431 Stainless Steel: Sifat dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
431 stainless steel adalah baja tahan karat martensitik yang dikenal karena ketahanan korosi yang sangat baik, kekuatan tinggi, dan kekerasan yang baik. Kategorikan sebagai baja tahan karat martensitik, ia terutama mengandung kromium (16-18%) dan nikel (2-4%), bersama dengan persentase kecil karbon (0.1-0.2%). Kehadiran kromium meningkatkan ketahanan korosinya, sementara nikel berkontribusi pada ketangguhan dan keterduktibilitasnya. Konten karbon sangat penting untuk mencapai kekerasan dan kekuatan yang diinginkan melalui perlakuan panas.
Tinjauan Komprehensif
431 stainless steel diakui secara luas karena kombinasi sifatnya yang unik, menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi teknik. Struktur martensitik memungkinkan baja ini dikeraskan melalui perlakuan panas, menghasilkan material yang menunjukkan kekuatan tarik dan kekerasan yang tinggi. Kemampuan paduan ini untuk mempertahankan sifat mekaniknya pada suhu tinggi lebih meningkatkan utilitasnya dalam lingkungan yang menuntut.
Keuntungan:
- Ketahanan Korosi: 431 stainless steel menawarkan ketahanan yang baik terhadap korosi di berbagai lingkungan, termasuk kondisi atmosfer dan asam ringan.
- Kekuatan dan Kekerasan Tinggi: Baja ini dapat mencapai tingkat kekerasan tinggi melalui perlakuan panas, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan aus.
- Versatilitas: Sifatnya memungkinkan penggunaan dalam berbagai aplikasi, mulai dari komponen otomotif hingga lingkungan laut.
Limitasi:
- Kelayakan Las: Meskipun dapat dilas, langkah-langkah khusus harus diambil untuk menghindari masalah seperti retak.
- Kerapuhan: Dalam kondisi tertentu, terutama pada suhu rendah, 431 dapat menjadi rapuh, membatasi aplikasinya dalam beberapa skenario.
Secara historis, 431 stainless steel telah digunakan dalam aplikasi di mana kekuatan dan ketahanan korosi sangat penting. Posisi pasarnya tetap kuat karena keseimbangan sifat-sifatnya, menjadikannya pilihan populer di berbagai industri.
Nama Alternatif, Standar, dan Padanan
| Organisasi Standar | Desigasi/Kelas | Negara/Wilayah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | S43100 | USA | Padanan terdekat untuk AISI 431 |
| AISI/SAE | 431 | USA | Desigasi yang umum digunakan |
| ASTM | A276 | USA | Spesifikasi standar untuk batang baja tahan karat |
| EN | 1.4057 | Eropa | Sifat serupa, perbedaan komposisi kecil |
| JIS | SUS431 | Jepang | Kelas setara dengan aplikasi serupa |
Perbedaan antara kelas-kelas ini dapat mempengaruhi pemilihan berdasarkan persyaratan mekanis atau ketahanan korosi tertentu. Misalnya, meskipun UNS S43100 dan AISI 431 sering dapat dipertukarkan, proses perlakuan panas tertentu mungkin menghasilkan karakteristik kinerja yang berbeda.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Elemen (Simbol dan Nama) | Persentase Rentang (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0.1 - 0.2 |
| Cr (Kromium) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (Nikel) | 2.0 - 4.0 |
| Mn (Mangan) | 1.0 max |
| Si (Silikon) | 1.0 max |
| P (Fosfor) | 0.04 max |
| S (Belerang) | 0.03 max |
Elemen paduan utama dalam 431 stainless steel memainkan peran penting:
- Kromium: Meningkatkan ketahanan korosi dan berkontribusi pada pembentukan lapisan oksida pelindung.
- Nikel: Meningkatkan ketangguhan dan keterduktibilitas, memungkinkan baja bertahan dari deformasi tanpa patah.
- Karbon: Meningkatkan kekerasan dan kekuatan melalui perlakuan panas, penting untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan aus.
