Adalah Besi Stainless Steel?

Pertanyaan mendasar dalam ilmu material dan aplikasi industri adalah: Apakah besi tahan karat? Jawabannya bergantung pada definisi logam besi dan pemahaman rinci tentang komposisi kimia baja tahan karat, struktur kristal, dan standar klasifikasi material.

Pada intinya, baja tahan karat adalah a paduan besi—mengandung zat besi (Fe) sebagai komponen utamanya—namun kromiumnya unik (Cr) kandungannya membedakannya dari baja karbon dan besi tuang, memberinya ketahanan terhadap korosi yang merevolusi industri mulai dari konstruksi hingga peralatan medis.

1. Apa yang dimaksud dengan “ferrous” dalam teknik material

Dalam teknik dan metalurgi istilah tersebut besi mengacu pada logam dan paduan yang penyusun utamanya adalah besi.

Bahan besi yang umum termasuk baja tempa, besi cor, besi tempa dan paduan berbahan dasar besi seperti baja tahan karat.

Sebaliknya, non-besi logam adalah logam yang unsur utamanya bukan besi (contoh: aluminium, tembaga, Titanium, paduan berbasis nikel).

Poin penting: klasifikasinya bersifat komposisi (berbahan dasar besi) daripada fungsional (MISALNYA., “apakah itu berkarat?"). Baja tahan karat adalah paduan berbahan dasar besi dan oleh karena itu termasuk dalam keluarga besi.

2. Mengapa baja tahan karat bersifat besi — komposisi dan standar

• Besi adalah elemen keseimbangan. Baja tahan karat diformulasikan dengan besi sebagai elemen matriksnya; unsur paduan lainnya ditambahkan untuk mendapatkan sifat yang diinginkan.
  Nilai industri yang khas mengandung a mayoritas besi dengan kromium, nikel, molibdenum dan elemen lainnya hadir sebagai penambahan paduan yang disengaja.
• Persyaratan kromium. Definisi teknis standar baja tahan karat adalah paduan berbahan dasar besi yang mengandung setidaknya ≈10,5% kromium berdasarkan massa, yang menanamkan pasif, film permukaan tahan korosi (Cr₂O₃).
  Ambang batas kromium ini dikodifikasikan dalam standar umum (MISALNYA., Kelompok dokumen ASTM/ISO).
• Klasifikasi standar. Standar internasional mengklasifikasikan baja tahan karat sebagai baja (YAITU., paduan berbahan dasar besi).
  Untuk pengadaan dan pengujiannya ditangani dalam kerangka standar bahan besi (analisis kimia, tes mekanis, prosedur perlakuan panas dan sebagainya).

Pendeknya: tahan karat = paduan berbahan dasar besi dengan kromium yang cukup untuk menjadi pasif; oleh karena itu tahan karat = besi.

3. Kimia yang khas — nilai yang representatif

Tabel berikut mengilustrasikan perwakilan kimia yang menunjukkan bahwa besi adalah logam dasar (nilai adalah rentang tipikal; periksa lembar data kelas untuk mengetahui batas spesifikasi yang tepat).

“Keseimbangan” berarti sisa paduannya adalah besi ditambah elemen jejak.

4. Struktur kristal dan kelas mikrostruktur — mengapa struktur ≠ non-ferrous

Baja tahan karat secara metalurgi dibagi berdasarkan struktur kristal dominannya pada suhu kamar:

• Austenitic (γ-FCC) — mis., 304, 316. Non-magnetik dalam kondisi anil, ketangguhan yang sangat baik dan ketahanan terhadap korosi, Ni tinggi menstabilkan austenit.
• Feritik (α-BCC) — mis., 430. Magnet, ketangguhan yang lebih rendah pada suhu yang sangat rendah, ketahanan yang baik terhadap retak korosi akibat tegangan di beberapa lingkungan.
• Martensit (BCT terdistorsi / martensit) — mis., 410, 420. Dapat mengeras dengan perlakuan panas; digunakan untuk peralatan makan, katup dan poros.
• Rangkap (campuran a + C) — ferit dan austenit yang seimbang untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan klorida.

Penting: perbedaan struktur kristal ini menggambarkan susunan atom, bukan elemen dasar.

Terlepas dari austenitik, feritik atau martensit, baja tahan karat tetap ada berbahan dasar besi paduan — dan karenanya mengandung besi.

