321H Stainless Steel: Sifat dan Aplikasi Utama

Stainless steel 321H diklasifikasikan sebagai stainless steel austenitik, yang dikenal karena kekuatan suhu tinggi yang sangat baik dan ketahanan terhadap oksidasi. Kelas ini terutama diolah dengan kromium (18-20%) dan nikel (9-12%), dengan tambahan titanium (5 kali kandungan karbon, biasanya sekitar 0.5%) untuk menstabilkan struktur terhadap pengendapan karbida. Kehadiran elemen-elemen ini meningkatkan ketahanan korosinya, terutama dalam lingkungan suhu tinggi, menjadikannya cocok untuk aplikasi di industri kimia dan petrokimia.

Tinjauan Komprehensif

Stainless steel 321H adalah modifikasi dari kelas 321 standar, dirancang untuk memberikan kekuatan suhu tinggi yang lebih baik. Komposisinya yang unik memungkinkannya bertahan pada suhu tinggi sambil mempertahankan integritas struktural. Ketahanan paduan ini terhadap korosi intergranular sangat khas, yang merupakan masalah umum pada banyak stainless steel ketika terpapar pada suhu tinggi.

Keuntungan Stainless Steel 321H:
- Ketahanan Suhu Tinggi: Mampu bertahan pada suhu hingga 900°C (1650°F) tanpa kehilangan sifat mekanis yang signifikan.
- Ketahanan Korosi: Ketahanan yang sangat baik terhadap oksidasi dan korosi dalam berbagai lingkungan, terutama dalam kondisi asam dan kaya klorida.
- Stabilitas: Penambahan titanium meminimalkan risiko pengendapan karbida selama pengelasan, sehingga cocok untuk proses fabrikasi.

Keterbatasan Stainless Steel 321H:
- Biaya: Umumnya lebih mahal dibandingkan stainless steel kelas rendah karena elemen paduannya.
- Kerja Mesin: Meskipun memiliki kemampuan pengelasan yang baik, dapat lebih menantang untuk dikerjakan dibandingkan stainless steel lainnya karena kekuatannya.

Secara historis, 321H telah digunakan dalam aplikasi di mana kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap korosi sangat penting, seperti di industri dirgantara dan pemrosesan kimia. Posisi pasarnya kuat, terutama di sektor yang memerlukan material yang dapat berfungsi dalam kondisi ekstrem.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen

Organisasi Standar	Penamaan/Kelas	Negara/Region Asal	Catatan/Keterangan
UNS	S32109	AS	Setara terdekat dengan 321 dengan kandungan karbon lebih tinggi
AISI/SAE	321H	AS	Varian karbon tinggi dari 321
ASTM	A240	AS	Spesifikasi standar untuk pelat stainless steel
EN	1.4878	Eropa	Setara dalam standar Eropa
JIS	SUS321H	Jepang	Setara Jepang dengan sifat serupa
ISO	321H	Internasional	Penamaan standar internasional

Perbedaan antara 321H dan ekivalennya sering terletak pada kandungan karbon dan sifat mekanis spesifik, yang dapat mempengaruhi kinerja dalam aplikasi suhu tinggi. Misalnya, kandungan karbon yang lebih tinggi dalam 321H meningkatkan kekuatannya tetapi mungkin sedikit mengurangi ketahanan korosinya dibandingkan varian karbon lebih rendah.

Sifat Utama

Komposisi Kimia

Elemen (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
Cr (Kromium)	18.0 - 20.0
Ni (Nikel)	9.0 - 12.0
Ti (Titanium)	5 x C (biasanya 0.5)
C (Karbon)	0.04 - 0.10
Mn (Mangan)	2.0 max
Si (Silikon)	1.0 max
P (Fosfor)	0.045 max
S (Belerang)	0.03 max

Peran utama kromium adalah untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, sementara nikel berkontribusi pada ketangguhan dan kelenturan paduan. Titanium menstabilkan struktur terhadap pengendapan karbida, yang penting untuk mempertahankan ketahanan korosi pada suhu tinggi. Karbon, meskipun hadir dalam jumlah kecil, memainkan peran signifikan dalam meningkatkan kekuatan.

