Faktor suhu pengoperasian yang terbatas
Aplikasi umum yang memerlukan material dupleks terkena kondisi suhu tinggi adalah bejana bertekanan, bilah kipas/impeller, atau scrubber gas buang.Persyaratan sifat material dapat berkisar dari kekuatan mekanik yang tinggi hingga ketahanan terhadap korosi. Komposisi kimia dari kadar yang dibahas dalam artikel ini tercantum pada Tabel 1.
Dekomposisi tulang belakang
Dekomposisi spinodal (juga disebut demixing atau secara historis sebagai penggetasan 475 °C) adalah jenis pemisahan fase dalam fase feritik, yang terjadi pada suhu sekitar 475 °C.Pengaruh yang paling nyata adalah perubahan struktur mikro sehingga menyebabkan terbentuknya fasa α´ yang mengakibatkan penggetasan material.Hal ini, pada gilirannya, membatasi kinerja produk akhir.
Gambar 1 menunjukkan diagram transisi waktu suhu (TTT) untuk bahan dupleks yang dipelajari, dengan dekomposisi spinodal diwakili di wilayah 475 °C.Perlu dicatat bahwa diagram TTT ini menunjukkan penurunan ketangguhan sebesar 50% yang diukur dengan pengujian ketangguhan impak pada spesimen Charpy-V, yang biasanya diterima sebagai indikasi penggetasan.Dalam beberapa aplikasi, penurunan ketangguhan yang lebih besar mungkin dapat diterima, sehingga mengubah bentuk diagram TTT.Oleh karena itu, keputusan untuk menetapkan PL maksimum tertentu bergantung pada apa yang dianggap sebagai tingkat penggetasan yang dapat diterima, yaitu pengurangan ketangguhan produk akhir.Perlu disebutkan bahwa secara historis grafik TTT juga dihasilkan menggunakan ambang batas yang ditetapkan, seperti 27J.
Nilai paduan yang lebih tinggi
Gambar 1 menunjukkan bahwa peningkatan elemen paduan dari grade LDX 2101 ke grade SDX 2507 menghasilkan laju dekomposisi yang lebih cepat, sedangkan lean duplex menunjukkan permulaan dekomposisi yang tertunda.Dampak elemen paduan seperti kromium (Cr) dan nikel (Ni) pada dekomposisi dan penggetasan spinodal telah ditunjukkan oleh penyelidikan sebelumnya.5–8 Efek ini diilustrasikan lebih lanjut pada Gambar 2. Hal ini menunjukkan bahwa dekomposisi spinodal meningkat ketika suhu ditingkatkan dari 300 menjadi 350 °C dan lebih cepat untuk SDX 2507 dengan kadar paduan lebih tinggi dibandingkan dengan DX 2205 dengan paduan lebih sedikit.
Pemahaman ini dapat menjadi sangat penting dalam membantu pelanggan memutuskan waktu lembur maksimum yang sesuai untuk kelas dan aplikasi yang mereka pilih.
Penentuan suhu maksimum
Seperti disebutkan sebelumnya, OT maksimum untuk material dupleks dapat diatur sesuai dengan penurunan ketangguhan impak yang dapat diterima.Biasanya, OT yang sesuai dengan nilai pengurangan ketangguhan 50% diadopsi.
OOT tergantung pada suhu & waktu
Kemiringan ekor kurva pada diagram TTT pada Gambar 1 menunjukkan bahwa dekomposisi spinodal tidak terjadi hanya pada satu suhu ambang batas dan berhenti di bawah tingkat tersebut.Sebaliknya, ini adalah proses yang konstan ketika bahan duplex terkena suhu operasi di bawah 475 °C.Namun jelas juga bahwa, karena laju difusi yang lebih rendah, suhu yang lebih rendah berarti dekomposisi akan dimulai lebih lambat dan berlangsung lebih lambat.Oleh karena itu, penggunaan bahan dupleks pada suhu yang lebih rendah mungkin tidak menimbulkan masalah selama bertahun-tahun atau bahkan puluhan tahun.Padahal saat ini ada kecenderungan untuk menetapkan OT maksimal tanpa mempertimbangkan waktu pemaparan.Oleh karena itu, pertanyaan kuncinya adalah kombinasi suhu-waktu apa yang harus digunakan untuk memutuskan apakah suatu bahan aman digunakan atau tidak?Herzman dkk.10 merangkum dilema ini dengan baik: “…Penggunaannya kemudian akan dibatasi pada suhu dimana kinetika demixing sangat rendah sehingga tidak akan terjadi selama umur teknis produk yang dirancang…”.
Dampak pengelasan
Sebagian besar aplikasi menggunakan pengelasan untuk menyambung komponen.Telah diketahui bahwa struktur mikro las dan sifat kimianya bervariasi dari bahan dasarnya 3 .Tergantung pada bahan pengisi, teknik pengelasan dan parameter pengelasan, struktur mikro las sebagian besar berbeda dengan bahan curah.Struktur mikro biasanya lebih kasar, dan ini juga mencakup zona pengaruh panas suhu tinggi (HTHAZ), yang berdampak pada dekomposisi spinodal pada pengelasan.Variasi struktur mikro antara curah dan pengelasan adalah topik yang diulas di sini.