5. Perbedaan fungsional: “stainless” tidak berarti “non-ferrous” atau “non-magnetik”

• “Tahan karat” mengacu pada ketahanan terhadap korosi akibat kepasifan yang disebabkan oleh kromium (film Cr₂O₃). Memang benar bukan mengubah fakta bahwa logam tersebut berbahan dasar besi.
• Perilaku magnetis adalah bukan indikator komposisi besi yang dapat diandalkan: beberapa baja tahan karat austenitik pada dasarnya bersifat non-magnetik dalam keadaan anil, tapi tetap saja paduan besi. Varian pengerjaan dingin atau Ni yang lebih rendah dapat menjadi bersifat magnetis.
• Perilaku korosi (ketahanan terhadap “karat”) tergantung pada kandungan kromium, struktur mikro, kondisi lingkungan dan permukaan — bukan berdasarkan kategorisasi besi/non-besi saja.

6. Praktek industri dan implikasi pemilihan material

• Spesifikasi dan pengadaan. Baja tahan karat ditentukan menggunakan standar dan mutu baja (Astm, DI DALAM, Dia, GB, dll.).
  Pengujian mekanis, kualifikasi prosedur pengelasan, dan perlakuan panas mengikuti praktik metalurgi besi.
• Pengelasan dan fabrikasi. Baja tahan karat memerlukan tindakan pencegahan mendasar yang sama seperti logam besi lainnya (pemanasan awal / pasca pemanasan tergantung pada tingkatannya, kontrol karbon untuk menghindari sensitisasi dalam seri 300, pemilihan logam pengisi yang kompatibel).
• Magnetik dan NDT. NDT berbasis magnet (partikel mag) cocok untuk kadar feritik/martensit tetapi tidak untuk kadar austenitik penuh kecuali jika dikeraskan dengan kerja; tes ultrasonik dan penetran pewarna umum dilakukan di seluruh keluarga.
• Desain: para insinyur mengeksploitasi keluarga baja tahan karat yang berbeda untuk kebutuhan spesifik (austenitik untuk sifat mampu bentuk dan ketahanan terhadap korosi; feritik dimana nikel harus diminimalkan; dupleks untuk kekuatan tinggi dan ketahanan klorida).

7. Keuntungan dari Baja Tahan Karat Feritik

Baja tahan karat feritik adalah keluarga penting dalam keluarga baja tahan karat.

Mereka adalah paduan berbasis besi yang ditandai dengan kubik berpusat pada tubuh (α-Fe) struktur kristal pada suhu kamar dan kandungan kromium yang relatif tinggi dengan sedikit atau tanpa nikel.

Ketahanan korosi dalam lingkungan pengoksidasi dan agak agresif

• Feritik biasanya mengandung ~12–30% kromium, yang menghasilkan kromium-oksida kontinyu (Cr₂O₃) film pasif. Itu memberi ketahanan korosi dan oksidasi umum yang baik di udara, banyak lingkungan atmosfer dan beberapa media proses yang agak agresif.
• Mereka berkinerja sangat baik di mana pun retak korosi tegangan klorida (SCC) adalah perhatian: nilai feritik adalah jauh lebih rentan terhadap SCC yang diinduksi klorida daripada banyak nilai austenitik,
  sehingga cocok untuk aplikasi petrokimia dan kelautan tertentu di mana risiko SCC harus diminimalkan.

Efisiensi biaya dan ekonomi paduan

• Karena nilai feritik mengandung sedikit atau tanpa nikel, mereka kurang sensitif terhadap volatilitas harga nikel dan secara umum biaya lebih rendah daripada austenitik (ni-bantalan) baja tahan karat untuk ketahanan korosi yang setara di banyak lingkungan.
  Keuntungan biaya ini signifikan untuk aplikasi bervolume besar atau sensitif terhadap harga.

Stabilitas termal dan ketahanan terhadap karburisasi/penggetasan pada suhu tinggi

• Baja tahan karat feritik dipertahankan struktur mikro feritik yang stabil pada rentang suhu yang luas dan kurang rentan terhadap sensitisasi (presipitasi kromium karbida intergranular) daripada austenitik.
• Banyak feritik yang memilikinya ketahanan oksidasi suhu tinggi yang baik dan digunakan dalam sistem pembuangan, permukaan penukar panas dan aplikasi suhu tinggi lainnya.
  Nilai feritik tertentu (MISALNYA., 446, 430) ditentukan untuk servis berkelanjutan pada suhu tinggi karena membentuk kerak oksida yang tahan lama.

Koefisien ekspansi termal yang lebih rendah (CTE)

• Nilai CTE yang umum untuk baja tahan karat feritik adalah ≈10–12 × 10⁻⁶ /°C, jauh lebih rendah dari nilai austenitik umum (≈16–18 × 10⁻⁶ /°C).
• Ekspansi termal yang lebih rendah mengurangi distorsi termal dan tegangan ketidakcocokan ketika feritik digabungkan dengan material dengan ekspansi rendah atau digunakan dalam layanan siklik suhu tinggi (sistem pembuangan, komponen tungku).

