Baja Tahan Karat: Sifat dan Aplikasi Utama

Stainless steel adalah material serbaguna dan banyak digunakan di berbagai industri, yang ditandai dengan ketahanan korosi, kekuatan, dan daya tarik estetisnya. Ini terutama diklasifikasikan menjadi beberapa kategori, termasuk stainless steel austenitik, ferritik, martensitik, duplex, dan stainless steel pengerasan presipitasi. Jenis yang paling umum, stainless steel austenitik, biasanya mengandung jumlah signifikan kromium (setidaknya 10,5%) dan nikel, yang meningkatkan ketahanan korosinya dan sifat mekaniknya.

Tinjauan Komprehensif

Elemen paduan utama stainless steel meliputi kromium, nikel, molibdenum, dan kadang-kadang mangan dan nitrogen. Kromium sangat penting untuk membentuk lapisan oksida pasif yang melindungi baja dari korosi, sedangkan nikel meningkatkan duktilitas dan ketangguhan. Molybdenum meningkatkan ketahanan terhadap korosi terlokalisasi dan korosi celah, terutama di lingkungan klorida.

Karakteristik signifikan dari stainless steel meliputi:

• Ketahanan Korosi: Kemampuannya untuk tahan terhadap oksidasi dan korosi di berbagai lingkungan.
• Kekuatan Mekanis: Kekuatan tarik dan kekuatan hasil yang tinggi, membuatnya cocok untuk aplikasi struktural.
• Daya Tarik Estetis: Finishing yang mengkilap dan menarik yang mudah dirawat.
• Sifat Higienis: Permukaan non-berpori yang mudah dibersihkan, membuatnya ideal untuk aplikasi makanan dan medis.

Keuntungan:
- Ketahanan yang sangat baik terhadap korosi dan noda.
- Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi.
- Kemampuan formasi dan pengelasan yang baik.
- Persyaratan pemeliharaan yang rendah.

Limitasi:
- Biaya yang lebih tinggi dibandingkan dengan baja karbon.
- Kerentanan terhadap retakan korosi stres di lingkungan tertentu.
- Konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan dengan logam lainnya.

Secara historis, stainless steel telah memainkan peran penting dalam rekayasa dan manufaktur sejak perkembangannya pada awal abad ke-20, menjadi material standar di industri seperti konstruksi, otomotif, dan pengolahan makanan.

Nama Alternatif, Standar, dan Padanan

Organisasi Standar	Penunjukan/Kelas	Negara/Wilayah Asal	Catatan/Keterangan
UNS	S30400	USA	Umumnya dikenal sebagai stainless steel 304.
AISI/SAE	304	USA	Stainless steel austenitik yang banyak digunakan.
ASTM	A240	USA	Spesifikasi standar untuk plat stainless steel.
EN	1.4301	Eropa	Setara dengan AISI 304.
DIN	X5CrNi18-10	Jerman	Padanan terdekat dengan AISI 304.
JIS	SUS304	Jepang	Standar Jepang untuk stainless steel 304.
GB	06Cr19Ni10	China	Setara dengan AISI 304.
ISO	304	Internasional	Penunjukan standar untuk stainless steel austenitik.

Perbedaan halus antara kelas-kelas ini sering terletak pada komposisi kimia dan sifat mekaniknya yang spesifik, yang dapat mempengaruhi kinerjanya dalam berbagai aplikasi. Misalnya, meskipun S30400 dan 1.4301 setara dalam banyak hal, variasi kecil dalam kandungan nikel dapat mempengaruhi ketahanan korosi dan kemampuan pembentukannya.

Sifat Utama

Komposisi Kimia

Elemen (Simbol dan Nama)	Jangkauan Persentase (%)
Cr (Kromium)	18.0 - 20.0
Ni (Nikel)	8.0 - 10.5
C (Karbon)	≤ 0.08
Mn (Mangan)	≤ 2.0
Si (Silikon)	≤ 1.0
Mo (Molybdenum)	≤ 0.75
N (Nitrogen)	≤ 0.10

Kromium sangat penting untuk ketahanan korosi, sedangkan nikel meningkatkan ketangguhan dan duktilitas. Molybdenum, jika ada, meningkatkan ketahanan terhadap korosi terlokalisasi, terutama di lingkungan klorida. Mangan dan nitrogen juga dapat berkontribusi pada kekuatan dan stabilitas.