Meringkas faktor pembatas
Bagian sebelumnya mengarah pada kesimpulan berikut:
- Semua bahan duplex tunduk
untuk dekomposisi spinodal pada suhu sekitar 475 °C. - Tergantung pada kandungan paduannya, laju dekomposisi diharapkan lebih cepat atau lebih lambat.Kandungan Cr dan Ni yang lebih tinggi mendorong demixing yang lebih cepat.
- Untuk mengatur suhu pengoperasian maksimum:
– Kombinasi waktu pengoperasian dan suhu harus dipertimbangkan.
– Tingkat penurunan ketangguhan yang dapat diterima, yaitu tingkat ketangguhan akhir yang diinginkan harus ditetapkan - Ketika komponen mikrostruktur tambahan, seperti las, dimasukkan, PL maksimum ditentukan oleh bagian terlemah.
Standar global
Beberapa standar Eropa dan Amerika ditinjau untuk proyek ini.Mereka fokus pada aplikasi pada bejana tekan dan komponen perpipaan.Secara umum, perbedaan mengenai jam lembur maksimum yang direkomendasikan di antara standar yang ditinjau dapat dibagi menjadi sudut pandang Eropa dan Amerika.
Standar spesifikasi material Eropa untuk baja tahan karat (misalnya EN 10028-7, EN 10217-7) menyiratkan OT maksimum 250 °C karena fakta bahwa sifat material hanya tersedia hingga suhu ini.Selain itu, standar desain Eropa untuk bejana tekan dan perpipaan (masing-masing EN 13445 dan EN 13480) tidak memberikan informasi lebih lanjut tentang OT maksimum dari apa yang diberikan dalam standar materialnya.
Sebaliknya, spesifikasi material Amerika (misalnya ASME SA-240 dari ASME bagian II-A) tidak menampilkan data suhu tinggi sama sekali.Data ini disediakan di ASME bagian II-D, 'Properti', yang mendukung kode konstruksi umum untuk bejana tekan, ASME bagian VIII-1 dan VIII-2 (yang terakhir menawarkan rute desain yang lebih maju).Dalam ASME II-D, OT maksimum secara eksplisit dinyatakan sebagai 316 °C untuk sebagian besar paduan dupleks.
Untuk aplikasi perpipaan bertekanan, aturan desain dan sifat material diberikan dalam ASME B31.3.Dalam kode ini, data mekanis disediakan untuk paduan dupleks hingga 316 °C tanpa pernyataan jelas tentang OT maksimum.Namun demikian, Anda dapat menafsirkan informasi tersebut agar sesuai dengan apa yang tertulis di ASME II-D, sehingga, suhu lembur maksimum untuk standar Amerika dalam banyak kasus adalah 316 °C.
Selain informasi PL maksimum, standar Amerika dan Eropa menyiratkan adanya risiko terjadinya penggetasan pada suhu tinggi (>250 °C) dengan waktu pemaparan yang lebih lama, yang kemudian harus dipertimbangkan baik dalam tahap desain maupun servis.
Untuk pengelasan, sebagian besar standar tidak membuat pernyataan tegas mengenai dampak dekomposisi spinodal.Namun, beberapa standar (misalnya ASME VIII-1, Tabel UHA 32-4) menunjukkan kemungkinan untuk melakukan perlakuan panas pasca pengelasan yang spesifik.Hal ini tidak diwajibkan atau dilarang, namun ketika melaksanakannya harus dilakukan sesuai dengan parameter yang telah ditentukan sebelumnya dalam standar.
Apa yang dikatakan industri
Informasi yang dihasilkan oleh beberapa produsen baja tahan karat dupleks lainnya ditinjau untuk melihat apa yang mereka komunikasikan mengenai kisaran suhu untuk kualitasnya.2205 dibatasi pada 315 °C oleh ATI, tetapi Acerinox menetapkan PL untuk tingkat yang sama hanya pada 250 °C.Ini adalah batas lembur atas dan bawah untuk kelas 2205, sedangkan di antara batas lembur lainnya dikomunikasikan oleh Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) dan ArcelorMittal (280 °C).Hal ini menunjukkan tersebar luasnya OT maksimum yang disarankan hanya untuk satu grade yang akan memiliki sifat yang sangat sebanding dari pabrikan ke pabrikan.
Alasan yang melatarbelakangi mengapa pabrikan menetapkan PL tertentu tidak selalu terungkap.Dalam kebanyakan kasus, hal ini didasarkan pada satu standar tertentu.Standar yang berbeda mengkomunikasikan PL yang berbeda, sehingga terjadi penyebaran nilai.Kesimpulan logisnya adalah perusahaan-perusahaan Amerika menetapkan nilai yang lebih tinggi karena pernyataan dalam standar ASME, sedangkan perusahaan-perusahaan Eropa menetapkan nilai yang lebih rendah karena standar EN.
Apa yang dibutuhkan pelanggan?
