Baja Stainless Alloy 20: Properti dan Aplikasi Utama

Alloy 20, juga dikenal sebagai Carpenter 20 atau UNS N08020, adalah paduan nikel-kromium-molibdenum yang dirancang untuk ketahanan korosi yang sangat baik, terutama dalam lingkungan asam sulfat. Ini diklasifikasikan sebagai baja tahan karat austenitik, ditandai dengan kandungan nikel yang tinggi, yang memberikan ketahanan yang lebih baik terhadap korosi pitting dan celah. Unsur paduan utama meliputi nikel (Ni), kromium (Cr), dan molibdenum (Mo), masing-masing berkontribusi terhadap kinerja dan daya tahan keseluruhan paduan ini.

Tinjauan Komprehensif

Alloy 20 terutama digunakan dalam aplikasi di mana ketahanan terhadap lingkungan korosif sangat penting. Komposisinya biasanya meliputi sekitar 20% nikel, 20% kromium, dan 2-3% molibdenum, yang secara kolektif meningkatkan ketahanannya terhadap berbagai agen korosif, terutama asam sulfat. Kandungan nikel yang tinggi menstabilkan struktur austenitik, memastikan ductility dan ketahanan yang baik, sementara kromium memberikan ketahanan oksidasi dan molibdenum meningkatkan ketahanan terhadap pitting.

Kelebihan:
- Ketahanan Korosi: Ketahanan yang luar biasa terhadap asam sulfat dan lingkungan korosif lainnya.
- Ductility dan Ketahanan: Mempertahankan sifat mekanik yang baik bahkan pada suhu rendah.
- Weldability: Cocok untuk berbagai proses pengelasan tanpa risiko retak yang signifikan.

Limitasi:
- Biaya: Kandungan nikel yang lebih tinggi mengarah pada peningkatan biaya material dibandingkan dengan baja tahan karat standar.
- Pengerasan Kerja: Bisa sulit untuk dikerjakan karena karakteristik pengerasan kerja.

Alloy 20 memiliki kehadiran pasar yang signifikan di industri seperti pengolahan kimia, farmasi, dan produksi makanan, di mana ketahanan korosi menjadi hal yang paling utama. Secara historis, ini telah menjadi pilihan yang disukai untuk aplikasi yang melibatkan bahan kimia agresif, menjadikannya sebagai bahan pokok dalam bidang ilmu material.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen

Organisasi Standar	Penunjukan/Kelas	Negara/Region Asal	Catatan/Keterangan
UNS	N08020	AS	Setara terdekat dengan AISI 316L tetapi dengan ketahanan yang lebih baik terhadap asam sulfat.
ASTM	A387 Gr. 20	AS	Digunakan untuk bejana tekan di lingkungan korosif.
EN	2.4660	Eropa	Sifat serupa tetapi mungkin memiliki perbedaan komposisi yang sedikit.
JIS	G 4305	Jepang	Setara dengan SUS 316L dengan ketahanan korosi yang lebih baik.

Perbedaan antara Alloy 20 dan ekivalennya seringkali terletak pada komposisi spesifik dan kinerja yang dihasilkan di lingkungan tertentu. Misalnya, sementara AISI 316L menawarkan ketahanan korosi yang baik, Alloy 20 secara khusus diformulasikan untuk performa yang lebih baik dalam asam sulfat, menjadikannya pilihan yang lebih baik untuk aplikasi tertentu.

Sifat Kunci

Komposisi Kimia

Unsur (Simbol)	Rentang Persentase (%)
Nikel (Ni)	19.0 - 21.0
Kromium (Cr)	19.0 - 21.0
Molibdenum (Mo)	2.0 - 3.0
Besi (Fe)	Seimbang
Karbon (C)	≤ 0.03
Mangan (Mn)	≤ 2.0
Silikon (Si)	≤ 1.0
Fosfor (P)	≤ 0.045
Sulfur (S)	≤ 0.030

Peran utama nikel dalam Alloy 20 adalah untuk meningkatkan ketahanan korosinya dan menstabilkan struktur austenitik, sementara kromium berkontribusi terhadap ketahanan oksidasi. Molibdenum sangat efektif dalam meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah, menjadikan Alloy 20 cocok untuk lingkungan kimia yang keras.