Konduktivitas termal yang lebih baik

• Nilai feritik umumnya memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi (dengan kasar 20–30 W/m·K) daripada nilai austenitik (~15–20 W/m·K).
  Peningkatan perpindahan panas bermanfaat dalam pipa penukar panas, komponen tungku dan aplikasi yang memerlukan penghilangan panas secara cepat.

Sifat magnetik dan utilitas fungsional

• Baja tahan karat feritik adalah magnet dalam keadaan anil. Ini merupakan keuntungan ketika respons magnetis diperlukan (motor, pelindung magnetik, sensor) atau ketika pemisahan magnetik, inspeksi dan penanganan adalah bagian dari proses manufaktur/perakitan.

Ketahanan aus yang baik dan stabilitas permukaan

• Pameran nilai feritik tertentu ketahanan abrasi dan oksidasi yang baik dan mempertahankan permukaan akhir di atmosfer pengoksidasi suhu tinggi.
  Ini membuat mereka cocok untuk manifold buang, komponen buangan, dan elemen arsitektur dekoratif yang mengalami siklus termal.

Fabrikasi dan sifat mampu bentuk (aspek praktis)

• Banyak paduan feritik yang ditawarkan keuletan dan sifat mampu bentuk yang memadai untuk pekerjaan lembaran dan strip dan dapat dibentuk dingin tanpa tingkat pegas yang sama dengan paduan berkekuatan lebih tinggi.
  Dimana diperlukan gambar yang dalam atau pembentukan yang rumit, pemilihan kelas yang sesuai (kromium lebih rendah, emosi yang dioptimalkan) membuahkan hasil yang baik.
• Karena struktur mikro feritiknya yang sederhana, feritik tidak memerlukan anil larutan pasca-las untuk mendapatkan kembali ketahanan terhadap korosi dengan cara yang sama seperti yang terkadang dilakukan oleh austenitik yang rentan terhadap sensitisasi — meskipun pengendalian prosedur pengelasan tetap penting.

Keterbatasan dan peringatan seleksi

Pandangan teknik yang seimbang harus mengakui keterbatasan sehingga material tidak disalahgunakan:

• Ketangguhan lebih rendah pada suhu yang sangat rendah: feritik umumnya memiliki ketangguhan dampak yang lebih buruk pada suhu kriogenik dibandingkan austenitik.
  Hindari feritik untuk aplikasi struktural suhu rendah yang kritis kecuali memenuhi syarat khusus.
• Kendala kemampuan las: sedangkan pengelasan adalah hal yang rutin, pertumbuhan butir dan penggetasan dapat terjadi pada feritik dengan Cr tinggi jika masukan panas dan pendinginan pasca pengelasan tidak dikontrol;
  beberapa feritik mengalami perilaku rapuh di zona yang terkena dampak panas kecuali jika prosedur yang tepat digunakan.
• Sifat mampu bentuk yang lebih rendah untuk beberapa nilai Cr tinggi: kandungan kromium yang sangat tinggi dapat mengurangi keuletan dan sifat mampu bentuk; pemilihan kelas harus sesuai dengan operasi pembentukan.
• Tidak unggul secara universal dalam pitting klorida: meskipun feritik menolak SCC, ketahanan lubang/pitting di lingkungan yang mengandung klorida yang agresif seringkali lebih baik diatasi dengan austenitik Mo yang lebih tinggi atau kadar dupleks;
  mengevaluasi angka ekuivalen resistensi pitting (Kayu) dimana paparan klorida signifikan.

8. Perbandingan dengan Alternatif Non-Ferrous

Saat para insinyur mempertimbangkan material untuk aplikasi tahan korosi, baja tahan karat adalah pilihan besi terkemuka.

Namun, logam dan paduan non-ferrous (Al, paduan Cu, Dari, Paduan berbasis Ni, Mg, Zn) sering bersaing dalam hal berat badan, daya konduksi, ketahanan korosi tertentu, atau kemampuan proses.

9. Keberlanjutan dan daur ulang

• Daur ulang: baja tahan karat adalah salah satu bahan rekayasa yang paling banyak didaur ulang; skrap mudah dimasukkan ke dalam lelehan baru dengan kandungan daur ulang yang tinggi.
• Siklus hidup: masa pakai yang lama dan perawatan yang rendah sering kali menjadikan baja tahan karat sebagai bahan yang ekonomis, pilihan berdampak rendah selama masa pakai komponen meskipun biaya di muka lebih tinggi dibandingkan baja karbon biasa.
• Kode lingkungan dan pemulihan: produksi baja tahan karat semakin banyak menggunakan tungku busur listrik dan bahan baku daur ulang untuk mengurangi intensitas energi dan emisi.

