321 Baja Tahan Karat: Sifat dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Stainless steel 321 adalah stainless steel austenitik berkinerja tinggi yang dikenal terutama karena ketahanan korosi yang sangat baik dan stabilitas suhu tinggi. Kelas ini diklasifikasikan sebagai stainless steel austenitik, yang berarti memiliki struktur kristal kubus dengan pusat bidang yang memberikan ketangguhan dan kelenturan yang baik. Elemen paduan utama dalam stainless steel 321 adalah kromium (Cr) dan nikel (Ni), dengan titanium (Ti) ditambahkan untuk menstabilkan struktur terhadap sensitasi selama pengelasan dan paparan suhu tinggi.
Tinjauan Komprehensif
Stainless steel 321 sangat dihargai dalam aplikasi yang membutuhkan kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap oksidasi serta korosi pada suhu tinggi. Penambahan titanium membantu mencegah pembentukan karbida kromium, yang dapat menyebabkan korosi intergranular, terutama di zona terdampak panas dari struktur yang dilas. Ini menjadikan stainless steel 321 pilihan yang sangat baik untuk aplikasi di industri dirgantara, pengolahan kimia, serta minyak dan gas.
Karakteristik Utama:
- Ketahanan Korosi: Ketahanan yang sangat baik terhadap oksidasi dan korosi dalam berbagai lingkungan.
- Stabilitas Suhu Tinggi: Menjaga kekuatan dan ketangguhan pada suhu tinggi.
- Kelindanan: Kelindanan yang baik tanpa risiko sensitasi berkat stabilisasi titanium.
Keuntungan:
- Ketahanan tinggi terhadap korosi pitting dan celah.
- Sifat mekanis yang baik pada suhu ruangan dan suhu tinggi.
- Aplikasi serbaguna di lingkungan yang keras.
Limitasi:
- Tidak sekuat stainless steel lainnya terhadap retak korosi stres yang disebabkan klorida.
- Biaya lebih tinggi dibandingkan dengan baja karbon standar.
Stainless steel 321 memiliki posisi yang signifikan di pasar karena sifat-sifat unik dan serbagunanya, menjadikannya pilihan populer untuk berbagai aplikasi teknik.
Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen
| Organisasi Standar | Penetapan/Kelas | Negara/Daerah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | S32100 | USA | Ekivalen terdekat dengan AISI 321 |
| AISI/SAE | 321 | USA | Penetapan yang umum digunakan |
| ASTM | A240/A240M | USA | Spesifikasi standar untuk plat stainless steel |
| EN | 1.4541 | Eropa | Kelas ekivalen dalam standar Eropa |
| DIN | X6CrNiTi18-10 | Jerman | Sifat serupa dengan perbedaan komposisi yang kecil |
| JIS | SUS321 | Jepang | Penetapan ekivalen Jepang |
Perbedaan antara kelas-kelas ekivalen ini sering terletak pada komposisi kimia yang tepat dan sifat mekanis, yang dapat memengaruhi kinerja dalam aplikasi tertentu. Misalnya, meskipun stainless steel 321 dan 316 keduanya menawarkan ketahanan korosi yang baik, 321 lebih disukai dalam aplikasi suhu tinggi karena stabilisasi titanium.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Elemen (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0.08 max |
| Cr (Kromium) | 17.0 - 19.0 |
| Ni (Nikel) | 9.0 - 12.0 |
| Ti (Titanium) | 5 x C min - 0.60 max |
| Mn (Mangan) | 2.0 max |
| Si (Silikon) | 1.0 max |
| P (Fosfor) | 0.045 max |
| S (Belerang) | 0.030 max |
Peran utama titanium dalam stainless steel 321 adalah untuk menstabilkan paduan terhadap sensitasi, yang dapat terjadi selama pengelasan atau layanan suhu tinggi. Stabilisasi ini membantu mempertahankan ketahanan korosi dan sifat mekanis dalam aplikasi kritis. Kromium dan nikel berkontribusi pada ketahanan korosi dan ketangguhan keseluruhan dari baja, sementara mangan dan silikon meningkatkan kekuatan dan kemampuan kerjanya.