Sifat Mekanis

Sifat	Kondisi	Nilai/Range Tipikal (Metrik)	Nilai/Range Tipikal (Imperial)	Standar Referensi
Kekuatan Tarik	Dianil	620 - 750 MPa	90 - 110 ksi	ASTM E8
Kekuatan Lendutan (offset 0.2%)	Dianil	310 - 450 MPa	45 - 65 ksi	ASTM E8
Panjang	Dianil	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Kekerasan (Rockwell B)	Dianil	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
Kekuatan Impak (Charpy)	-20°C	40 J	30 ft-lbf	ASTM E23

Kombinasi kekuatan tarik dan kekuatan lendutan yang tinggi, bersama dengan elongasi yang baik, menjadikan Alloy 20 cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan dan ductility. Kekuatan impaknya pada suhu rendah memastikan keandalan di lingkungan dingin, menjadikannya pilihan yang serbaguna untuk berbagai aplikasi teknik.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	Suhu Ruangan	8.0 g/cm³	0.289 lb/in³
Titik Leleh	-	1370 - 1400 °C	2500 - 2550 °F
Konduktivitas Termal	Suhu Ruangan	14 W/m·K	81 BTU·in/ft²·h·°F
Kapasitas Panas Spesifik	Suhu Ruangan	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Resistivitas Listrik	Suhu Ruangan	0.7 µΩ·m	0.7 µΩ·in

Kepadatan Alloy 20 menunjukkan massa substansialnya, yang bermanfaat dalam aplikasi yang memerlukan daya tahan. Konduktivitas termalnya moderat, membuatnya cocok untuk aplikasi termal tanpa kehilangan panas yang berlebihan. Kapasitas panas spesifik menunjukkan bahwa ia dapat menyerap panas yang signifikan tanpa perubahan suhu drastis, yang menguntungkan dalam lingkungan pemrosesan termal.

Ketahanan Korosi

Agen Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Asam Sulfat	0 - 98	20 - 60	Excellent	Sangat tahan, minimal pitting.
Klorida	0 - 10	20 - 50	Bagus	Risiko pitting pada konsentrasi yang lebih tinggi.
Asam Asetat	0 - 100	20 - 80	Bagus	Umumnya tahan, tetapi hati-hati disarankan pada suhu tinggi.
Air Laut	-	Ambient	Cukup	Rentan terhadap korosi lokal.

Alloy 20 menunjukkan ketahanan yang luar biasa terhadap asam sulfat, membuatnya ideal untuk aplikasi pengolahan kimia. Namun, penting untuk dicatat bahwa meskipun berfungsi baik di banyak lingkungan, ia bisa rentan terhadap korosi lokal di lingkungan kaya klorida, terutama pada suhu tinggi. Dibandingkan dengan grade seperti AISI 316L, Alloy 20 menawarkan performa yang lebih baik dalam kondisi asam tetapi mungkin tidak seefektif di lingkungan basa.

Ketahanan Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Max Suhu Layanan Kontinu	400 °C	752 °F	Cocok untuk layanan kontinu pada suhu ini.
Max Suhu Layanan Intermittent	450 °C	842 °F	Dapat bertahan pada suhu yang lebih tinggi secara intermittent.
Suhu Penskalaan	600 °C	1112 °F	Risiko penskalaan di atas suhu ini.

Pada suhu tinggi, Alloy 20 mempertahankan sifat mekanik dan ketahanan korosinya, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang melibatkan panas. Namun, harus hati-hati untuk menghindari paparan berkepanjangan pada suhu di atas 400 °C, karena ini dapat menyebabkan penskalaan dan degradasi sifat.

Sifat Pabrikasi

Kelayakan Pengelasan

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Flux Pelindung Tipikal	Catatan
TIG	ERNiCr-3	Argon	Bagus untuk bagian tipis.
MIG	ERNiCrMo-3	Argon + CO2	Bagus untuk bagian yang lebih tebal.
SMAW	E NiCrFe-3	-	Cocok untuk aplikasi lapangan.

Alloy 20 sangat mudah dilas, dengan risiko retak yang minimal selama proses pengelasan. Pemanasan awal umumnya tidak diperlukan, tetapi perlakuan panas pasca-weld dapat meningkatkan sifat dari las. Perhatian harus diambil untuk memilih logam pengisi yang sesuai untuk memastikan kompatibilitas dan kinerja.

