12Cr1MoV vs 15CrMo – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali dihadapkan pada pilihan antara baja paduan rendah yang saling terkait ketika menentukan komponen untuk peralatan tekanan, pipa, dan aplikasi suhu tinggi. Dilema pemilihan yang umum berkisar pada keseimbangan antara kekuatan dan ketahanan creep suhu tinggi terhadap kemampuan las, kemudahan fabrikasi, dan biaya. Salah satu perbandingan umum adalah antara 12Cr1MoV dan 15CrMo, keduanya digunakan dalam boiler, bejana tekan, dan bagian struktural yang terpapar panas.

Perbedaan inti antara kedua baja ini adalah strategi paduannya: satu jenis mencakup elemen mikro paduan pembentuk karbida yang lebih kuat yang meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi, sementara yang lainnya diformulasikan untuk komposisi yang lebih sederhana dan kemudahan fabrikasi. Perbedaan ini mendorong trade-off dalam kinerja mekanis, prosedur pengelasan, dan kesesuaian untuk layanan suhu yang lebih tinggi.

1. Standar dan Penunjukan

• 12Cr1MoV
• Umumnya muncul dalam standar nasional untuk baja bejana tekan dan boiler (misalnya, berbagai standar Tiongkok dan Eropa Timur). Ini diklasifikasikan sebagai baja paduan rendah yang dirancang untuk layanan suhu tinggi (baja tekan/boiler).
• 15CrMo
• Muncul dalam spesifikasi Eropa dan internasional tradisional untuk baja paduan rendah untuk boiler dan bejana tekan (secara historis dalam penunjukan terkait EN/BS). Ini juga merupakan jenis baja paduan rendah yang tahan panas.

Klasifikasi untuk keduanya: baja tekan/boiler paduan rendah (ferritik) (bukan stainless, bukan baja alat, bukan HSLA dalam arti mikro paduan modern, meskipun elemen mikro paduan mungkin ada).

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Kedua jenis menggunakan strategi paduan yang berbeda: satu menekankan penambahan kecil elemen mikro paduan (pembentuk karbida/nitride) untuk meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan creep, sementara yang lainnya adalah paduan kromium–molybdenum yang lebih sederhana yang dioptimalkan untuk ketangguhan yang baik dan kemampuan las yang lebih mudah.

Tabel — keberadaan kualitatif elemen paduan | Elemen | 12Cr1MoV (keberadaan kualitatif) | 15CrMo (keberadaan kualitatif) | |---|---:|---:| | C (karbon) | Rendah hingga sedang (mengontrol kekuatan) | Rendah hingga sedang | | Mn (mangan) | Ada (bantuan kekuatan/ketangguhan) | Ada | | Si (silikon) | Ada dalam jumlah kecil (deoksidasi) | Ada dalam jumlah kecil | | P (fosfor) | Residual/terkendali (dijaga rendah) | Residual/terkendali (dijaga rendah) | | S (sulfur) | Jejak/terkendali | Jejak/terkendali | | Cr (krom) | Sedang (meningkatkan oksidasi dan kekuatan) | Sedang (paduan utama) | | Ni (nikel) | Umumnya tidak ada atau jejak | Umumnya tidak ada atau jejak | | Mo (molybdenum) | Ada (meningkatkan kekuatan creep dan kemampuan pengerasan) | Ada (tetapi biasanya dengan kandungan lebih rendah dibandingkan dengan jenis yang lebih banyak paduan) | | V (vanadium) | Penambahan mikro paduan kecil (membentuk karbida/nitride) | Biasanya tidak ada atau hanya jejak | | Nb (niobium) | Biasanya tidak ada atau jejak | Biasanya tidak ada atau jejak | | Ti (titanium) | Jejak mungkin ada (deoksidasi/stabilisasi) | Jejak mungkin ada | | B (boron) | Tidak umum | Tidak umum | | N (nitrogen) | Jejak (mempengaruhi pembentukan karbida/nitride mikro paduan) | Jejak |