Sifat Mekanis

Sifat	Kondisi/Suhu	Suhu Uji	Nilai/Rentang Umum (Metrik)	Nilai/Rentang Umum (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Dipelur	Suhu Ruang	520 - 750 MPa	75 - 110 ksi	ASTM E8
Kekuatan Hasil (offset 0,2%)	Dipelur	Suhu Ruang	210 - 290 MPa	30 - 42 ksi	ASTM E8
Panjang Lebar	Dipelur	Suhu Ruang	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Kekerasan (Rockwell B)	Dipelur	Suhu Ruang	70 - 90 HB	70 - 90 HB	ASTM E18
Kekuatan Impact	Dipelur	-20°C	40 J	30 ft-lbf	ASTM E23

Kombinasi kekuatan tarik dan kekuatan hasil yang tinggi, serta sifat elongasi yang baik, membuat stainless steel cocok untuk aplikasi yang memerlukan integritas struktural di bawah beban mekanis. Ketangguhannya pada suhu rendah juga memungkinkan untuk digunakan dalam aplikasi kriogenik.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	Suhu Ruang	7.93 g/cm³	0.286 lb/in³
Titik Leleh	-	1400 - 1450 °C	2550 - 2640 °F
Konduktivitas Termal	Suhu Ruang	16 W/m·K	9.3 BTU·in/h·ft²·°F
Kapasitas Kalor Spesifik	Suhu Ruang	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Resistivitas Listrik	Suhu Ruang	0.72 µΩ·m	0.0000127 Ω·in
Koeffisien Perluasan Termal	20 - 100 °C	16.0 x 10⁻⁶/K	8.9 x 10⁻⁶/°F

Kepadatan stainless steel berkontribusi pada kekuatannya, sementara titik lelehnya yang relatif tinggi memungkinkan penggunaannya dalam aplikasi suhu tinggi. Konduktivitas termal dan kapasitas panas spesifik menunjukkan kesesuaiannya untuk aplikasi termal, meskipun lebih rendah dibandingkan dengan baja karbon.

Ketahanan Korosi

Agen Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C/°F)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Klorida	3.5	20°C/68°F	Baik	Risiko korosi terlokalisasi
Asam Sulfat	10	25°C/77°F	Baik	Rentan terhadap SCC
Asam Asetat	5	60°C/140°F	Baik	Ketahanan sedang
Air Laut	-	25°C/77°F	Sangat baik	Sangat tahan terhadap korosi

Stainless steel menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap korosi atmosfer dan cocok untuk lingkungan laut. Namun, ia rentan terhadap korosi terlokalisasi seperti korosi pitting dan retakan stres (SCC) di lingkungan kaya klorida. Jika dibandingkan dengan baja karbon, stainless steel menawarkan ketahanan korosi yang lebih baik, membuatnya ideal untuk aplikasi di lingkungan yang keras.

Ketahanan Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Temperatur Layanan Maksimal yang Kontinu	870	1600	Sesuai untuk aplikasi suhu tinggi
Temperatur Layanan Maksimal yang Intermiten	925	1700	Dapat bertahan terhadap paparan suhu lebih tinggi dalam waktu singkat
Temperatur Pengelupasan	600	1112	Risiko oksidasi melebihi suhu ini
Pertimbangan Kekuatan Creep dimulai sekitar	600	1112	Ketahanan creep menurun secara signifikan di atas suhu ini

Stainless steel mempertahankan sifat mekaniknya pada suhu tinggi, membuatnya cocok untuk aplikasi seperti sistem knalpot dan penukar panas. Namun, paparan berkepanjangan pada suhu tinggi dapat menyebabkan oksidasi dan pengelupasan, yang dapat mengompromikan integritasnya.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Mengelas

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Pelindung yang Umum	Catatan
TIG	ER308L	Argon	Sangat baik untuk bagian tipis
MIG	ER308L	Argon/CO2	Baik untuk bagian yang lebih tebal
Stick	E308L	-	Cocok untuk aplikasi luar ruangan

Stainless steel umumnya mudah untuk dilas, tetapi perlakuan panas sebelum dan sesudah pengelasan mungkin diperlukan untuk menghindari masalah seperti sensitisasi dan retakan. Logam pengisi yang tepat harus dipilih untuk mencocokkan komposisi material dasar.

