baik dan biaya ekonomis. - Kesederhanaan rantai pasokan dan opsi material serta fabrikasi yang luas adalah prioritas. - Sistem tidak menghadapi paparan berkepanjangan terhadap tingkat klorida tinggi, asam reduksi yang kuat, atau lingkungan yang menuntut PREN yang sangat tinggi.

• Pilih 904L jika:
• Lingkungan layanan mencakup klorida agresif, asam sulfat atau asam reduksi lainnya, atau kondisi yang rentan terhadap pitting dan korosi celah yang parah.
• Umur layanan yang panjang dengan pemeliharaan korosi minimal adalah prioritas dan proyek dapat membenarkan biaya material yang lebih tinggi.
• Keahlian pengelasan dan fabrikasi tersedia untuk mengontrol prosedur dan menentukan logam pengisi yang sesuai.

Catatan akhir: Pemilihan material harus mempertimbangkan seluruh sistem—suhu, konsentrasi klorida, aliran, celah, keadaan stres, metode fabrikasi, dan biaya siklus hidup. Pengujian perendaman laboratorium, data elektrokimia, atau pengalaman lapangan dengan fluida proses tertentu disarankan untuk layanan kritis.