TP304 vs TP304L – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

TP304 dan TP304L adalah jenis baja tahan karat austenitik yang umum ditentukan untuk bejana tekan, pipa, tangki, dan fabrikasi yang tahan korosi secara umum. Insinyur dan tim pengadaan sering mempertimbangkan ketahanan korosi, kemampuan las, kinerja mekanis, dan biaya siklus hidup saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk rakitan las yang memerlukan penghindaran pemanasan solusi pasca-las, atau desain yang memprioritaskan kekuatan sedikit lebih tinggi di mana risiko sensitisasi dapat dikendalikan.

Perbedaan metalurgi utama antara kedua jenis ini adalah kandungan karbon maksimum mereka: TP304 mengizinkan batas atas normal untuk jenis baja tahan karat 304, sementara TP304L adalah varian rendah karbon yang dimaksudkan untuk mengurangi risiko presipitasi karbida kromium dan korosi intergranular yang diakibatkan pada komponen yang dilas. Karena kadar kromium dan nikel mereka pada dasarnya serupa, kedua jenis ini dibandingkan terutama untuk perilaku pengelasan, sensitivitas pemrosesan termal, dan sifat mekanis yang dihasilkan.

1. Standar dan Penunjukan

Standar dan spesifikasi internasional umum yang mencakup jenis ini termasuk: - ASTM / ASME: ASTM A240 / ASME SA-240 (lembaran & pelat), ASTM A276 (batang), ASTM A312 (pipa) — TP304 dan TP304L muncul di bawah keluarga jenis 304. - EN: Seri EN 10088; penunjukan EN 1.4301 (304) dan EN 1.4306 (304L) sering digunakan di Eropa. - JIS: SUS304 dan SUS304L (Standar Industri Jepang). - GB: GB/T 3280 dll. (standar nasional Tiongkok) menggunakan nama yang serupa.

Klasifikasi: baik TP304 maupun TP304L adalah baja tahan karat austenitik (tahan karat, bukan karbon, paduan, alat, atau baja HSLA). Prefiks “TP” umumnya digunakan dalam konteks bejana tekan ASME/ASTM untuk menunjukkan material yang diizinkan.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: Komposisi kimia khas (wt %) — nilai diberikan sebagai batas spesifikasi umum dari praktik ASTM/ASME yang banyak digunakan. Standar individu dan produsen dapat menerbitkan batas yang sedikit berbeda; selalu konfirmasi terhadap spesifikasi pengadaan yang spesifik.

Bagaimana strategi paduan mempengaruhi sifat: - Kromium (Cr ~18–20%): memberikan film oksida pasif yang bertanggung jawab atas ketahanan korosi umum dan ketahanan oksidasi. - Nikel (Ni ~8–10.5%): menstabilkan struktur kristal austenitik, meningkatkan ketangguhan dan keuletan, serta meningkatkan ketahanan korosi di lingkungan tertentu. - Karbon (C): meningkatkan kekuatan melalui penguatan larutan padat dan berkontribusi pada pembentukan karbida kromium di batas butir jika terpapar suhu yang sensitif (sekitar 425–850°C). Batas karbon yang lebih rendah dari TP304L adalah strategi yang disengaja untuk menekan presipitasi karbida di daerah yang terpengaruh panas setelah pengelasan atau pasca-las. - Mangan dan silikon hadir sebagai deoksidator dan modifikasi kekuatan; sulfur dan fosfor dikendalikan sebagai kotoran yang dapat merusak ketangguhan dan ketahanan korosi. - Unsur paduan seperti Mo, Nb, Ti, atau V tidak khas untuk 304/304L biasa (itu khas untuk jenis lain seperti 316, 347, dll.).

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Kedua TP304 dan TP304L adalah austenitik (kubus berpusat wajah) pada suhu kamar ketika dikerjakan dengan perlakuan panas larutan. Fitur mikrostruktural dan respons termal yang khas:

• Mikrostruktur setelah perlakuan panas: sepenuhnya austenitik, dengan karbida yang terdispersi biasanya dalam larutan jika material telah diperlakukan panas larutan dengan tepat (misalnya, 1010–1150°C diikuti dengan pendinginan cepat).
• Sensitisasi: TP304, dengan karbon yang lebih tinggi diizinkan, lebih rentan terhadap presipitasi karbida kromium di batas butir ketika berada dalam rentang sensitisasi (sekitar 425–850°C), yang mengarah pada pengurangan lokal kromium dan peningkatan risiko korosi intergranular. Kandungan karbon rendah TP304L mengurangi dorongan untuk pembentukan karbida, meningkatkan ketahanan terhadap sensitisasi di sambungan las atau pendinginan lambat.
• Perlakuan panas:
• Pemanasan larutan / pengasaman: rute standar untuk melarutkan karbida dan mengembalikan ketahanan korosi—umumnya dilakukan pada sekitar 1010–1150°C diikuti dengan pendinginan cepat.
• Normalisasi dan pendinginan tidak efektif sebagai perlakuan penguatan untuk baja tahan karat austenitik (mereka adalah austenit stabil pada suhu kamar); jenis ini tidak mengeras melalui transformasi martensitik seperti beberapa baja.
• Proses termo-mekanis dan pengerjaan dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan dan dapat menginduksi sejumlah kecil martensit dalam 304 tergantung pada deformasi dan suhu (lebih banyak pada 304 dibandingkan beberapa jenis yang distabilkan).
• Varian yang distabilkan (misalnya, 347 dengan Nb atau 321 dengan Ti) adalah alternatif di mana penghindaran pemanasan pasca-las diperlukan tetapi kekuatan lebih tinggi atau ketahanan creep tertentu juga dibutuhkan.

4. Sifat Mekanis

Tabel: Sifat mekanis khas untuk kondisi yang dikerjakan panas (nilai bersifat representatif dan tergantung pada bentuk produk dan spesifikasi yang tepat; verifikasi dari sertifikat uji material).

Penjelasan: - TP304 umumnya menunjukkan kekuatan luluh dan tarik yang sedikit lebih tinggi dibandingkan TP304L karena karbon berkontribusi pada penguatan larutan padat. Perbedaan ini moderat dalam keadaan dikerjakan panas. - Kedua jenis menunjukkan keuletan dan ketangguhan yang sangat baik pada suhu ambien; ketangguhan pada suhu rendah tetap baik karena matriks austenitik. - Karena karbon adalah kontributor kekuatan yang relatif kecil dibandingkan dengan nikel dan efek pengerjaan dingin, kontrol proses yang ketat dan tingkat pengerjaan dingin dapat menggeser sifat lebih dari perbedaan karbon 304 vs 304L.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las berfokus pada risiko sensitisasi, retak panas, dan kebutuhan untuk perlakuan panas pasca-las.

• Efek karbon: batas maksimum karbon yang lebih rendah di TP304L mengurangi kecenderungan untuk membentuk karbida kromium di zona terpengaruh panas las; sehingga TP304L lebih disukai untuk pengelasan multi-lalui atau pengelasan besar di mana pemanasan larutan pasca-las tidak akan dilakukan.
• Kekerasan/kekerasan: baja tahan karat austenitik tidak rentan terhadap pengerasan pendinginan; retak panas adalah perhatian utama dalam pengelasan dan biasanya dikelola dengan mengendalikan kontaminasi, pemilihan pengisi, dan desain sambungan.
• Indeks setara karbon dan kemampuan las dapat digunakan secara kualitatif. Contoh:
• $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
• $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
• Interpretasi: $C$ yang lebih rendah mengurangi $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, menunjukkan kecenderungan yang lebih rendah untuk masalah terkait las seperti korosi intergranular dan jenis retak tertentu. Dalam praktiknya, TP304L sering memungkinkan pengelasan tanpa pemanasan larutan selanjutnya, sementara TP304 mungkin memerlukan perhatian lebih (pengendalian input panas, pendinginan cepat, atau pemanasan pasca-las) untuk menghindari sensitisasi dalam layanan kritis.

Logam pengisi: komposisi pengisi yang cocok atau lebih tinggi digunakan; untuk struktur las di mana ketahanan korosi sangat penting, pengisi dari keluarga rendah karbon atau distabilkan sering dipilih.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kedua TP304 dan TP304L bergantung pada kandungan Cr/Ni untuk pembentukan film pasif dan menunjukkan ketahanan yang baik terhadap korosi atmosfer, banyak asam organik, dan lingkungan anorganik ringan.
• Risiko korosi intergranular lebih tinggi untuk TP304 jika material terpapar suhu sensitisasi setelah fabrikasi. TP304L meminimalkan risiko ini karena kandungan karbon yang lebih rendah.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) biasanya diterapkan pada jenis yang mengandung Mo; untuk konteks: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Untuk 304/304L, Mo pada dasarnya tidak ada dan N rendah, sehingga PREN moderat — yang berarti tidak ada jenis yang cocok untuk lingkungan yang mengandung klorida tinggi di mana korosi pitting dan celah adalah masalah kritis (jenis dengan Mo, misalnya, 316, atau superaustenitik dengan Cr tinggi, dipilih untuk layanan semacam itu).
• Perlindungan permukaan: untuk baja non-tahan karat, galvanisasi/pelapisan adalah standar; untuk TP304/TP304L biasanya tidak diperlukan kecuali perlindungan estetika atau abrasif diperlukan. Pasivasi dengan asam nitrat setelah fabrikasi adalah hal umum untuk mengembalikan ketahanan korosi yang optimal.

