12Cr1MoV vs 10CrMo910 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Memilih paduan yang tepat untuk bagian tekanan, pipa, atau komponen suhu tinggi adalah dilema yang sering dihadapi oleh insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur. Keputusan biasanya menyeimbangkan kemampuan suhu dan ketahanan creep jangka panjang terhadap kemampuan pengelasan, kemudahan fabrikasi, dan total biaya siklus hidup. Baik 12Cr1MoV maupun 10CrMo910 ditentukan untuk layanan suhu tinggi, tetapi dioptimalkan untuk kombinasi kekuatan, ketangguhan, dan stabilitas suhu tinggi yang berbeda.
Perbedaan praktis utama antara keduanya adalah kinerja relatif mereka di bawah suhu dan stres tinggi yang berkelanjutan (yaitu, ketahanan creep jangka panjang pada suhu boiler/uap). Perbedaan ini mendorong perbandingan umum mereka saat merancang header uap, pemanas ulang, pemanas super, dan komponen lainnya di pembangkit listrik dan pabrik proses.
1. Standar dan Penunjukan
- 12Cr1MoV: Biasanya muncul dalam standar nasional untuk baja pembangkit listrik dan pipa yang ditujukan untuk layanan suhu tinggi. Ini dikategorikan sebagai baja ferritik paduan rendah hingga sedang dengan elemen mikro paduan tambahan untuk ketahanan creep dan kekuatan.
- 10CrMo910: Muncul dalam standar pipa dan bejana tekan untuk layanan suhu lebih tinggi; ini adalah baja ferritik paduan yang dirancang khusus untuk meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan creep.
Standar relevan di mana bahan ini atau ekuivalen dekat dirujuk termasuk kode nasional dan internasional seperti ASME/ASTM, EN, GB, dan JIS. Penunjukan dan persyaratan mekanis yang tepat untuk produk tanpa sambungan dan yang dilas akan bervariasi berdasarkan standar dan bentuk produk (pipa, pelat, tempa), jadi selalu konfirmasi lembar standar spesifik atau sertifikat material.
Klasifikasi: - Keduanya adalah baja paduan (ferritik), bukan baja tahan karat atau baja alat. Mereka umumnya digunakan untuk aplikasi tekanan suhu tinggi daripada lingkungan yang tahan korosi.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | 12Cr1MoV | 10CrMo910 |
|---|---|---|
| C | Rendah (dikendalikan untuk membatasi martensit dan meningkatkan ketangguhan) | Rendah (dikendalikan untuk kemampuan pengelasan dan ketangguhan) |
| Mn | Sedang (deoksidasi dan kekuatan) | Sedang (deoksidasi dan kekuatan) |
| Si | Rendah–sedang (deoksidasi; mempengaruhi skala) | Rendah–sedang |
| P | Sangat rendah (pengendalian kotoran untuk ketangguhan) | Sangat rendah |
| S | Sangat rendah (pengendalian kotoran; kemampuan mesin) | Sangat rendah |
| Cr | Sedang (memberikan ketahanan oksidasi dan creep) | Tinggi (elemen paduan utama untuk kekuatan suhu tinggi dan ketahanan oksidasi) |
| Ni | Biasanya rendah/jejak | Rendah/jejak |
| Mo | Sedang (meningkatkan kekuatan creep dan stabilitas karbida) | Sedang–tinggi (kunci untuk kekuatan creep dan pembentukan karbida) |
| V | Rendah (mikro paduan untuk penguatan presipitasi) | Rendah–sedang (mikro paduan untuk ketahanan creep) |
| Nb (Cb) | Mungkin ada dalam jumlah kecil (mikro paduan) | Mungkin ada dalam jumlah kecil |
| Ti | Jejak/mikro (jika digunakan untuk stabilisasi) | Jejak/mikro |
| B | Tidak biasanya signifikan | Tidak biasanya signifikan |
| N | Terkendali (mempengaruhi presipitasi dan kekuatan) | Terkendali |