Sifat Mekanis
| Sifat | Kondisi/Suasana | Suhu Uji | Nilai Rentang Tipikal (Metrik) | Nilai Rentang Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dikondisikan | Suhu Ruangan | 620 - 750 MPa | 90 - 110 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Luah (0.2% offset) | Dikondisikan | Suhu Ruangan | 450 - 600 MPa | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Dikondisikan | Suhu Ruangan | 12 - 20% | 12 - 20% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Rockwell C) | Dikondisikan | Suhu Ruangan | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak (Charpy) | Dikondisikan | -20°C (-4°F) | 30 J | 22 ft-lbf | ASTM E23 |
Sifat mekanis dari 431 stainless steel menjadikannya cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan ketangguhan. Kekuatan tarik dan kekuatan luahnya menunjukkan kemampuannya untuk menahan beban signifikan, sementara persentase peregangan mencerminkan keterduktibilitasnya, memungkinkannya untuk deformasi tanpa patah. Nilai kekerasan menunjukkan bahwa ia dapat tahan aus, menjadikannya ideal untuk komponen yang menghadapi gesekan.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruangan | 7.75 g/cm³ | 0.28 lb/in³ |
| Suhu/Melting Point | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
| Kondaktivitas Termal | Suhu Ruangan | 25 W/m·K | 17.3 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Panas Spesifik | Suhu Ruangan | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruangan | 0.72 µΩ·m | 0.00000072 Ω·m |
| Koeffisien Ekspansi Termal | Suhu Ruangan | 16.0 x 10⁻⁶/K | 8.9 x 10⁻⁶/°F |
Sifat fisik kunci seperti kepadatan dan kondaktivitas termal sangat signifikan untuk aplikasi yang melibatkan manajemen termal. Titik leleh yang relatif tinggi menunjukkan bahwa 431 stainless steel dapat bekerja dengan baik di lingkungan suhu tinggi, sementara kondaktivitas termalnya menunjukkan ia dapat menghilangkan panas dengan efisien, menjadikannya cocok untuk komponen di mesin atau turbin.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 3-5% | 20-60°C (68-140°F) | Baik | Risiko korosi pitting |
| Asam Sulfat | 10% | 20°C (68°F) | Buruk | Tidak direkomendasikan |
| Asam Asetat | 5% | 20°C (68°F) | Baik | Ketahanan sedang |
| Atmosferik | - | - | Excellent | Ketahanan yang baik |
431 stainless steel menunjukkan ketahanan yang baik terhadap korosi atmosfer dan ketahanan sedang terhadap beberapa asam. Namun, ia rentan terhadap korosi pitting di lingkungan klorida, yang bisa menjadi perhatian signifikan dalam aplikasi laut. Dibandingkan dengan baja tahan karat lainnya, seperti 304 dan 316, ketahanan korosi 431 umumnya lebih rendah, terutama di lingkungan yang kaya klorida di mana 316 unggul karena kandungan nikel yang lebih tinggi.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Maksimum Kontinu | 600°C | 1112°F | Cocok untuk aplikasi suhu tinggi |
| Suhu Layanan Maksimum Intermiten | 650°C | 1202°F | Paparan jangka pendek saja |
| Suhu Scaling | 800°C | 1472°F | Risiko oksidasi pada suhu tinggi |
| Pertimbangan Kekuatan Cerat | 500°C | 932°F | Mulai kehilangan kekuatan |
Pada suhu yang tinggi, 431 stainless steel mempertahankan kekuatan dan kekerasannya, menjadikannya cocok untuk aplikasi seperti bilah turbin dan sistem knalpot. Namun, paparan berkepanjangan pada suhu di atas 600°C dapat menyebabkan oksidasi dan scaling, yang dapat mengompromikan integritas strukturalnya.
Sifat Fabrikasi
Kelayakan Las
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| TIG | ER 431 | Argon | Preheat disarankan |
| MIG | ER 308L | Argon + CO2 | Perlakuan panas pasca las mungkin diperlukan |
| Stick | E 431 | - | Memerlukan kontrol hati-hati untuk menghindari retak |
431 stainless steel dapat dilas menggunakan berbagai metode, tetapi memerlukan kontrol yang hati-hati terhadap input panas untuk mencegah retak. Pemanasan sebelum pengelasan dan perlakuan panas pasca las dapat membantu mengurangi risiko ini. Pemilihan logam pengisi sangat penting untuk memastikan kompatibilitas dan menjaga ketahanan terhadap korosi.