Kebermanfaatan

Parameter Pemesinan	[Stainless Steel 304]	[AISI 1212]	Catatan/Saran
Indeks Kebermanfaatan Relatif	60%	100%	Memerlukan kecepatan potong yang lebih lambat
Kecepatan Pemotongan Umum (Putar)	30 m/menit	60 m/menit	Gunakan alat yang tajam untuk meminimalkan pengerasan kerja

Stainless steel dapat menjadi tantangan untuk diproduksi karena ketangguhan dan karakteristik pengerasan kerja. Kondisi optimal meliputi penggunaan alat yang tajam dan kecepatan pemotongan yang sesuai untuk meningkatkan kebermanfaatannya.

Kemampuan Pembentukan

Stainless steel menunjukkan kemampuan pembentukan yang baik, memungkinkan untuk proses pembentukan dingin dan panas. Namun, penting untuk mempertimbangkan efek pengerasan kerja, yang dapat membatasi jari-jari pembengkokan dan memerlukan kontrol yang hati-hati selama operasi pembentukan.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Jangkauan Suhu (°C/°F)	Waktu Rendam Umum	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Dipelur	1010 - 1120 / 1850 - 2050	1 - 2 jam	Udara atau air	Meringankan tegangan, meningkatkan duktilitas
Perlakuan Larutan	1000 - 1100 / 1830 - 2010	30 menit	Air	Menghancurkan karbida, meningkatkan ketahanan korosi
Penuaan	400 - 600 / 750 - 1110	1 - 2 jam	Udara	Meningkatkan kekuatan melalui presipitasi

Proses perlakuan panas dapat secara signifikan mengubah mikrostruktur stainless steel, meningkatkan sifat mekaniknya dan ketahanan korosi. Misalnya, dipelur meringankan tegangan internal dan meningkatkan duktilitas, sedangkan perlakuan larutan mengoptimalkan ketahanan korosi.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Khusus	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Pengolahan Makanan	Peralatan dan peralatan masak	Ketahanan korosi, higienis	Tidak reaktif dan mudah dibersihkan
Konstruksi	Komponen struktural	Kekuatan, daya tahan	Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi
Otomotif	Sistem knalpot	Ketahanan panas, ketahanan korosi	Menahan temperatur tinggi dan lingkungan korosif
Medis	Instrumen bedah	Biokompatibilitas, ketahanan korosi	Aman untuk kontak manusia

Aplikasi lain termasuk:

• Peralatan pemrosesan kimia
• Aplikasi maritim
• Struktur arsitektural
• Jalur pipa minyak dan gas

Stainless steel dipilih untuk aplikasi ini karena kombinasi unik dari kekuatan, ketahanan korosi, dan daya tarik estetis, sehingga cocok untuk penggunaan fungsional dan dekoratif.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan

Fitur/Sifat	[Stainless Steel 304]	[Kelas Alternatif 1]	[Kelas Alternatif 2]	Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off
Sifat Mekanis Kunci	Kekuatan tarik tinggi	Kekuatan sedang	Kekuatan tinggi	304 serbaguna tetapi mungkin tidak tahan terhadap kondisi ekstrem
Aspek Korosi Kunci	Baik di sebagian besar lingkungan	Bagus di lingkungan asam	Baik di klorida	304 kurang tahan terhadap klorida dibandingkan dengan 316
Kemampuan Mengelas	Baik	Sangat baik	Adil	304 lebih mudah dilas daripada beberapa kelas kekuatan tinggi
Kebermanfaatan	Sedang	Tinggi	Rendah	304 memerlukan pemesinan hati-hati untuk menghindari pengerasan kerja
Kemampuan Pembentukan	Baik	Sangat baik	Adil	304 dapat dibentuk dengan mudah tetapi mungkin mengeras dalam prosesnya
Kira-kira Biaya Relatif	Sedang	Tinggi	Rendah	304 ekonomis untuk banyak aplikasi
Ketersediaan Umum	Tinggi	Sedang	Rendah	304 banyak tersedia dalam berbagai bentuk

Saat memilih stainless steel untuk aplikasi tertentu, pertimbangan seperti biaya, ketersediaan, dan sifat mekanis serta korosi spesifik sangat penting. Meskipun stainless steel 304 serbaguna dan banyak digunakan, alternatif seperti 316 mungkin lebih cocok untuk lingkungan yang terkena klorida tinggi. Memahami trade-off antara berbagai kelas dapat membantu insinyur dan perancang membuat keputusan yang tepat, seimbang antara kinerja, biaya, dan ketersediaan.