Sifat Mekanis
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai/Rentang Tipikal (Metrik - Satuan SI) | Nilai/Rentang Tipikal (Satuan Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Annealed | 520 - 750 MPa | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Lulur (0.2% offset) | Annealed | 205 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| Panjangnya | Annealed | 40% min | 40% min | ASTM E8 |
| Kekerasan (Rockwell B) | Annealed | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak (Charpy) | -20°C | 40 J | 30 ft-lbf | ASTM E23 |
Sifat mekanis dari stainless steel 321 membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan dan kelenturan tinggi. Panjang yang baik dan kekuatan impaknya memastikan bahwa ia dapat menahan beban dinamis dan stres tanpa kegagalan, menjadikannya ideal untuk aplikasi struktural di lingkungan yang keras.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik - Satuan SI) | Nilai (Satuan Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kerapatan | Suhu Ruangan | 7.93 g/cm³ | 0.286 lb/in³ |
| Titik Leleh/Rentang | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
| Konduktivitas Termal | Suhu Ruangan | 16.2 W/m·K | 112 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| Kapasitas Panas Spesifik | Suhu Ruangan | 500 J/kg·K | 0.119 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruangan | 0.72 µΩ·m | 0.00000072 Ω·m |
| Koeffisien Perluasan Termal | 20 - 100 °C | 16.0 x 10⁻⁶ /K | 8.89 x 10⁻⁶ /°F |
Kerapatan dan titik leleh dari stainless steel 321 menunjukkan kesesuaiannya untuk aplikasi suhu tinggi, sementara konduktivitas termalnya dan kapasitas panas spesifiknya menunjukkan dissipasi panas yang efektif dalam lingkungan termal. Koeffisien perluasan termal juga penting dalam aplikasi di mana fluktuasi suhu terjadi, karena memengaruhi stabilitas dimensi.
Ketahanan Korosi
| Agens Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 3-10 | 20-60 / 68-140 | Baik | Risiko pitting |
| Asam Sulfat | 10-30 | 20-40 / 68-104 | Bagus | Rentan terhadap retak korosi stres |
| Asam Asetat | 5-20 | 20-60 / 68-140 | Sangat Baik | Resisten terhadap korosi lokal |
| Air Laut | - | 20-30 / 68-86 | Bagus | Risiko korosi celah |
| Atmosfer | - | - | Sangat Baik | Ketahanan yang baik terhadap oksidasi |
Stainless steel 321 menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap berbagai lingkungan korosif, terutama dalam kondisi asam dan atmosfer. Namun, penting untuk dicatat bahwa meskipun ia berkinerja baik dalam banyak aplikasi, ia tidak sekuat terhadap retak korosi stres yang disebabkan klorida seperti kelas 316 stainless steel. Ini menjadikan 321 kurang cocok untuk lingkungan laut atau aplikasi yang melibatkan konsentrasi klorida tinggi.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Temperatur Layanan Berkelanjutan Maks | 870 | 1600 | Cocok untuk aplikasi suhu tinggi |
| Temperatur Layanan Seling Maks | 925 | 1700 | Dapat menahan paparan jangka pendek |
| Temperatur Pengelupasan | 1000 | 1832 | Risiko oksidasi di atas suhu ini |
| Karakteristik Kekuatan Mengalir mulai sekitar | 600 | 1112 | Penting untuk aplikasi jangka panjang |
Stainless steel 321 mempertahankan sifat mekanis dan ketahanan korosinya pada suhu tinggi, menjadikannya cocok untuk aplikasi seperti sistem knalpot dan penukar panas. Namun, perhatian harus diambil untuk menghindari paparan berkepanjangan pada suhu di atas titik pengelupasannya, karena ini dapat menyebabkan oksidasi dan degradasi material.
Sifat Fabrikasi
Kelindanan
| Proses Pengelasan | Logam Isian yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung yang Umum | Catatan |
|---|---|---|---|
| Pengelasan TIG | ER321 | Argon | Sangat baik untuk bagian tipis |
| Pengelasan MIG | ER321 | Argon + CO2 | Bagus untuk bagian yang lebih tebal |
| Pengelasan Stik | E321 | - | Memerlukan pemanasan awal |
Stainless steel 321 dikenal karena kelindannya yang baik, terutama saat menggunakan logam pengisi yang distabilkan titanium. Pemanasan awal sering dianjurkan untuk meminimalkan risiko retak, terutama pada bagian yang lebih tebal. Perlakuan panas setelah pengelasan juga bisa bermanfaat untuk mengurangi stres dan meningkatkan ketahanan korosi.