Tergantung pada aplikasi akhir, berbagai beban dan paparan material diharapkan.Dalam proyek ini, penggetasan akibat dekomposisi spinodal merupakan hal yang paling menarik karena dapat diterapkan pada bejana tekan.
Namun, terdapat berbagai aplikasi yang memaparkan nilai dupleks hanya pada beban mekanis sedang, seperti scrubber11–15.Permintaan lainnya terkait bilah kipas dan impeler yang terkena beban lelah.Literatur menunjukkan bahwa dekomposisi spinodal berperilaku berbeda ketika beban lelah diterapkan15.Pada tahap ini, menjadi jelas bahwa OT maksimum dari aplikasi ini tidak dapat diatur dengan cara yang sama seperti untuk bejana tekan.
Kelompok permintaan lainnya hanya untuk aplikasi yang berhubungan dengan korosi, seperti scrubber gas buang laut.Dalam kasus ini, ketahanan terhadap korosi lebih penting daripada batasan OT di bawah beban mekanis.Namun, kedua faktor tersebut berdampak pada pengoperasian produk akhir, yang harus dipertimbangkan ketika menunjukkan PL maksimum.Sekali lagi, kasus ini berbeda dengan dua kasus sebelumnya.
Secara keseluruhan, ketika memberi saran kepada pelanggan tentang OT maksimum yang sesuai untuk tingkat dupleksnya, jenis penerapannya sangat penting dalam menetapkan nilainya.Hal ini semakin menunjukkan kompleksitas dalam menetapkan satu OT untuk suatu grade, karena lingkungan di mana material tersebut digunakan memiliki dampak yang signifikan terhadap proses embrittlement.
Berapa suhu pengoperasian maksimum untuk dupleks?
Seperti disebutkan, suhu operasi maksimum ditentukan oleh kinetika dekomposisi spinodal yang sangat rendah.Namun bagaimana kita mengukur suhu ini dan apa sebenarnya “kinetika rendah” itu?Jawaban atas pertanyaan pertama mudah.Kami telah menyatakan bahwa pengukuran ketangguhan biasanya dilakukan untuk memperkirakan laju dan kemajuan dekomposisi.Hal ini diatur dalam standar yang diikuti oleh sebagian besar produsen.
Pertanyaan kedua, tentang apa yang dimaksud dengan kinetika rendah dan nilai batas suhu yang kita tetapkan, lebih kompleks.Hal ini sebagian disebabkan karena kondisi batas suhu maksimum dikompilasi dari suhu maksimum (T) itu sendiri dan waktu operasi (t) dimana suhu tersebut dipertahankan.Untuk memvalidasi kombinasi Tt ini, berbagai interpretasi ketangguhan “terendah” dapat digunakan:
• Batas bawah yang ditetapkan secara historis dan dapat diterapkan untuk pengelasan adalah 27 Joule (J)
• Dalam standar, sebagian besar 40J ditetapkan sebagai batas.
• Penurunan ketangguhan awal sebesar 50% juga sering diterapkan untuk menetapkan batas bawah.
Artinya, pernyataan batas waktu maksimal harus didasarkan pada setidaknya tiga asumsi yang disepakati:
• Paparan suhu-waktu pada produk akhir
• Nilai ketangguhan minimum yang dapat diterima
• Bidang penerapan akhir (hanya kimia, beban mekanis ya/tidak, dll.)
Pengetahuan eksperimental digabungkan
Setelah survei ekstensif terhadap data dan standar eksperimen, dimungkinkan untuk menyusun rekomendasi untuk empat tingkat dupleks yang ditinjau, lihat Tabel 3. Perlu diketahui bahwa sebagian besar data dibuat dari eksperimen laboratorium yang dilakukan dengan tahapan suhu 25 °C .
Perlu juga dicatat bahwa rekomendasi ini mengacu pada setidaknya 50% ketangguhan yang tersisa di RT.Ketika tabel “jangka waktu yang lebih lama” diindikasikan, tidak ada penurunan RT yang signifikan yang tercatat.Apalagi pengelasannya baru diuji pada suhu -40 °C.Terakhir, perlu dicatat bahwa waktu pemaparan yang lebih lama diantisipasi untuk DX 2304, mengingat ketangguhannya yang tinggi setelah pengujian selama 3.000 jam.Namun, sejauh mana paparan dapat ditingkatkan harus diverifikasi dengan pengujian lebih lanjut.
Ada tiga hal penting yang perlu diperhatikan:
• Temuan saat ini menunjukkan bahwa jika ada pengelasan, suhu panas akan turun sekitar 25 °C.
• Lonjakan jangka pendek (puluhan jam pada T=375 °C) dapat diterima untuk DX 2205. Karena DX 2304 dan LDX 2101 adalah kadar paduan yang lebih rendah, lonjakan suhu jangka pendek yang sebanding juga dapat diterima.
• Ketika material menjadi rapuh karena dekomposisi, perlakuan panas mitigasi pada 550 – 600 °C untuk DX 2205 dan 500 °C untuk SDX 2507 selama 1 jam membantu memulihkan ketangguhan sebesar 70%.
Waktu posting: 04 Februari 2023