Bagaimana elemen paduan mempengaruhi baja stainless steel?'>Bagaimana elemen paduan mempengaruhi baja stainless steel?

Komposisi kimia memiliki pengaruh besar pada mikrostruktur, sifat mekanik, sifat fisik, dan ketahanan korosi baja. Kromium, molibdenum, nikel, dan elemen paduan lainnya dapat menggantikan sudut vertikal kisi austenit dan pusat dari enam sisi besi kubus. Karbon dan nitrogen terletak di celah antara atom kisi (posisi celah) karena volume yang kecil, menghasilkan tegangan besar dalam kisi, sehingga menjadi elemen pengerasan yang efektif. Berbagai elemen paduan memiliki efek berbeda pada sifat baja, kadang-kadang bermanfaat dan kadang-kadang merugikan. Elemen paduan utama baja stainless Austenitic memiliki efek berikut:

 

Cr

Chromium adalah elemen paduan yang membuat baja stainless “tidak berkarat”. Setidaknya dibutuhkan 10,5% krom untuk membentuk lapisan pasifisasi permukaan yang khas pada baja stainless. Lapisan pasifisasi ini dapat membuat baja stainless secara efektif tahan terhadap air korosif, berbagai larutan asam, dan bahkan oksidasi yang kuat akibat korosi gas pada suhu tinggi. Ketika kandungan krom melebihi 10,5%, ketahanan korosi baja stainless akan meningkat. Kandungan krom dari 304 stainless steel memiliki kadar krom sebesar 18%, dan beberapa baja stainless Austenitic kelas tinggi memiliki kadar krom sebesar 20% hingga 28%.

 

Ni

Nikel dapat membentuk dan menstabilkan fase Austenitik. 8%Ni membuat Tembaga stainless steel 304Dengan memberikan sifat mekanis, kekuatan, dan ketangguhan yang dibutuhkan oleh austenit. Baja tahan karat austenitik berkinerja tinggi mengandung konsentrasi kromium dan molibdenum yang tinggi, dan nikel ditambahkan untuk mempertahankan struktur austenit ketika lebih banyak kromium atau unsur pembentuk ferit lainnya ditambahkan ke baja. Struktur austenit dapat dipertahankan dengan kandungan nikel sekitar 20%, dan ketahanan terhadap korosi stres dari baja tahan karat dapat ditingkatkan secara signifikan.

Nikel juga dapat mengurangi tingkat pengerasan kerja selama deformasi dingin, sehingga paduan yang digunakan untuk deep drawing, spinning, dan cold heading umumnya memiliki kandungan nikel yang tinggi.

 

Mo

Molybdenum meningkatkan ketahanan korosi pitting dan crevice pada baja stainless dalam lingkungan klorida. Kombinasi antara molybdenum dan kromium, terutama nitrogen, membuat baja stainless austenitik berkinerja tinggi memiliki ketahanan yang kuat terhadap korosi pitting dan crevice. Molybdenum juga dapat meningkatkan ketahanan korosi baja stainless dalam lingkungan reduktif seperti asam klorida dan asam sulfat encer. Kandungan molybdenum minimum pada baja stainless austenitik adalah sekitar 2%, seperti baja stainless 316. Baja stainless austenitik berkinerja tinggi dengan kandungan paduan tertinggi mengandung hingga 7,5% molibdenum. Molybdenum berperan dalam pembentukan fase Ferrite dan mempengaruhi keseimbangan fase. Ia terlibat dalam pembentukan beberapa fase sekunder yang berbahaya dan akan membentuk oksida suhu tinggi yang tidak stabil, memiliki dampak negatif terhadap ketahanan oksidasi suhu tinggi, penggunaan baja stainless yang mengandung molibdenum harus diperhitungkan.

 

C

Karbon menstabilkan dan memperkuat fase Austenitik. Karbon merupakan elemen yang bermanfaat untuk baja stainless yang digunakan dalam lingkungan suhu tinggi seperti tabung boiler, namun dalam beberapa kasus dapat memiliki efek merugikan terhadap ketahanan korosi. Kandungan karbon pada sebagian besar baja stainless Austenitik biasanya dibatasi hingga tingkat terendah yang praktis. Kandungan karbon pada kelas las (304L, 201L dan 316L) dibatasi hingga 0,030%. Kandungan karbon pada beberapa kelas kinerja tinggi paduan tinggi bahkan dibatasi hingga 0,020%.