Penjelasan: - 12Cr1MoV menggunakan kombinasi kromium, molibdenum, dan vanadium sebagai strategi penguatan utamanya: Cr dan Mo meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan skala; V berkontribusi pada penguatan presipitasi dan ketahanan creep. - 10CrMo910 menekankan kandungan kromium dan molibdenum yang lebih tinggi untuk meningkatkan ketahanan creep, ketahanan oksidasi, dan stabilitas jangka panjang karbida pada suhu layanan yang lebih tinggi. Mikro paduan (V, Nb) dan pengendalian ketat kotoran dan interstitial (C, N) membantu menstabilkan mikrostruktur dan memperlambat creep.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur khas: - Kedua grade adalah baja ferritik yang, setelah proses termal yang tepat, menunjukkan mikrostruktur martensit yang ditempa atau bainitik/ferritik-perlit yang ditempa tergantung pada komposisi dan perlakuan panas. - 12Cr1MoV: Setelah dinormalisasi dan ditempa atau perlakuan panas pasca las (PWHT) yang tepat, struktur umumnya adalah martensit/ferrit yang ditempa dengan karbida paduan halus dan presipitat kaya vanadium yang meningkatkan ketahanan creep. - 10CrMo910: Dirancang untuk mempertahankan mikrostruktur martensitik/ferritik yang stabil pada suhu operasi yang lebih tinggi; karbida (M23C6, karbida kaya Mo) dan presipitat mikro paduan dikendalikan untuk memaksimalkan sifat keretakan creep.
Rute perlakuan panas: - Normalisasi dan tempering: Kedua grade merespons normalisasi untuk memperhalus ukuran butir, diikuti dengan tempering untuk menghasilkan kombinasi kekuatan dan ketangguhan yang diinginkan. - Pendinginan dan tempering: Digunakan secara selektif tergantung pada bentuk produk dan sifat mekanis yang diperlukan; namun, banyak baja tekanan mengandalkan normalisasi yang terkontrol daripada pendinginan yang parah untuk mengurangi distorsi. - Pemrosesan termo-mekanis: Kontrol halus (penggulungan terkontrol + pendinginan dipercepat) dapat lebih lanjut memperhalus ukuran butir dan distribusi presipitat, meningkatkan ketangguhan dan kemampuan creep—lebih sering dimanfaatkan dalam varian 10CrMo910 premium.
PWHT: - Perlakuan panas pasca las sangat penting untuk kedua grade untuk mengurangi puncak kekerasan, mengembalikan ketangguhan, dan menstabilkan presipitat. Siklus PWHT dipilih sesuai dengan kode dan ketebalan untuk menghindari embrittlement temper atau over-tempering.
4. Sifat Mekanis
| Sifat | 12Cr1MoV (kualitatif) | 10CrMo910 (kualitatif) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedang hingga tinggi pada suhu ambien dan suhu tinggi yang sedang | Tinggi pada suhu ambien dan retensi superior pada suhu yang lebih tinggi |
| Kekuatan luluh | Sedang | Sedang–tinggi dengan retensi yang lebih baik pada suhu |
| Peregangan (duktilitas) | Duktilitas yang baik ketika diperlakukan panas dengan benar | Duktilitas yang baik; bisa sedikit lebih rendah jika dioptimalkan untuk kekuatan creep tinggi |
| Ketangguhan impak | Baik, terutama dengan perlakuan panas yang terkontrol | Baik, tetapi komposisi dan perlakuan panas yang ditujukan untuk creep mungkin mengorbankan beberapa ketangguhan suhu rendah untuk stabilitas suhu tinggi |
| Kekerasan | Sedang (kondisi ditempa) | Sedang hingga lebih tinggi (kondisi ditempa yang menargetkan ketahanan creep) |
Interpretasi: - 10CrMo910 dirancang untuk mempertahankan stres yang lebih tinggi untuk waktu yang lebih lama pada suhu tinggi, sehingga retensi kekuatannya dan perilaku keretakan creep biasanya melebihi 12Cr1MoV dalam rejim suhu tinggi. Dalam kondisi ambien, kedua grade dapat memenuhi persyaratan kekuatan statis dan ketangguhan yang sebanding ketika diproses sesuai dengan persyaratan standar. - 12Cr1MoV sering menawarkan keseimbangan yang menguntungkan antara ketangguhan ambien dan kemudahan fabrikasi, menjadikannya menarik di mana ketahanan creep jangka panjang yang ekstrem bukanlah faktor utama.
