TP304 vs TP316 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
TP304 dan TP316 adalah dua jenis baja tahan karat austenitik yang paling umum ditentukan untuk produk pipa dan pelat. Insinyur, manajer pengadaan, dan produsen sering kali memutuskan antara keduanya saat menyeimbangkan ketahanan korosi, kemampuan pengelasan, kinerja mekanis, dan biaya. Konteks keputusan yang umum meliputi: memilih material untuk pipa proses yang terpapar klorida, menentukan penukar panas atau pipa struktural untuk instalasi lepas pantai, dan memilih peralatan sanitasi untuk produksi makanan dan farmasi.
Perbedaan praktis yang mendasar adalah bahwa satu jenis mencakup elemen paduan yang meningkatkan ketahanan terhadap korosi pitting dan celah di lingkungan yang mengandung klorida, sementara yang lainnya adalah baja tahan karat austenitik umum yang lebih ekonomis dan tersedia secara luas. Karena keduanya serupa dalam metalurgi dan perilaku fabrikasi, perbandingan TP304 dan TP316 sering kali bergantung pada lingkungan korosi, biaya siklus hidup, dan batasan fabrikasi tertentu.
1. Standar dan Penunjukan
- ASTM/ASME Umum: TP304 dan TP316 digunakan dalam penunjukan keluarga ASTM A312/A213/A269/A240 untuk pipa dan pelat stainless. Dalam praktik ASME, awalan "TP" menunjukkan spesifikasi produk pipa (misalnya, TP304).
- Setara UNS/EN/JIS/GB:
- TP304 ≈ UNS S30400; EN 1.4301 (AISI 304); JIS SUS304; GB 06Cr19Ni10.
- TP316 ≈ UNS S31600; EN 1.4401/1.4404 (AISI 316/316L); JIS SUS316; GB 00Cr17Ni14Mo2 (varian mungkin berbeda).
- Kelas material: Keduanya adalah baja tahan karat austenitik (non-magnetik dalam kondisi sepenuhnya annealed) — bukan baja karbon, baja paduan, baja alat, atau HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Rentang komposisi nominal tipikal (persentase berat %) untuk TP304 dan TP316. Nilai-nilai tersebut bersifat representatif; rujuk pada standar produk spesifik atau sertifikat pabrik untuk batas yang dijamin.
| Elemen | TP304 (rentang tipikal) | TP316 (rentang tipikal) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 (standar) | ≤ 0.08 (standar) |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 0.75 | ≤ 0.75 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 17.5 – 19.5 | 16.0 – 18.0 |
| Ni | 8.0 – 10.5 | 10.0 – 14.0 |
| Mo | 0 – jejak | 2.0 – 3.0 |
| V | biasanya ≤ 0.05 | biasanya ≤ 0.05 |
| Nb (Cb) | biasanya ≤ 0.1 (tidak ada dalam grade yang tidak distabilkan) | ≤ 0.1 (kecuali grade yang distabilkan) |
| Ti | biasanya ≤ 0.7 (hanya dalam varian yang distabilkan) | ≤ 0.7 (hanya dalam varian yang distabilkan) |
| B | jejak | jejak |
| N | jejak hingga 0.11 (tergantung spesifikasi) | jejak hingga 0.11 (tergantung spesifikasi) |
Catatan: - Penambahan molibdenum (Mo) yang disengaja pada TP316 dan sering kali kandungan nikel yang sedikit lebih tinggi adalah perbedaan paduan kunci yang menargetkan peningkatan ketahanan korosi lokal (korosi pitting dan celah) dan kinerja yang berkelanjutan di lingkungan yang mengandung klorida. - Kandungan karbon mempengaruhi sensitisasi selama pengelasan; varian karbon rendah (304L, 316L) dan grade yang distabilkan (dengan Ti atau Nb) mengurangi korosi intergranular setelah paparan suhu tinggi. - Jumlah kecil nitrogen (jika ada) meningkatkan kekuatan dan memperbaiki ketahanan terhadap pitting.
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kromium (Cr): membentuk film oksida kromium pasif yang memberikan baja tahan karat ketahanan korosi dasar. - Nikel (Ni): menstabilkan struktur austenitik, meningkatkan ketangguhan dan keuletan, serta memperbaiki ketahanan korosi umum. - Molybdenum (Mo): meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah, terutama di media yang mengandung klorida. - Karbon, Ti, Nb: mempengaruhi perilaku presipitasi karbida dan ketahanan terhadap serangan intergranular setelah pengelasan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur: Baik TP304 maupun TP316 sepenuhnya austenitik (kubus berpusat muka) dalam kondisi annealed. Tidak ada fase martensitik ketika di-anneal dengan benar.
- Rute pemrosesan yang tipikal: penggulungan panas diikuti dengan annealing larutan dan pendinginan cepat untuk mengembalikan ketahanan korosi dan keuletan.
- Respons terhadap siklus termal:
- Annealing larutan (biasanya 1.020–1.100 °C tergantung spesifikasi) melarutkan karbida kromium dan mengembalikan matriks austenitik yang homogen.
- Pendinginan lambat melalui sekitar 450–850 °C dapat menyebabkan presipitasi karbida kromium di batas butir (sensitisasi) pada varian karbon yang lebih tinggi; ini mengurangi ketahanan korosi intergranular.
- Varian karbon rendah (L) dan yang distabilkan (Ti atau Nb) mengontrol presipitasi karbida; 316L biasanya ditentukan di mana pengelasan akan luas dan sensitisasi menjadi perhatian.
- Kekerasan: Baja tahan karat austenitik tidak dapat dikeraskan dengan pendinginan; mereka diperkuat terutama oleh kerja dingin atau penambahan paduan (misalnya, N). Perlakuan termo-mekanis tidak menghasilkan martensit yang signifikan tanpa transformasi yang diinduksi deformasi.