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat - Kromium dan molybdenum meningkatkan kekuatan suhu tinggi, ketahanan creep, dan kemampuan pengerasan; mereka juga sedikit mengurangi kemampuan las jika kandungannya signifikan. - Vanadium (dan elemen mikro paduan lainnya seperti niobium) berkontribusi pada penguatan melalui presipitat karbida/nitride halus dan pemurnian butir; ini meningkatkan kekuatan hasil dan ketahanan creep tetapi meningkatkan kemampuan pengerasan dan risiko pembentukan martensit di zona terpengaruh panas (HAZ) selama pengelasan. - Karbon mengontrol kekuatan dasar dan kemampuan pengerasan; dijaga rendah hingga sedang dalam jenis ini untuk mempertahankan kemampuan las dan ketangguhan. - Mangan dan silikon terutama berfungsi sebagai deoksidator dan berkontribusi secara moderat terhadap kekuatan dan ketangguhan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur khas - Kedua jenis memiliki mikrostruktur ferritik–pearlitik atau mikrostruktur ferritik yang dinormalisasi dalam kondisi yang dikirimkan ketika dinormalisasi atau dinormalisasi-dan-ditemper. Untuk baja bejana tekan yang khas, mikrostruktur target adalah struktur bainit yang ditemper atau ferrit/pearlit butir halus tergantung pada perlakuan panas dan laju pendinginan. - 12Cr1MoV, karena mikro paduan (vanadium) dan molybdenum, cenderung menghasilkan presipitat yang lebih halus dan dapat mengembangkan struktur martensit/ferrit yang lebih halus dan ditemper di daerah yang didinginkan secara berat; ini menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi dan ketahanan creep yang lebih baik. - 15CrMo biasanya memiliki mikrostruktur ferrit/pearlit yang ditemper konvensional yang dioptimalkan untuk ketangguhan pada suhu tinggi sedang.

Respons perlakuan panas - Normalisasi: Kedua baja merespons normalisasi dengan pemurnian butir dan peningkatan ketangguhan; elemen mikro paduan dalam 12Cr1MoV membantu menstabilkan butir halus di bawah siklus normalisasi yang sesuai. - Pendinginan dan penempaan: Keduanya dapat didinginkan dan ditemper, tetapi keberadaan vanadium dan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi dalam jenis yang lebih banyak paduan memerlukan kontrol yang hati-hati terhadap tingkat pendinginan dan penempaan untuk menghindari kekerasan HAZ yang berlebihan dan untuk mencapai ketangguhan yang diperlukan. - Pemrosesan termo-mekanis: 12Cr1MoV lebih diuntungkan dari penggulungan terkontrol/pemrosesan termo-mekanis karena presipitat mikro paduan membantu mengikat batas butir, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan pada suhu.

4. Sifat Mekanis

Menyediakan sifat mekanis yang dibandingkan secara kualitatif menghindari angka yang menyesatkan sambil menjelaskan perbedaan dengan jelas.

Tabel — perilaku mekanis komparatif (kualitatif) | Sifat | 12Cr1MoV | 15CrMo | |---|---:|---:| | Kekuatan tarik | Kecenderungan lebih tinggi (karena mikro paduan dan Mo) | Sedang | | Kekuatan hasil | Kecenderungan lebih tinggi | Sedang | | Perpanjangan (duktilitas) | Baik, mungkin sedikit lebih rendah dari 15CrMo jika banyak paduan/terlalu ditemper | Baik, umumnya lebih duktil dalam kondisi standar | | Ketangguhan impak | Baik dengan perlakuan panas yang tepat; sensitif terhadap kondisi HAZ | Umumnya sangat baik, sering kali ketangguhan HAZ lebih baik di bawah praktik las yang sama | | Kekerasan | Dapat mencapai kekerasan lebih tinggi setelah pendinginan & penempaan | Lebih rendah dalam kondisi yang sebanding |

Penjelasan - 12Cr1MoV dirancang untuk memberikan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan creep yang lebih tinggi melalui mikro paduan dan molybdenum yang lebih tinggi; oleh karena itu, biasanya mencapai kekuatan tarik dan kekuatan hasil yang lebih tinggi setelah perlakuan panas yang sesuai. - 15CrMo, dengan penambahan mikro paduan yang lebih sedikit, cenderung lebih mudah diproses dan dilas, dengan sedikit lebih baik dalam mempertahankan duktilitas dan ketangguhan HAZ dalam banyak skenario fabrikasi. - Nilai mekanis aktual tergantung pada spesifikasi yang tepat, jalur perlakuan panas, dan bentuk produk; insinyur harus merujuk pada sertifikat pabrik pemasok untuk minimum yang dijamin.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las dipengaruhi oleh ekuivalen karbon, elemen paduan yang meningkatkan kemampuan pengerasan, dan elemen mikro paduan yang membentuk karbida/nitride yang stabil.