10. Kesalahpahaman dan klarifikasi

• “Tahan karat” ≠ “tahan karat selamanya.” Dalam kondisi ekstrim (retak korosi tegangan klorida, oksidasi suhu tinggi, serangan asam, Korosi celah, dll.), baja tahan karat dapat menimbulkan korosi; bahan-bahan tersebut tidak menjadi non-besi karena tahan karat.
• Magnetik ≠ besi: sifat non-magnetik pada beberapa jenis baja tahan karat tidak menjadikannya non-besi. Atribut yang menentukan adalah kimia berbasis besi, bukan respons magnetis.
• Paduan nikel tinggi vs tahan karat: beberapa paduan berbasis nikel (Inconel, Hastelloy) bersifat non-besi dan digunakan jika baja tahan karat gagal; bahan-bahan tersebut bukan “baja tahan karat” meskipun ketahanannya terhadap korosi juga sama.

11. Kesimpulan

Baja tahan karat adalah besi bahan berdasarkan komposisi dan klasifikasi. Mereka menggabungkan besi sebagai elemen dasar dengan kromium dan elemen paduan lainnya untuk menghasilkan paduan yang tahan terhadap korosi dalam berbagai kondisi.

Struktur kristal (Austenitic, feritik, martensit, rangkap) menentukan karakteristik mekanik dan magnetik, tapi bukan fakta mendasar bahwa baja tahan karat berbahan dasar besi.

Oleh karena itu, pemilihan material harus memperlakukan baja tahan karat sebagai anggota keluarga besi dan memilih keluarga dan kelas tahan karat yang sesuai agar sesuai dengan lingkungan layanan., persyaratan fabrikasi dan tujuan siklus hidup.

 

FAQ

Apakah sifat “tahan karat” pada baja tahan karat berarti itu bukan logam besi?

Sifat “tahan karat” pada baja tahan karat berasal dari lapisan pasif padat kromium oksida (Cr₂O₃) terbentuk di permukaan ketika kandungan kromium ≥10,5%; ini tidak ada hubungannya dengan kandungan zat besi.

Terlepas dari perilakunya yang tahan karat, selama besi merupakan unsur utamanya, bahan tersebut digolongkan sebagai a besi logam.

Apakah baja tahan karat kehilangan sifat besinya pada suhu tinggi?

Klasifikasi sebagai logam besi ditentukan oleh komposisi kimianya, bukan suhu.

Bahkan jika transformasi fasa terjadi pada suhu tinggi (Misalnya, kelas austenitik berubah menjadi ferit pada suhu tinggi), unsur dasarnya tetap besi, jadi itu tetap merupakan logam besi.

Apakah daya tarik baja tahan karat mempengaruhi apakah baja tersebut mengandung besi?

Magnetisme berhubungan dengan struktur kristal: baja tahan karat feritik dan martensit biasanya bersifat magnetis, sedangkan baja tahan karat austenitik anil biasanya non-magnetik.

Namun, magnetisme adalah bukan kriteria untuk menjadi besi - kandungan besi adalah. Apakah grade stainless bersifat magnetis atau tidak, jika besi adalah unsur utamanya, maka itu adalah logam besi.

Apakah kemampuan daur ulang baja tahan karat berkaitan dengan sifat besinya?

Ya. Karena stainless steel berbahan dasar besi, aliran daur ulangnya mirip dengan logam besi lainnya.

Potongan baja tahan karat mudah dicairkan kembali; baja tahan karat memiliki tingkat daur ulang yang sangat tinggi dan energi daur ulang biasanya hanya sedikit (sekitar 20–30%) energi produksi primer.

Hal ini menjadikan baja tahan karat sebagai material berharga untuk aplikasi ekonomi berkelanjutan dan sirkular.

Jika baja tahan karat feritik terkorosi di beberapa lingkungan, apakah itu berarti mereka bukan besi?

TIDAK. Kinerja korosi tergantung pada lingkungan dan komposisi; beberapa jenis baja tahan karat mungkin terkorosi pada media tertentu, tapi itu tidak mengubah statusnya sebagai logam besi.

Misalnya, baja tahan karat feritik mungkin menunjukkan ketahanan yang lebih lemah pada media pereduksi kuat namun berkinerja sangat baik dalam lingkungan pengoksidasi.

Memilih tingkatan dan perlakuan permukaan yang sesuai akan mengoptimalkan ketahanan terhadap korosi untuk servis yang diinginkan.