4. Sifat Mekanis
Tabel: Rentang sifat mekanis tipikal untuk material yang di-anneal (representatif; konsultasikan spesifikasi produk untuk batas minimum yang dijamin). Satuan: MPa dan %.
| Sifat | TP304 (tipikal annealed) | TP316 (tipikal annealed) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (UTS) | ~500 – 700 MPa | ~500 – 700 MPa |
| Kekuatan luluh (0.2% offset) | ~200 – 350 MPa | ~200 – 350 MPa |
| Peregangan (A%) | ≥ 40% (umumnya 40–60%) | ≥ 40% (umumnya 40–60%) |
| Kekerasan impak (Charpy, suhu ruang) | Tinggi, data sensitif notch sering tidak ditentukan | Tinggi, mirip dengan TP304 |
| Kekerasan (annealed) | Biasanya 70–95 HRB (perkiraan) | Biasanya 70–95 HRB (perkiraan) |
Interpretasi: - Dalam kondisi annealed, TP304 dan TP316 menunjukkan sifat mekanis yang sangat mirip. Perbedaan dalam paduan (Mo, sedikit lebih tinggi Ni di 316) hanya memiliki efek moderat pada nilai tarik dan luluh; kandungan nitrogen dan kerja dingin memiliki efek yang lebih besar pada kekuatan. - Kedua grade mempertahankan ketangguhan yang sangat baik hingga suhu rendah karena mikrostruktur austenitik yang stabil. - Jika kekuatan yang lebih tinggi diperlukan, kerja dingin atau varian yang mengandung nitrogen dapat dipilih; untuk layanan kriogenik, austenitik sering kali lebih menguntungkan karena ketangguhan yang dipertahankan.
5. Kemampuan Pengelasan
- Kemampuan pengelasan umum: Baik TP304 maupun TP316 dapat dilas dengan mudah menggunakan metode fusi dan resistensi umum (TIG, MIG, SMAW). Struktur austenitik menghindari pembentukan martensit yang keras dan rapuh yang khas dari baja karbon.
- Karbon dan sensitisasi: Karbon mendorong presipitasi karbida kromium setelah terpapar suhu sensitisasi; untuk mengurangi risiko, gunakan varian karbon rendah (304L/316L) atau grade yang distabilkan.
- Indeks kemampuan pengelasan: Berguna untuk interpretasi kualitatif risiko retak las dan kebutuhan pemanasan awal:
- Contoh setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Contoh $P_{cm}$ untuk 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:
- Kedua grade memberikan nilai kekerasan yang rendah relatif terhadap baja feritik; pemanasan awal umumnya tidak diperlukan dan dapat meningkatkan risiko sensitisasi.
- TP316 mungkin sedikit lebih mudah untuk menghindari retak panas karena Ni yang lebih tinggi mendorong keuletan pada logam las; namun, pemilihan pengisi dan pengendalian siklus termal las lebih penting daripada grade dasar.
- Gunakan pengisi yang cocok atau lebih tinggi (misalnya, ER316/316L) di mana layanan membutuhkan ketahanan terhadap pitting atau di mana logam dasar adalah TP316.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Perilaku tahan karat: Kedua grade bergantung pada film oksida pasif yang kaya kromium. Untuk lingkungan akuatik umum, keduanya berkinerja baik.
- Korosi pitting dan celah:
- Gunakan Angka Setara Ketahanan Pitting (PREN) untuk membandingkan ketahanan korosi lokal: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Karena TP316 mengandung molibdenum (dan sering kali Ni yang serupa atau lebih tinggi), PREN-nya secara signifikan lebih tinggi daripada TP304, meningkatkan ketahanan terhadap pitting yang disebabkan klorida dan korosi celah.
- Ketika indeks tidak berlaku:
- PREN dan metrik serupa tidak berlaku untuk situasi korosi uniform umum (di mana stabilitas Cr dan film pasif mendominasi), juga tidak dapat menggantikan pengujian laboratorium dalam aplikasi tertentu.
- Perlindungan permukaan untuk baja non-tahan karat: Tidak berlaku di sini, tetapi untuk alternatif non-tahan karat, galvanisasi, pengecatan, dan pelapisan polimer akan dipertimbangkan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Kemampuan mesin:
- Baja tahan karat austenitik bersifat pengerasan kerja dan dapat menjadi "lengket"; kedua grade lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja lunak.
- TP316 biasanya sedikit lebih menantang untuk diproses dibandingkan TP304 karena kandungan nikel dan molibdenum yang lebih tinggi yang meningkatkan ketangguhan dan kecenderungan pengerasan kerja.
- Formabilitas:
- Kedua grade memiliki formabilitas yang sangat baik dalam kondisi annealed; 304 sering kali sedikit lebih mudah untuk dibentuk.
- Peregangan kembali dan pengerasan regangan harus diperhitungkan; pemilihan alat dan pelumasan sangat penting.
- Penyelesaian permukaan:
- Keduanya merespons pemolesan, elektropolishing, dan pasivasi. Ketahanan TP316 yang lebih baik terhadap pitting membuatnya lebih disukai ketika permukaan akhir harus tahan terhadap serangan klorida.
- Rekomendasi:
- Untuk pembentukan ketebalan berat atau pembengkokan radius ketat, pertimbangkan untuk melakukan annealing setelah pembentukan atau pilih grade dengan kecenderungan pengerasan kerja yang sedikit lebih rendah untuk mengurangi risiko retak.
8. Aplikasi Tipikal
| TP304 (penggunaan umum) | TP316 (penggunaan umum) |
|---|