Tanya Seorang Insinyur: Menguasai Sifat Stainless Steel Austenitik

Stainless steel austenitik yang serbaguna dan tangguh—bahkan pada suhu kriogenik atau tinggi

Stainless steel disebut “stainless” karena resistensinya terhadap karat. Steel mengandung besi dan karbon dalam persentase tertentu: menambahkan elemen kromium mengubahnya dari baja menjadi stainless steel. Mulai dari tiga elemen dasar ini, metalurgis telah menciptakan berbagai macam stainless steel. Jenis logam dalam legasi, instruksi legasi, perawatan panas, dan pekerjaan pasca-produksi masuk ke dalam deskripsi setiap grade. Spesifikasi ini mengurutkan ke dalam empat sub-tipe utama: austenitik, feritik, martensit, dan duplex. Semua berguna, tetapi baja austenitik menonjol karena kegunaan unggulnya. 70% item stainless steel dibuat dari stainless steel austenitik.

Kromium membuat stainless steel tahan korosi dengan mengoksidasi dengan cepat. Ini membentuk segel, atau “lapisan pasif,” yang melindungi logam berbasis besi dari karat. Stainless steel austenitik memiliki elemen legasi tambahan, nikol, yang memberikan properti kekuatan dan duktilitas.

Sifat stainless steel austenitik

Stainless steel austenitik memiliki banyak properti yang berguna:

• Sangat tahan korosi
• Awet
• Dapat dibentuk
• Dapat di las
• Tidak rapuh pada suhu kriogenik
• Rentang hot-strength yang lebih besar daripada tipe stainless lainnya
• Ekspansi termal yang lebih besar daripada stainless steel martensit dan feritik
• Konduktivitas termal yang lebih rendah daripada grade martensit
• Biasanya non-magnetik; sedikit magnetik jika cold-worked

Properti ini membuat stainless steel austenitik serbaguna dan ideal untuk banyak aplikasi, termasuk dapur dan peralatan pemrosesan makanan, laboratorium dan rumah sakit, perabot tempat umum dan cladding eksterior, oven dan tungku, pemanas pemindah, dan lainnya. Seri 300 yang umum secara komersial, termasuk grade umum 304 dan 316, adalah baja austenitik.

Baja austenitik memiliki properti yang berguna ini karena struktur molekulerinya. Namun, mahal untuk membuat dan mempertahankan molekul austenite dalam baja. Oleh karena itu, baja ini hanya digunakan tempat properti yang ditingkatkan diperlukan.

Mikrostruktur austenitik

Saat logam membeku dari keadaan cair, kristal dan membentuk butir yang saling menempel dalam jali. Struktur kristal ini menentukan banyak properti mekanis logam.

Ada banyak faktor yang mempengaruhi mikrostruktur ini: bahan di dalam jali, seberapa panas logam menjadi dan seberapa cepat ia pendingin, dan apakah logam dipanaskan perawatan setelahnya. Legasi austenitik memiliki sesuatu yang disebut “face-centered cubic microstructure.” Jali ini terdiri dari sel yang padat. Molekul austenite face-centered hanya muncul dalam baja lemah ketika besi dalam keadaan cair. Ketika metalurg menambahkan nikol ke legasi, struktur ini dapat bertahan bahkan ketika logam dingin.

Struktur face-centered cubic memiliki atom di setiap sudut sel, ditambah atom di tengah setiap sisi kubus. Itulah atom di sisi setiap kubus yang memberikan properti pada baja austenitik. Kepadatan atom per sel memberikan kekuatan. Banyak bentuk baja dan stainless steel lainnya memiliki struktur yang lebih longgar tanpa atom di tengah setiap sisi.

Stainless steel austenitik non-magnetik karena setiap atom dalam sel dapat menemukan pasangan dengan muatan berlawanan.

Stainless steel austenitik: cocok untuk kriogenik

Struktur face-centered cubic lebih kuat pada suhu ekstrim karena kekuatan tambahan dari atom tambahan per sel.

Stainless steel austenitik adalah tipe stainless satu-satunya yang tidak rapuh dan mudah patah dalam aplikasi kriogenik. Bahkan di bawah -292°F, bahan ini mempertahankan keawetan dan eksklusi. Saat dipukul, molekul dapat melintas satu sama lain tanpa hancur.

Dalam perbandingan, struktur body-centered cubic biasanya menunjukkan suhu “transisi” di bawahnya bahan akan hancur jika secara mekanis diberi stres. Ini disebut low-temperature embrittlement.

Toleransi panas atau hot-strength

Saat logam dipanaskan, ia melunak, hingga mencapai titik lelehnya. Yang melunak lebih lambat memiliki hot-strength yang lebih besar. Stainless steel austenitik mulai kehilangan kekuatannya antara 900–1000°F tetapi tidak secepat tipe stainless lainnya. Suhu layanan berkelanjutan untuk dua tipe, stainless steel martensit dan feritik, antara 1300–1500°F. Suhu layanan berkelanjutan maksimum untuk austenitic 310 stainless steel adalah 2100°F.

Kompleksitas logam

Logam mendapatkan properti material unik dari formasi jali kristal atom. Butir ini dipengaruhi oleh banyak aspek berbeda dari produksi logam.

Baja dibuat ketika besi dilegasi dengan karbon, menghasilkan legasi yang kuat, lentur, tetapi rentan karat. Kromium ditambahkan untuk membantu menciptakan lapisan oksida pasif dan mencegah karat. Saat dipanaskan perawatan antara 1.674–2.541°F, karbon menyebar melalui jali dan stainless sekarang memiliki duktilitas dan kekuatan yang lebih besar. Satu-satunya cara untuk mempertahankan struktur ini pada suhu ruangan adalah dengan memiliki nikol dan/atau mangan dalam legasi. Penambahan ini memberikan rangka kimia untuk sel face-centered cubic. Dengan semua elemen ini, stainless steel austenitik diciptakan: non-magnetik, tahan panas dan dingin, lentur, dan dapat di las.

Stainless steel austenitik yang tahan pantul terus bekerja di banyak lingkungan industri. Sifat mekanis mereka membuatnya pilihan paling populer dalam grade stainless. Namun, penambahan nikol dan mangan membuat baja austenitik lebih mahal: baja duplex baru, yang menyisipkan austenite dan ferrite, cenderung memiliki beberapa properti keduanya. Ini adalah cara yang lebih murah untuk memiliki beberapa manfaat baja austenitik dalam lingkungan yang tidak ekstrim. Namun, untuk aplikasi kriogenik, dan yang intensif panas seperti boiler, pemanas pemindah, dan garis uap, stainless steel austenitik akan tetap menjadi pilihan paling populer.