Kelayakan Mesin

Parameter Pemesinan	Alloy 20	AISI 1212	Catatan/Tips
Indeks Kelayakan Mesin Relatif	30%	100%	Alloy 20 lebih sulit untuk dikerjakan.
Kecepatan Potong Tipikal (Pembubutan)	30 m/menit	60 m/menit	Gunakan alat yang tajam dan umpan yang sesuai.

Pemotongan Alloy 20 bisa lebih sulit dibandingkan dengan baja karbon karena karakteristik pengerasan kerjanya. Disarankan untuk menggunakan alat yang tajam dan kecepatan potong yang tepat untuk meminimalkan keausan alat dan mencapai hasil permukaan yang diinginkan.

Kelayakan Bentuk

Alloy 20 menunjukkan kelayakan bentuk yang baik, memungkinkan untuk proses pembentukan dingin dan panas. Ini dapat dibengkokkan dan dibentuk tanpa risiko retak yang signifikan, meskipun perhatian harus diambil untuk menghindari pengerasan kerja yang berlebihan. Radius belok yang direkomendasikan harus dipatuhi, terutama dalam aplikasi pembentukan dingin.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Perendaman Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil Yang Diharapkan
Annealing Solusi	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 menit	Udara	Mencairkan karbida, meningkatkan ketahanan korosi.
Relief Stres	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 jam	Udara	Mengurangi stres residu.

Proses perlakuan panas seperti annealing solusi sangat penting untuk mengoptimalkan mikrostruktur Alloy 20. Proses ini membantu melarutkan karbida dan meningkatkan ketahanan korosi paduan, memastikan kinerja optimal dalam lingkungan yang agresif.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan
Pengolahan Kimia	Wadah penyimpanan untuk asam sulfat	Ketahanan korosi, kekuatan	Esensial untuk menangani bahan kimia agresif.
Farmasi	Peralatan dalam pembuatan obat	Kebersihan, ketahanan korosi	Menjamin kemurnian dan keselamatan produk.
Pengolahan Makanan	Peralatan pengolahan	Ketahanan korosi, higiene	Memenuhi regulasi kesehatan yang ketat.

Aplikasi lainnya termasuk:
- Minyak dan Gas: Komponen yang terkena lingkungan korosif.
- Kertas dan Bubur: Peralatan yang menangani proses pengepulan asam.
- Aplikasi Maritim: Komponen di lingkungan air laut.

Alloy 20 dipilih untuk aplikasi ini karena ketahanan korosinya yang superior, terutama di lingkungan di mana baja tahan karat lainnya mungkin gagal.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjut

Fitur/Sifat	Alloy 20	AISI 316L	Hastelloy C-276	Catatan Singkat Pro/Kon atau Pertukaran
Sifat Mekanis Utama	Kekuatan tinggi	Kekuatan sedang	Kekuatan tinggi	Alloy 20 menawarkan keseimbangan antara kekuatan dan ketahanan korosi.
Aspek Korosi Utama	Excellent dalam asam	Bagus secara umum	Excellent dalam lingkungan yang keras	Alloy 20 unggul dalam asam sulfat, sementara Hastelloy lebih baik untuk kondisi ekstrem.
Kelayakan Pengelasan	Bagus	Excellent	Bagus	Alloy 20 cocok untuk berbagai proses pengelasan.
Kelayakan Mesin	Sedang	Bagus	Buruk	Alloy 20 lebih sulit untuk dikerjakan daripada 316L.
Perkiraan Biaya Relatif	Tinggi	Sedang	Sangat Tinggi	Pertimbangan biaya penting untuk anggaran proyek.
Ketersediaan Tipikal	Sedang	Tinggi	Rendah	Alloy 20 mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama dibandingkan dengan 316L.

Ketika memilih Alloy 20, pertimbangan seperti biaya, ketersediaan, dan kebutuhan aplikasi spesifik sangat penting. Sifat uniknya membuatnya cocok untuk aplikasi khusus, terutama di lingkungan korosif, sementara biaya yang lebih tinggi dibandingkan dengan baja tahan karat standar harus dibenarkan oleh kebutuhan kinerja.

Secara ringkas, Alloy 20 adalah material yang serbaguna dan sangat efektif untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan korosi yang luar biasa, terutama di lingkungan asam sulfat. Sifat mekanik, kelayakan pengelasan, dan kelayakan bentuknya menjadikannya pilihan yang disukai di berbagai industri, meskipun memiliki biaya yang lebih tinggi dan tantangan dalam pemesinan.