7. Fabrikasi, Kemudahan Mesin, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pembentukan: kedua jenis sangat dapat dibentuk dalam kondisi dikerjakan panas dan sering digunakan untuk penarikan dalam, pembengkokan, dan operasi pemintalan. Karbon rendah di TP304L tidak secara material mengubah karakteristik pembentukan.
• Kemudahan mesin: baja tahan karat austenitik umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon karena ketangguhan tinggi dan pengerasan kerja. TP304 dapat menunjukkan kekerasan sedikit lebih tinggi dan pengerasan kerja yang lebih cepat dibandingkan TP304L, yang dapat sedikit mengurangi umur alat; namun, perbedaan ini kecil dan strategi alat (rigiditas, umpan/laju, pendingin) mendominasi.
• Penyelesaian permukaan dan penghalusan: keduanya menghasilkan penyelesaian permukaan yang baik; pengelasan dan pewarnaan panas memerlukan pembersihan kimia/mekanis untuk mengembalikan film pasif permukaan.
• Respons pengerjaan dingin: pembentukan dingin meningkatkan kekuatan melalui pengerasan regangan; perlakuan panas yang hati-hati digunakan untuk mengembalikan keuletan jika diperlukan.

8. Aplikasi Khas

Rasional pemilihan: - Pilih TP304 di mana kekuatan tarik/luluh yang sedikit lebih tinggi bermanfaat dan di mana kontrol fabrikasi (atau pemanasan larutan pasca-fabrikasi) akan mengelola risiko sensitisasi. - Pilih TP304L di mana pengelasan yang luas diperlukan dan menghindari perlakuan panas pasca-las penting untuk menjaga ketahanan korosi di zona yang terpengaruh panas.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: TP304 biasanya sedikit lebih murah dibandingkan TP304L berdasarkan per kilogram karena spesifikasi 304L dapat memerlukan kontrol peleburan dan karbon yang lebih ketat, dan kadang-kadang penyesuaian nikel yang sedikit lebih tinggi. Harga pasar bervariasi dengan harga komoditas Ni dan Cr; premi untuk jenis L biasanya moderat.
• Ketersediaan: kedua jenis tersedia secara luas dalam bentuk pelat, lembaran, gulungan, pipa, tabung, batang, dan kawat dari pemasok global. Beberapa bentuk produk yang dimaksudkan untuk fabrikasi las berat (misalnya, pipa diameter besar) mungkin lebih umum ditentukan dan disimpan sebagai 304L.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: perbandingan ringkas

Kesimpulan dan panduan praktis: - Pilih TP304 jika: Anda membutuhkan kekuatan luluh/tarik yang sedikit lebih tinggi dalam kondisi dikerjakan panas, proses fabrikasi memungkinkan parameter pengelasan yang terkontrol atau pemanasan larutan pasca-las, atau Anda bekerja dengan komponen yang lebih kecil atau mudah dikerjakan panas di mana sensitisasi dapat diminimalkan. - Pilih TP304L jika: komponen akan menjalani pengelasan multi-lalui yang luas, rakitan las besar di lokasi ditentukan di mana pemanasan larutan pasca-las tidak praktis, aplikasi sensitif terhadap korosi intergranular di zona las, atau persyaratan kode untuk pipa/tangki tekan lebih memilih varian rendah karbon untuk layanan las.

Catatan praktis: untuk aplikasi las kritis yang juga memerlukan kekuatan suhu tinggi atau ketahanan creep, pertimbangkan jenis yang distabilkan (misalnya, TP321, TP347) atau jenis baja tahan karat yang mengandung Mo (misalnya, TP316) tergantung pada kimia lingkungan dan persyaratan mekanis. Selalu konfirmasi komposisi dan data mekanis yang tepat terhadap sertifikat uji pabrik dan spesifikasi yang mengatur untuk proyek tersebut.