Indeks empiris yang berguna (untuk interpretasi kualitatif) - Ekuivalen karbon (rumus IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Rumus Pcm untuk kerentanan retak las: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif - Nilai $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ yang lebih tinggi menunjukkan kemampuan pengerasan yang lebih besar dan kebutuhan yang meningkat untuk pemanasan awal, suhu antar-lapisan yang terkontrol, dan perlakuan panas pasca-las (PWHT). - 12Cr1MoV biasanya memberikan kontribusi $CE$/$P_{cm}$ yang lebih tinggi karena molybdenum dan vanadium, sehingga prosedur las harus memperhitungkan peningkatan kemampuan pengerasan HAZ: pemanasan awal, input panas yang terkontrol, dan PWHT biasanya diperlukan untuk fabrikasi bejana tekan. - 15CrMo, dengan elemen mikro paduan yang lebih sedikit, biasanya memiliki nilai CE dan Pcm yang lebih rendah dan umumnya lebih toleran selama pengelasan — meskipun pemanasan awal dan PWHT sering kali masih ditentukan untuk bagian tebal dan peralatan tekanan.

Panduan praktis - Kedua jenis yang digunakan dalam peralatan tekanan biasanya memerlukan prosedur pengelasan yang memenuhi syarat dan PWHT untuk memulihkan ketangguhan dan mengurangi stres residual. - Saat memilih antara keduanya, pertimbangkan kompleksitas siklus PWHT yang diperlukan dan produktivitas pengelasan. Baja yang banyak paduan memerlukan kontrol yang lebih ketat.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik 12Cr1MoV maupun 15CrMo bukan stainless; ketahanan korosi adalah seperti baja ferritik paduan rendah. Pemilihan harus mengasumsikan kebutuhan untuk pelapis pelindung atau perlindungan katodik di mana korosi menjadi perhatian.
• Tindakan perlindungan yang umum: sistem pengecatan, pelapis epoksi/fenolik, pelapisan (overlay las), atau galvanisasi celup panas untuk kondisi lingkungan di mana perlindungan galvanik sesuai.
• Untuk baja yang sepenuhnya tidak stainless, PREN tidak berlaku; namun untuk baja paduan di mana molybdenum berkontribusi terhadap ketahanan korosi lokal di lingkungan khusus, indeks PREN relevan hanya jika baja mengandung kromium dan molybdenum yang signifikan serta nitrogen yang terukur — tidak berlaku untuk jenis 12Cr1MoV atau 15CrMo standar.
• Di mana ketahanan oksidasi pada suhu tinggi penting, kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi (seperti pada jenis yang lebih banyak paduan) memberikan kinerja yang lebih baik, tetapi baja ini tetap bukan pengganti untuk paduan stainless atau suhu tinggi.

Contoh rumus PREN (tidak biasanya berlaku untuk jenis ini): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pemesinan: Kedua baja cukup mudah diproses dalam kondisi dinormalisasi atau dikeraskan. Kekerasan yang sedikit lebih tinggi dan penguatan presipitat dalam 12Cr1MoV dapat mengurangi umur alat dibandingkan dengan 15CrMo.
• Kemudahan pembentukan: 15CrMo cenderung sedikit lebih mudah untuk dibentuk dingin dan dibengkokkan karena mikrostruktur yang lebih sederhana dan kekuatan hasil yang sedikit lebih rendah dalam kondisi yang dikirimkan.
• Penyambungan dan fabrikasi: 12Cr1MoV memerlukan kontrol yang lebih ketat terhadap input panas dan kontrol hidrogen (elektroda bersih, pemanasan awal) karena kemampuan pengerasan yang lebih tinggi dari Mo dan V. Penggunaan logam pengisi yang memenuhi syarat untuk PWHT dan mencocokkan sifat mekanis sangat penting.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima penggilingan, pemesinan, dan persiapan permukaan standar untuk pelapis. Presipitat karbida dalam baja mikro paduan dapat menyebabkan kekerasan lokal yang mempengaruhi operasi penyelesaian.