5. Kemampuan Pengelasan
Pertimbangan kemampuan pengelasan bergantung pada ekuivalen karbon dan mikro paduan. Dua indeks empiris yang umum digunakan:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Kedua baja menjaga karbon rendah untuk mempertahankan kemampuan pengelasan dan ketangguhan. Kromium dan molibdenum yang lebih tinggi dalam 10CrMo910 meningkatkan kemampuan pengerasan dan meningkatkan indeks kemampuan pengelasan dibandingkan dengan baja paduan yang lebih rendah, memerlukan pemanasan awal, kontrol suhu antar proses, dan PWHT yang lebih hati-hati untuk menghindari retakan dingin dan retakan yang dibantu hidrogen. - 12Cr1MoV, dengan kandungan paduan kekuatan tinggi yang relatif lebih rendah dan pengendalian mikro paduan yang disengaja, biasanya lebih mudah untuk dilas, meskipun PWHT tetap wajib untuk las yang menahan tekanan. - Untuk kedua grade: ikuti prosedur pengelasan kode/standar, kontrol hidrogen, terapkan pemanasan awal dan PWHT yang sesuai, dan gunakan logam pengisi yang ditentukan untuk retensi kekuatan creep.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Ini adalah baja paduan ferritik, bukan grade tahan karat; ketahanan korosi di lingkungan basah atau korosif terbatas dibandingkan dengan baja tahan karat.
- Strategi perlindungan umum: pengecatan, pelapisan suhu tinggi, dan penyemprotan termal; untuk paparan ambien, perlakuan permukaan konvensional (primer + cat) atau galvanisasi (jika memungkinkan) digunakan. Untuk layanan sisi uap suhu tinggi, ketahanan oksidasi internal disediakan oleh paduan kromium dan molibdenum daripada pelapis permukaan.
- Rumus PREN tidak berlaku untuk paduan ferritik non-tahan karat dan rendah nitrogen ini:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Catatan: PREN berguna untuk peringkat baja tahan karat; jangan terapkan pada baja karbon/paduan seperti 12Cr1MoV atau 10CrMo910.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Kemampuan mesin: Kedua grade diproses mirip dengan baja paduan lainnya ketika dalam kondisi dinormalisasi/ditempa. Parameter pemesinan harus memperhitungkan distribusi presipitat yang lebih keras dalam paduan yang dioptimalkan untuk ketahanan creep.
- Formabilitas: Keduanya dapat dibentuk dan dibengkokkan pada suhu ambien asalkan proses yang tepat digunakan; formabilitas menurun dengan suhu tempering yang lebih tinggi dan dengan rute pemrosesan yang lebih kuat.
- Finishing permukaan dan penggilingan: Mikrostruktur kaya karbida dalam baja tinggi-Cr/Mo (varian 10CrMo910) dapat lebih abrasif pada alat; kontrol parameter dressing dan pemotongan sesuai kebutuhan.
- Catatan fabrikasi: bagian yang lebih tebal dan varian yang sangat paduan memerlukan kontrol termal yang lebih ketat untuk menghindari zona keras dan memastikan efektivitas PWHT.