Sifat Mekanis

Sifat	Kondisi/Suhu	Suhu Uji	Nilai Rentang Tipikal (Metrik)	Nilai Rentang Tipikal (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Dianil	Suhu Ruang	520 - 750 MPa	75 - 109 ksi	ASTM E8
Kekuatan Luluh (offset 0.2%)	Dianil	Suhu Ruang	205 - 310 MPa	30 - 45 ksi	ASTM E8
Peregangan	Dianil	Suhu Ruang	40% min	40% min	ASTM E8
Kekerasan (Rockwell B)	Dianil	Suhu Ruang	90 - 95 HRB	90 - 95 HRB	ASTM E18
Kekuatan Impak	Dianil	-196°C (-320°F)	40 J	30 ft-lbf	ASTM E23

Kombinasi dari kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi membuat 321H cocok untuk aplikasi yang memerlukan integritas struktural di bawah beban mekanis. Peregangan menunjukkan kelenturan yang baik, memungkinkan deformasi tanpa patah, yang penting dalam aplikasi dinamis.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	Suhu Ruang	8.0 g/cm³	0.289 lb/in³
Titik Leleh	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Konduktivitas Termal	Suhu Ruang	16.2 W/m·K	112 BTU·in/h·ft²·°F
Kapasitas Kalor Spesifik	Suhu Ruang	500 J/kg·K	0.119 BTU/lb·°F
Resistivitas Listrik	Suhu Ruang	0.73 µΩ·m	0.00000073 Ω·m
Koeffisien Perluasan Termal	Suhu Ruang	16.0 x 10⁻⁶/K	8.9 x 10⁻⁶/°F

Kepadatan 321H menunjukkan bahwa itu relatif berat dibandingkan dengan material lain, yang dapat menjadi pertimbangan dalam aplikasi sensitif terhadap berat. Konduktivitas termalnya moderat, menjadikannya cocok untuk aplikasi di mana transfer panas diperlukan tetapi tidak berlebihan. Koeffisien perluasan termal sangat penting untuk aplikasi yang melibatkan fluktuasi suhu, karena mempengaruhi stabilitas dimensi.

Ketahanan Korosi

Agen Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C/°F)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Asam Sulfat	10-20	25°C / 77°F	Baik	Risiko pitting
Asam Klorida	5-10	25°C / 77°F	Fair	Rentan terhadap SCC
Klorida	3-5	60°C / 140°F	Baik	Risiko korosi lokal
Air Laut	-	25°C / 77°F	Excellent	Resisten terhadap lingkungan laut
Ammonia	-	25°C / 77°F	Baik	Stabil di lingkungan ammonia

Stainless steel 321H menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap berbagai agen korosif, terutama di lingkungan laut. Namun, itu rentan terhadap retak korosi tegangan (SCC) di lingkungan kaya klorida, yang merupakan pertimbangan kritis dalam aplikasinya. Jika dibandingkan dengan stainless steel 304 dan 316, 321H menawarkan kinerja suhu tinggi yang lebih baik tetapi mungkin tidak berfungsi dengan baik dalam kondisi yang sangat asam.

Ketahanan Suhu

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Temperatur Layanan Kontinu Maks	900°C	1650°F	Cocok untuk paparan berkepanjangan
Temperatur Layanan Intermiten Maks	1000°C	1832°F	Paparan jangka pendek saja
Temperatur Pengendapan	800°C	1472°F	Risiko oksidasi di atas suhu ini
Pertimbangan Kekuatan Creep	600°C	1112°F	Mulai terdegradasi di atas suhu ini

Pada suhu tinggi, 321H mempertahankan sifat mekanisnya, menjadikannya cocok untuk aplikasi seperti penukar panas dan komponen tungku. Namun, paparan berkepanjangan pada suhu di atas batas layanan kontinu maksimumnya dapat mengakibatkan oksidasi dan pengendapan, yang dapat mengompromikan integritasnya.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Proses Pengelasan	Logam Isi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Flux Pelindung Tipikal	Catatan
TIG	ER321	Argon	Preheat disarankan
MIG	ER321	Argon + CO2	Perlakuan panas pasca pengelasan mungkin diperlukan
Stick	E321	-	Baik untuk bagian yang lebih tebal

Stainless steel 321H umumnya dianggap memiliki kemampuan pengelasan yang baik. Penggunaan logam isi seperti ER321 direkomendasikan untuk mempertahankan ketahanan korosi. Pemanasan sebelum pengelasan dapat membantu mengurangi risiko retak, sementara perlakuan panas pasca pengelasan dapat meningkatkan sifat mekanis dari las.