Keberhasilan Mesin
| Parameter Pemesinan | Stainless Steel 321 | AISI 1212 | Catatan/Sarannya |
|---|---|---|---|
| Indeks Kelindanan Relatif | 30 | 100 | Kelindanan lebih rendah daripada baja karbon |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal (Pembalikan) | 30 m/menit | 60 m/menit | Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik |
Stainless steel 321 memiliki kelindanan sedang dibandingkan dengan baja karbon. Penggunaan baja kecepatan tinggi atau alat karbida direkomendasikan, dan kecepatan pemotongan harus disesuaikan untuk mencegah pengerasan kerja.
Formabilitas
Stainless steel 321 menunjukkan formabilitas yang baik, memungkinkan proses pembentukan dingin dan panas. Namun, karena karakteristik pengerasan kerjanya, kontrol yang hati-hati terhadap proses pembentukan diperlukan untuk menghindari retak. Jari-jari lengkung yang direkomendasikan harus dipatuhi untuk hasil yang optimal.
Pengolahan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Peleburan | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 1 jam per inci | Udara | Mengurangi stres, meningkatkan kelenturan |
| Perlakuan Solusi | 1050 - 1100 / 1922 - 2012 | 30 menit | Air | Meningkatkan ketahanan korosi |
Proses perlakuan panas seperti pengerasan dan perlakuan solusi sangat penting untuk mengoptimalkan mikrostruktur dan sifat stainless steel 321. Perlakuan ini membantu mengurangi stres internal dan meningkatkan ketahanan korosi, menjadikan material ini cocok untuk aplikasi yang menuntut.
Aplikasi dan Penggunaan Akhir Tipikal
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan |
|---|---|---|---|
| Dirgantara | Sistem knalpot pesawat terbang | Stabilitas suhu tinggi, ketahanan korosi | Penting untuk keselamatan dan kinerja |
| Pengolahan Kimia | Penukar panas | Ketahanan terhadap oksidasi dan asam | Kritis untuk ketahanan dan efisiensi |
| Minyak dan Gas | Sistem pipa | Kekuatan tinggi, ketahanan korosi | Menjamin integritas di bawah kondisi keras |
| Otomotif | Komponen knalpot | Performa suhu tinggi | Mengurangi risiko kegagalan dalam kondisi ekstrem |
Aplikasi lain dari stainless steel 321 termasuk:
- Wadah tekanan
- Peralatan pengolahan makanan
- Aplikasi maritim (dengan hati-hati terhadap klorida)
Pemilihan stainless steel 321 untuk aplikasi ini terutama karena sifat mekanisnya yang sangat baik dan ketahanan terhadap oksidasi serta korosi suhu tinggi.
pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut
| Fitur/Sifat | Stainless Steel 321 | Stainless Steel 316 | Stainless Steel 304 | Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanis Utama | Baik pada suhu tinggi | Ketahanan korosi yang sangat baik | Sifat umum yang baik | 321 lebih baik untuk suhu tinggi, 316 untuk korosi |
| Aspek Korosi Utama | Baik dalam klorida | Hebat dalam klorida | Baik di banyak lingkungan | 321 kurang tahan terhadap SCC dibandingkan 316 |
| Kelindanan | Bagus | Sangat Baik | Bagus | 321 memerlukan penanganan hati-hati untuk menghindari retak |
| Keberhasilan Mesin | Sedang | Bagus | Sangat Baik | 321 lebih sulit untuk diproduksi dibandingkan 304 |
| Formabilitas | Baik | Baik | Sangat Baik | 321 mungkin memerlukan lebih banyak perhatian selama pembentukan |
| Biaya Relatif Perkiraan | Sedang | Lebih tinggi | Lebih rendah | Biaya bervariasi berdasarkan kondisi pasar |
| Ketersediaan Tipikal | Umum | Sangat umum | Sangat umum | 321 tersedia luas tetapi tidak sebanyak 304 |
Ketika memilih stainless steel 321, pertimbangan seperti biaya, ketersediaan, dan kebutuhan aplikasi spesifik harus diperhitungkan. Sifat-sifat uniknya menjadikannya pilihan berharga untuk lingkungan suhu tinggi dan korosif, tetapi alternatif seperti stainless steel 316 mungkin lebih cocok untuk aplikasi dengan paparan klorida tinggi. Memahami trade-off antara material ini sangat penting untuk kinerja dan efisiensi biaya yang optimal dalam aplikasi teknik.