8. Aplikasi Tipikal
| 12Cr1MoV | 10CrMo910 |
|---|---|
| Pemanas air umpan, pipa dan fitting di bagian suhu sedang hingga tinggi di mana ketangguhan ambien yang sangat baik dan kekuatan jangka panjang yang baik diperlukan | Pipa pemanas super dan pemanas ulang, pipa uap dan header di daerah suhu lebih tinggi di mana kekuatan creep jangka panjang sangat penting |
| Komponen boiler dalam sistem dengan suhu uap sedang dan di mana fabrikasi yang hemat biaya diprioritaskan | Pipa dan komponen pembangkit listrik tekanan tinggi, suhu tinggi di mana umur creep dan ketahanan oksidasi diprioritaskan |
| Bejana tekan dan katup di pabrik yang beroperasi pada suhu desain yang tinggi tetapi tidak maksimum | Komponen dalam siklus uap ultra-supercritical atau canggih di mana kandungan paduan yang lebih tinggi meningkatkan umur layanan |
Rasional pemilihan: - Gunakan 10CrMo910 ketika suhu desain dan stres, ditambah umur creep-rupture yang diperlukan, mendorong persyaratan material menuju kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi dan kontrol presipitat yang lebih ketat. - Gunakan 12Cr1MoV di mana suhu operasi tinggi tetapi dalam rentang di mana mikro paduan yang dioptimalkan memberikan umur yang cukup dengan biaya material yang lebih rendah dan kemudahan fabrikasi yang lebih baik.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Material dengan kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi (10CrMo910) umumnya lebih mahal per kilogram dibandingkan dengan grade paduan yang lebih rendah (12Cr1MoV), dipicu oleh harga elemen paduan dan persyaratan pemrosesan.
- Ketersediaan: Kedua grade umumnya tersedia dalam bentuk produk standar (pipa, pelat, tempa) di daerah dengan industri pembangkit listrik dan petrokimia yang besar. Ketersediaan bentuk produk spesifik dan sertifikasi (pipa tekanan vs pipa boiler) tergantung pada pabrik dan distributor regional.
- Tip pengadaan: Total biaya terpasang harus mencakup prosedur pengelasan, siklus PWHT, inspeksi, dan umur layanan yang diharapkan; biaya akuisisi yang lebih tinggi untuk 10CrMo910 dapat diimbangi dengan interval pemeliharaan yang lebih lama dan lebih sedikit penggantian.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | 12Cr1MoV | 10CrMo910 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Baik (lebih mudah, tetapi PWHT diperlukan) | Baik tetapi lebih menuntut (kemampuan pengerasan lebih tinggi; pemanasan awal/PWHT yang ketat) |
| Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang; ketangguhan ambien yang baik | Kekuatan suhu tinggi yang lebih tinggi dan retensi creep jangka panjang yang lebih baik |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Kesimpulan dan panduan: - Pilih 12Cr1MoV jika desain beroperasi pada suhu tinggi tetapi tidak pada ujung tinggi suhu uap/boiler di mana umur creep adalah faktor pembatas; ketika kemudahan fabrikasi, biaya material yang lebih rendah, dan ketangguhan ambien yang baik adalah prioritas, 12Cr1MoV sering kali tepat. - Pilih 10CrMo910 jika aplikasi mengenakan komponen pada suhu uap yang lebih tinggi, stres yang lebih tinggi yang berkelanjutan, atau memerlukan umur creep-rupture yang lebih panjang dan ketahanan oksidasi yang lebih baik; investasikan dalam prosedur pengelasan dan PWHT yang lebih ketat untuk mewujudkan keuntungan material.
Catatan akhir: Selalu konsultasikan standar material yang berlaku, kode desain proyek, dan sertifikat pabrik vendor untuk persyaratan kimia dan mekanis yang tepat. Di mana umur hingga kegagalan atau umur creep jangka panjang sangat penting, minta kurva creep-rupture, data sifat jangka panjang, dan prosedur pengelasan/PWHT yang direkomendasikan dari pemasok material dan lakukan penilaian umur tingkat rekayasa daripada hanya mengandalkan nama grade saja.