 

N

Nitrogen menstabilkan dan memperkuat fase Austenite, serta memperlambat pembentukan karbida dan fase sekunder. Baik standar baja stainless austenitic maupun baja stainless austenitic berkinerja tinggi mengandung nitrogen. Dalam kelas karbon rendah (L), sejumlah kecil nitrogen (hingga 0,1%) dapat mengimbangi hilangnya kekuatan akibat kandungan karbon yang rendah. Nitrogen juga membantu meningkatkan ketahanan terhadap korosi pitting dan korosi celah akibat klorida, sehingga beberapa baja stainless austenitic berkinerja tinggi yang tahan korosi terbaik mengandung kandungan nitrogen hingga 0,5%.

 

Mn

Kilang baja menggunakan mangan untuk menghilangkan oksida dari baja cair, sehingga sejumlah kecil mangan tetap ada pada semua baja stainless. Mangan juga dapat menstabilkan fase Austenitic dan meningkatkan kelarutan nitrogen dalam baja stainless. Oleh karena itu, dalam baja stainless seri 200, mangan dapat digunakan untuk menggantikan sebagian nikel guna meningkatkan kandungan nitrogen, serta meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi. Mangan juga ditambahkan pada beberapa baja stainless Austenitic berkinerja tinggi guna mencapai efek yang sama.

 

Cu

Tembaga dapat meningkatkan ketahanan korosi baja stainless dalam mengurangi asam, seperti beberapa larutan campuran asam sulfat dan asam fosfat.

 

Si

Secara umum, silikon merupakan elemen yang bermanfaat dalam baja stainless Austenitic karena dapat meningkatkan ketahanan korosi baja dalam kondisi asam yang pekat dan lingkungan oksidasi yang tinggi. Berdasarkan laporan, UNS S30600 dan baja stainless khusus lainnya dengan kadar silikon yang tinggi memiliki ketahanan korosi pitting yang tinggi. Silikon, seperti mangan, juga dapat digunakan untuk mendetoksifikasi baja cair, sehingga inklusi oksida kecil yang mengandung silikon, mangan, dan unsur-unsur deoksidasi lainnya selalu tetap berada dalam baja. Namun, terlalu banyak inklusi akan mempengaruhi kualitas permukaan produk.

 

Nb dan Ti

Kedua elemen ini merupakan elemen pembentuk karbida yang kuat dan dapat digunakan sebagai pengganti kelas karbon rendah untuk mengurangi sensitisasi. Niobium carbide dan titanium carbide dapat meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi. 347 dan baja stainless 321 yang mengandung Nb dan Ti umumnya digunakan dalam boiler dan peralatan penyulingan untuk memenuhi persyaratan kekuatan dan kebolehan pengelasan pada suhu tinggi. Mereka juga digunakan dalam beberapa proses deoksidasi sebagai unsur residu dalam baja stainless Austenitic berkinerja tinggi.

 

S dan P

Sulfur baik maupun buruk bagi baja stainless. Hal ini dapat meningkatkan kinerja pemesinan, namun kerusakannya adalah mengurangi kebolehkerjaan termal, meningkatkan jumlah inklusi mangan sulfida, sehingga resistensi korosi pitting baja stainless berkurang. Baja stainless Austenitik kelas tinggi tidak mudah diproses dengan panas, sehingga kandungan sulfur sebaiknya dikontrol pada level terendah mungkin, sekitar 0,001%. Sulfur biasanya tidak ditambahkan sebagai elemen paduan pada baja stainless austenitik kelas kinerja tinggi. Namun, kandungan sulfur baja stainless kelas standar sering tinggi (0,005% ~ 0,017%), untuk meningkatkan kedalaman penetrasi las pada pengelasan self-fusion dan meningkatkan kinerja pemotongan.

Phosphor adalah elemen yang berbahaya dan dapat mempengaruhi sifat kerja pemanasan dari pengecoran dan rolling panas. Dalam proses pendinginan setelah pengelasan, fosfor juga akan memicu terjadinya retakan termal. Oleh karena itu, kandungan fosfor harus dikontrol pada tingkat minimum.