Machinability
| Parameter Pekerjaan | 431 Stainless Steel | AISI 1212 (Benchmark) | Catatan/Tips |
|---|---|---|---|
| Indeks Machinability Relatif | 60 | 100 | Machinability sedang |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal (Putaran) | 30 m/menit | 50 m/menit | Gunakan alat pengikis karbida |
431 stainless steel memiliki machinability sedang, yang dapat ditingkatkan dengan alat dan kecepatan pemotongan yang tepat. Disarankan untuk menggunakan alat pengikis karbida dan menjaga pelumasan yang benar untuk meningkatkan kinerja selama operasi pemesinan.
Formabilitas
431 stainless steel menunjukkan formabilitas terbatas karena struktur martensitiknya. Pembentukan dingin dimungkinkan, tetapi mungkin memerlukan gaya yang lebih besar dan dapat menyebabkan pengerasan kerja. Pembentukan panas lebih mudah, memungkinkan pembentukan yang lebih baik tanpa mengorbankan integritas material.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Pembaringan | 800 - 900 °C (1472 - 1652 °F) | 1 - 2 jam | Udara | Mengurangi kekerasan, meningkatkan keterduktibilitas |
| Penguatan | 1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F) | 30 menit | Minyak | Meningkatkan kekerasan dan kekuatan |
| Temperaturisasi | 400 - 600 °C (752 - 1112 °F) | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan |
Proses perlakuan panas sangat mempengaruhi mikrostruktur dan sifat 431 stainless steel. Penguatan meningkatkan kekuatan dan kekerasan, sementara temperaturisasi membantu mengurangi kerapuhan, menjadikan material lebih sesuai untuk berbagai aplikasi.
Aplikasi Tipikal dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Utama yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan |
|---|---|---|---|
| Aerospace | Komponen pesawat | Kekuatan tinggi, ketahanan korosi | Ringan dan tahan lama |
| Maritim | Shaft pompa | Ketahanan korosi, kekuatan | Paparan terhadap air laut |
| Otomotif | Katup knalpot | Ketahanan suhu tinggi, kekerasan | Kinerja di bawah panas |
| Minyak & Gas | Komponen katup | Ketahanan korosi, ketangguhan | Lingkungan yang keras |
431 stainless steel dipilih untuk aplikasi di mana kombinasi kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi sangat penting. Di sektor aerospace, sifatnya yang ringan berkontribusi pada efisiensi bahan bakar, sementara dalam aplikasi maritim, ketahanannya terhadap korosi sangat penting.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Tambahan
| Fitur/Sifat | 431 Stainless Steel | AISI 304 | AISI 316 | Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanis Utama | Kekuatan tinggi | Sedang | Sedang | 431 menawarkan kekuatan unggul tetapi ketahanan korosi lebih rendah |
| Aspek Korosi Utama | Baik dalam klorida | Excellent | Excellent | 431 kurang cocok untuk lingkungan maritim |
| Kelayakan Las | Sedang | Baik | Baik | 431 memerlukan teknik pengelasan yang hati-hati |
| Machinability | Sedang | Baik | Sedang | 431 lebih sulit dikerjakan dibandingkan 304 |
| Formabilitas | Terbatas | Baik | Baik | 431 kurang fleksibel karena kekerasannya |
| Biaya Relatif Approx. | Sedang | Rendah | Tinggi | 431 memiliki harga yang kompetitif dibandingkan 316 |
| Ketersediaan Tipikal | Sedang | Tinggi | Tinggi | 431 kurang umum dibandingkan 304 dan 316 |
Saat memilih 431 stainless steel, pertimbangan mencakup sifat mekaniknya, ketahanan korosi, dan karakteristik fabrikasi. Meskipun menawarkan kekuatan tinggi, kerentanannya terhadap korosi di lingkungan klorida dapat membatasi penggunaannya dalam aplikasi tertentu. Efisiensi biaya dan ketersediaan juga memainkan peran penting dalam pemilihan material, terutama di industri di mana batasan anggaran signifikan.
Secara ringkas, 431 stainless steel adalah material yang serbaguna dengan kombinasi sifat yang unik yang menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi. Kekuatan terletak pada kekuatan tinggi dan kekerasannya, sementara keterbatasan dalam ketahanan korosi dan kelayakan las harus dipertimbangkan dengan hati-hati selama proses pemilihan.