Kemampuan Mesin

Parameter Pemesinan	Stainless Steel 321H	AISI 1212	Catatan/Petunjuk
Indeks Kemampuan Mesin Relatif	60	100	Lebih menantang untuk dikerjakan
Kecepatan Pemotongan Tipikal (Putaran)	30 m/menit	50 m/menit	Gunakan alat paduan untuk hasil terbaik

321H memiliki indeks kemampuan mesin yang lebih rendah dibandingkan dengan baja yang lebih mudah dikerjakan seperti AISI 1212. Kondisi optimal termasuk menggunakan alat tajam dan kecepatan pemotongan yang sesuai untuk meminimalkan keausan alat dan mencapai hasil permukaan yang diinginkan.

Formabilitas

Stainless steel 321H menunjukkan formabilitas yang baik, terutama dalam kondisi dianil. Itu dapat dikerjakan dingin dengan kesulitan sedang, dan pembentukan panas juga memungkinkan. Namun, karena kekuatannya, ini mungkin memerlukan radius lengkung yang lebih besar untuk menghindari retak selama proses pembentukan.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Perendaman Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Peleburan Solusi	1010 - 1120°C / 1850 - 2050°F	30 menit	Udara atau Air	Menghilangkan karbida, meningkatkan kelenturan
Pelepasan Stres	600 - 700°C / 1112 - 1292°F	1-2 jam	Udara	Mengurangi stres residu

Selama perlakuan panas, 321H mengalami transformasi metalurgi yang meningkatkan mikrostrukturnya, meningkatkan kelenturan dan ketangguhannya. Pelemuran solusi sangat efektif dalam melarutkan karbida dan mengoptimalkan ketahanan korosi dari paduan.

Aplikasi Umum dan Penggunaan Akhir

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Dirgantara	Sistem pembuangan	Ketahanan suhu tinggi, ketahanan korosi	Penting untuk keselamatan dan kinerja
Pemrosesan Kimia	Penukar panas	Ketahanan korosi, kekuatan	Dibutuhkan untuk lingkungan keras
Minyak dan Gas	Pipa	Kekuatan tinggi, ketahanan oksidasi	Kritis untuk integritas struktural
Pembangkit Energi	Komponen ketel	Stabilitas suhu tinggi	Diperlukan untuk efisiensi

Aplikasi lain termasuk:
- Peralatan pengolahan makanan
- Manufaktur farmasi
- Aplikasi laut

321H dipilih untuk aplikasi ini karena kemampuannya untuk bertahan dalam kondisi ekstrem sambil mempertahankan integritas struktural dan ketahanan terhadap korosi.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut

Fitur/Sifat	Stainless Steel 321H	Stainless Steel 304	Stainless Steel 316	Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off
Sifat Mekanis Kunci	Kekuatan tinggi	Kekuatan moderat	Kekuatan moderat	321H menawarkan kekuatan superior pada suhu tinggi
Aspek Korosi Kunci	Baik pada suhu tinggi	Excellent secara umum	Excellent pada klorida	321H mungkin tidak berfungsi sebaik di lingkungan yang sangat asam
Kemampuan Pengelasan	Baik	Excellent	Baik	321H memerlukan praktik pengelasan yang hati-hati
Kemampuan Mesin	Moderate	Baik	Moderate	321H lebih menantang untuk dikerjakan daripada 304
Formabilitas	Baik	Excellent	Baik	321H memerlukan radius lengkung yang lebih besar
Biaya Relatif Aproksimasi	Lebih tinggi	Lebih rendah	Lebih tinggi	321H lebih mahal karena elemen paduannya
Ketersediaan Tipikal	Moderate	Tinggi	Tinggi	321H mungkin kurang tersedia dibandingkan 304 atau 316

Ketika memilih stainless steel 321H, pertimbangan termasuk cost-effectiveness, ketersediaan, dan persyaratan kinerja spesifik dalam lingkungan suhu tinggi dan korosif. Sifat uniknya menjadikannya cocok untuk aplikasi niche di mana kelas lain mungkin tidak berfungsi dengan baik.

Secara ringkas, stainless steel 321H adalah material yang serbaguna dan kokoh, terutama cocok untuk aplikasi suhu tinggi yang memerlukan ketahanan korosi dan kekuatan mekanis yang sangat baik. Sifat unik dan karakteristik fabrikasinya menjadikannya pilihan utama di berbagai industri yang menuntut.