8. Aplikasi Khas

Tabel — penggunaan khas berdasarkan jenis | 12Cr1MoV | 15CrMo | |---|---| | Pipa dan header boiler suhu tinggi di mana ketahanan creep yang lebih baik diperlukan | Pipa boiler dan bejana tekan untuk layanan suhu sedang | | Komponen bejana tekan yang memerlukan kekuatan jangka panjang yang lebih tinggi pada suhu tinggi | Cangkang bejana tekan umum, flens, dan fitting di mana kemudahan fabrikasi diprioritaskan | | Komponen di mana stabilitas butir yang lebih baik dan ketahanan creep melalui mikro paduan bermanfaat | Aplikasi dengan pengelasan yang sering dan kebutuhan yang lebih tinggi untuk ketangguhan HAZ yang baik dan kualifikasi yang lebih mudah | | Pipa uap dan header yang beroperasi pada suhu/tekanan yang lebih tinggi (tergantung spesifikasi) | Pipa dan bagian struktural ekonomis untuk suhu rendah hingga sedang |

Rasional pemilihan - Pilih jenis yang lebih banyak mikro paduan ketika umur desain pada suhu tinggi, kekuatan creep, dan stabilitas butir sangat penting dan anggaran proyek serta kontrol pengelasan dapat mengakomodasi prosedur yang lebih ketat. - Pilih paduan kromium–molybdenum yang lebih sederhana di mana kecepatan fabrikasi, sensitivitas pengelasan yang lebih rendah, dan efisiensi biaya lebih penting dan suhu layanan sedang.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Secara umum, jenis dengan elemen mikro paduan tambahan (vanadium, sedikit lebih tinggi Mo) akan lebih mahal per ton dibandingkan dengan jenis kromium–molybdenum yang lebih sederhana karena biaya elemen paduan dan kontrol pemrosesan yang mungkin lebih ketat.
• Ketersediaan: Kedua jenis biasanya diproduksi dalam bentuk produk standar (plat, pipa, tempa) untuk pasar boiler/bejana tekan. Ketersediaan bervariasi secara regional—periksa pabrik dan distributor lokal untuk waktu pengiriman. Bentuk dan ukuran standar lebih mudah tersedia untuk varian 15CrMo yang lebih sederhana di beberapa pasar.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel — perbandingan ringkas | Kriteria | 12Cr1MoV | 15CrMo | |---|---:|---:| | Kemampuan las | Cukup — memerlukan kontrol pemanasan awal/PWHT yang lebih ketat | Baik — lebih toleran dalam pengelasan | | Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan suhu tinggi lebih tinggi; ketangguhan baik dengan perlakuan panas yang benar | Ketangguhan dan duktilitas baik; kekuatan sedang | | Biaya | Lebih tinggi (karena mikro paduan dan pemrosesan) | Lebih rendah (lebih ekonomis) |

Rekomendasi - Pilih 12Cr1MoV jika: komponen Anda harus bertahan pada suhu yang lebih tinggi atau umur creep yang lebih lama, Anda memerlukan stabilitas butir yang lebih baik dan kekuatan jangka panjang yang lebih tinggi, dan Anda dapat menerapkan prosedur pengelasan yang lebih ketat, pemanasan awal, dan PWHT. - Pilih 15CrMo jika: aplikasi adalah peralatan tekanan suhu sedang atau pipa di mana kecepatan fabrikasi, kemampuan las yang lebih mudah, dan biaya material yang lebih rendah adalah pendorong utama, dan desain tidak menuntut kekuatan creep yang ditingkatkan dari baja mikro paduan.

Catatan akhir: Selalu konfirmasi persyaratan kimia dan mekanis yang tepat terhadap spesifikasi proyek dan sertifikat pabrik. Kualifikasi prosedur pengelasan, jadwal PWHT, dan kriteria penerimaan mekanis harus ditetapkan berdasarkan jenis yang dipilih, ketebalan, dan suhu layanan yang dimaksudkan.