Bagaimana unsur paduan mempengaruhi baja tahan karat?

Komposisi kimia mempunyai pengaruh yang besar terhadap struktur mikro, sifat mekanik, sifat fisik dan ketahanan korosi baja. Kromium, molibdenum, nikel dan unsur paduan lainnya dapat menggantikan titik sudut kisi austenit dan pusat keenam sisi kubus besi, karbon dan nitrogen terletak pada celah antar atom kisi (posisi celah) karena volumenya yang kecil. , menghasilkan tekanan besar pada kisi, sehingga menjadi elemen pengerasan yang efektif. Unsur paduan yang berbeda mempunyai pengaruh yang berbeda terhadap sifat baja, terkadang menguntungkan dan terkadang berbahaya. Elemen paduan utama baja tahan karat Austenitik memiliki efek sebagai berikut:

 

Kr

Kromium merupakan elemen paduan yang membuat baja tahan karat “bebas karat”. Setidaknya kromium 10,5% diperlukan untuk membentuk karakteristik film pasivasi permukaan baja tahan karat. Film pasivasi dapat membuat baja tahan karat secara efektif menahan air korosif, berbagai larutan asam, dan bahkan oksidasi kuat dari korosi gas suhu tinggi. Ketika kandungan kromium melebihi 10,5%, ketahanan korosi baja tahan karat meningkat. Kandungan kromium dari 304 baja tahan karat adalah 18%, dan beberapa baja tahan karat Austenitik bermutu tinggi memiliki kandungan kromium setinggi 20% hingga 28%.

 

Tidak

Nikel dapat membentuk dan menstabilkan fase Austenitik. merek 8%Ni baja tahan karat 304, memberikan sifat mekanik, kekuatan dan ketangguhan yang dibutuhkan oleh austenit. Baja tahan karat austenitik berkinerja tinggi mengandung kromium dan molibdenum konsentrasi tinggi, dan nikel ditambahkan untuk mempertahankan struktur austenitik ketika lebih banyak kromium atau elemen pembentuk ferit lainnya ditambahkan ke baja. Struktur austenit dapat dijamin dengan kandungan nikel sekitar 20%, dan ketahanan patah korosi tegangan pada baja tahan karat dapat ditingkatkan secara signifikan.

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

 

Mo

Molibdenum meningkatkan ketahanan korosi lubang dan celah baja tahan karat di lingkungan klorida. Kombinasi molibdenum dan kromium, terutama nitrogen, menjadikan baja tahan karat austenitik berkinerja tinggi memiliki ketahanan yang kuat terhadap korosi lubang dan celah. Mo juga dapat meningkatkan ketahanan korosi baja tahan karat dalam lingkungan reduktif seperti asam klorida dan asam sulfat encer. Kandungan molibdenum minimum baja tahan karat Austenitik adalah sekitar 2%, seperti baja tahan karat 316. Baja tahan karat Austenitik berkinerja tinggi dengan kandungan paduan tertinggi mengandung hingga 7,5% molibdenum. Molibdenum berkontribusi pada pembentukan fase Ferit dan mempengaruhi keseimbangan fase. Ini terlibat dalam pembentukan beberapa fase sekunder berbahaya dan akan membentuk oksida suhu tinggi yang tidak stabil, memiliki dampak negatif pada ketahanan oksidasi suhu tinggi, penggunaan baja tahan karat yang mengandung molibdenum harus diperhitungkan.

 

C

Karbon menstabilkan dan memperkuat fase Austenitik. Karbon adalah elemen bermanfaat untuk baja tahan karat yang digunakan di lingkungan bersuhu tinggi seperti tabung ketel, namun dalam beberapa kasus dapat berdampak buruk pada ketahanan terhadap korosi. Kandungan karbon pada sebagian besar baja tahan karat Austenitik biasanya dibatasi pada tingkat terendah yang dapat dipraktikkan. Kandungan karbon pada nilai pengelasan (304L, 201L dan 316L) dibatasi hingga 0,030%. Kandungan karbon dari beberapa paduan bermutu tinggi bahkan dibatasi hingga 0,020%.

 

N

Nitrogen menstabilkan dan memperkuat fase Austenit, dan memperlambat sensitisasi karbida dan pembentukan fase sekunder. Baja tahan karat austenitik standar dan baja tahan karat austenitik kinerja tinggi mengandung nitrogen. Pada kadar karbon rendah (L), sejumlah kecil nitrogen (hingga 0,1%) dapat mengkompensasi hilangnya kekuatan karena kandungan karbon yang rendah. Nitrogen juga membantu meningkatkan ketahanan terhadap korosi lubang dan celah klorida, sehingga beberapa baja tahan karat austenitik berkinerja tinggi yang tahan korosi terbaik memiliki kandungan nitrogen setinggi 0,5%.

 

M N

Pabrik baja menggunakan mangan untuk mendeoksidasi baja cair, sehingga sejumlah kecil mangan tetap ada di semua baja tahan karat. Mangan juga dapat menstabilkan fase Austenitik dan meningkatkan kelarutan nitrogen dalam baja tahan karat. Oleh karena itu, pada baja tahan karat seri 200, mangan dapat digunakan untuk menggantikan sebagian nikel guna meningkatkan kandungan nitrogen, meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap korosi. Mangan ditambahkan ke beberapa baja tahan karat Austenitik berkinerja tinggi untuk mencapai efek yang sama.

 

Cu

Tembaga dapat meningkatkan ketahanan korosi baja tahan karat dalam mereduksi asam, seperti beberapa larutan campuran asam sulfat dan fosfat.

 

Ya

Secara umum, silikon merupakan elemen bermanfaat dalam baja tahan karat austenitik karena dapat meningkatkan ketahanan korosi baja dalam asam pekat dan lingkungan oksidasi tinggi. Dilaporkan bahwa UNS S30600 dan baja tahan karat khusus silikon tinggi lainnya memiliki ketahanan korosi lubang yang tinggi. Silikon, seperti mangan, juga dapat digunakan untuk mendeoksidasi baja cair, sehingga inklusi oksida kecil yang mengandung silikon, mangan, dan elemen deoksidasi lainnya selalu tertinggal di 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 kadar karbon rendah untuk mengurangi sensitisasi. Niobium karbida dan titanium karbida dapat meningkatkan kekuatan suhu tinggi. 347 dan baja tahan karat 321 yang mengandung Nb dan Ti biasanya digunakan dalam boiler dan peralatan pemurnian untuk memenuhi persyaratan kekuatan suhu dan kemampuan las yang tinggi. Mereka juga digunakan dalam beberapa proses deoksidasi sebagai elemen sisa dalam baja tahan karat Austenitik berkinerja tinggi.

 

S dan P

Belerang baik dan buruk untuk baja tahan karat. Hal ini dapat meningkatkan kinerja pemesinan, kerugiannya adalah mengurangi kemampuan kerja termal, meningkatkan jumlah inklusi mangan sulfida, sehingga ketahanan korosi lubang baja tahan karat berkurang. Baja tahan karat Austenitik bermutu tinggi tidak mudah dipanaskan, sehingga kandungan sulfur harus dikontrol sebisa mungkin, sekitar 0,001%. Belerang biasanya tidak ditambahkan sebagai elemen paduan pada baja tahan karat austenitik kinerja tinggi. Namun, kandungan sulfur baja tahan karat kelas standar seringkali tinggi (0,005% ~ 0,017%), untuk meningkatkan kedalaman penetrasi las dari pengelasan fusi mandiri, meningkatkan kinerja pemotongan.

Fosfor adalah elemen berbahaya dan dapat berdampak buruk pada sifat kerja panas pada penempaan dan pengerolan panas. Pada proses pendinginan setelah pengelasan juga akan mendorong terjadinya thermal cracking. Oleh karena itu, kandungan fosfor harus dikontrol pada tingkat minimum.