2205 vs 2507 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Stainless steel duplex 2205 dan 2507 sering dibandingkan satu sama lain ketika desainer dan tim pengadaan harus menyeimbangkan ketahanan korosi, kekuatan mekanik, kemampuan las, dan biaya siklus hidup. Konteks keputusan yang umum termasuk pemilihan pipa lepas pantai dan peralatan di atas permukaan, desain pabrik kimia, komponen yang menahan tekanan, dan aplikasi apa pun di mana retak korosi stres klorida atau pitting menjadi perhatian.

Perbedaan praktis utama adalah bahwa 2507 adalah paduan "super-duplex" dengan kandungan paduan yang lebih tinggi (terutama kromium, molibdenum, dan nitrogen) dan dengan demikian memiliki kekuatan dan ketahanan korosi yang lebih tinggi, sementara 2205 adalah grade duplex yang banyak digunakan yang memberikan keseimbangan ekonomis antara ketangguhan, duktilitas, dan kinerja korosi. Perbedaan ini menjadikan 2205 dan 2507 pilihan umum untuk envelope layanan yang serupa, dengan pemilihan didorong oleh pentingnya relatif antara kekuatan dan ketahanan korosi dibandingkan dengan biaya dan kemudahan fabrikasi.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar dan penunjukan umum:
• ASTM/ASME: 2205 (UNS S32205 / S31803 varian), 2507 (UNS S32750 / S32760 tergantung pada kimia yang tepat)
• EN: 1.4462 (2205), 1.4410 / 1.4501 kadang-kadang dirujuk untuk varian super-duplex (setara keluarga 2507)
• JIS/GB: setara nasional ada tetapi gunakan UNS/EN/ASTM untuk pengadaan internasional
• Klasifikasi:
• Baik 2205 maupun 2507 adalah stainless steel; secara spesifik mereka adalah stainless steel duplex (mikrostruktur austenit + ferit campuran). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau paduan HSLA.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini memberikan rentang komposisi tipikal untuk elemen paduan utama yang digunakan untuk membedakan 2205 (duplex standar) dari 2507 (super-duplex). Nilai disajikan sebagai rentang tipikal berdasarkan persentase berat dan mewakili praktik industri; batas yang tepat tergantung pada spesifikasi/produksi.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Kromium meningkatkan stabilitas film pasif dan ketahanan korosi/pitting umum. - Molybdenum meningkatkan ketahanan pitting dan korosi celah serta berkontribusi pada PREN. - Nitrogen adalah penstabil austenit yang kuat dalam paduan duplex, meningkatkan kekuatan hasil, meningkatkan ketahanan pitting, dan mengurangi kandungan nikel yang diperlukan. - Nikel menyeimbangkan fraksi fase (mendorong austenit) dan meningkatkan ketangguhan. - Kandungan Cr, Mo, dan N yang lebih tinggi dalam 2507 menghasilkan ketahanan korosi yang lebih baik dan kekuatan yang lebih tinggi (tetapi juga meningkatkan kemampuan pengerasan).

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur tipikal:
• Kedua grade dirancang untuk mikrostruktur fase ganda sekitar 50% ferit dan 50% austenit dalam kondisi anneal larutan. Keseimbangan fase yang tepat tergantung pada kimia dan sejarah termal.
• 2205 biasanya mencapai keseimbangan duplex yang stabil dengan praktik peleburan konvensional; 2507 memerlukan kontrol komposisi dan pemrosesan termal yang lebih ketat untuk menghindari ferit yang berlebihan dan memastikan pembentukan austenit yang cukup.
• Perlakuan panas dan pemrosesan:
• Perbaikan/anneal larutan standar: panaskan ke rentang anneal larutan (umumnya ≈ $1020–1100^\circ\text{C}$) diikuti dengan pendinginan cepat (quench air) untuk mengembalikan keseimbangan duplex dan melarutkan fase intermetallic.
• Proses termo-mekanis (penggulungan terkontrol, penempaan) mempengaruhi ukuran dan distribusi fase; kedua grade dapat diproduksi dalam pelat dan batang dengan sifat mekanik yang diinginkan dengan mengontrol siklus penggulungan/anneal.
• Penuaan atau pendinginan lambat melalui $300–1000^\circ\text{C}$ mempromosikan fase intermetallic (sigma, chi) dan nitrida yang membuat material menjadi rapuh — 2507, karena paduan yang lebih tinggi, memerlukan kontrol termal yang ketat untuk menghindari presipitat ini dan mempertahankan ketangguhan.
• Kemampuan pengerasan:
• Kandungan paduan dan nitrogen yang lebih tinggi dari 2507 meningkatkan kemampuan pengerasan; ini mempengaruhi respons HAZ las dan mendorong kekuatan yang lebih tinggi di daerah yang didinginkan.

4. Sifat Mekanik

Di bawah ini adalah rentang sifat mekanik yang representatif untuk bentuk produk yang telah di-anneal larutan (pelat, batang, atau pipa) seperti yang biasa disuplai. Sifat aktual tergantung pada bentuk produk, pemrosesan, dan standar pengujian.

Interpretasi: - Kekuatan: 2507 secara substansial lebih kuat dalam kekuatan hasil dan tarik karena kandungan Mo/Cr/N yang lebih tinggi dan nitrogen; ini menjadikannya menarik di mana tegangan desain tinggi atau bagian yang lebih tipis diperlukan. - Ketangguhan & duktilitas: 2205 umumnya menawarkan duktilitas yang lebih baik dan cenderung mempertahankan ketangguhan impak yang lebih tinggi, terutama setelah fabrikasi. 2507 bisa kurang duktil dan lebih sensitif terhadap kerapuhan oleh intermetallic jika diproses secara tidak benar. - Trade-off kekuatan–ketangguhan adalah pusat: 2507 memberikan keuntungan kekuatan dan ketahanan korosi dengan mengorbankan beberapa kemampuan kerja dan potensi ketahanan impak suhu rendah yang lebih rendah jika tidak diproses dengan benar.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las untuk stainless steel duplex harus memperhitungkan setara karbon/kekuatan pengerasan dan kontrol keseimbangan fase.

Indeks kemampuan las yang berguna: - Setara karbon (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Setara tahan pitting (umumnya digunakan untuk stainless):
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Rumus sensitif deformasi untuk kecenderungan 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: - 2205: Kemampuan las yang baik untuk grade duplex ketika filler yang sesuai digunakan dan parameter pengelasan dikontrol. Kandungan paduan yang lebih rendah dan nitrogen sedang membuat pencapaian keseimbangan ferit/austenit yang dapat diterima di HAZ lebih mudah dibandingkan dengan super-duplex. Pemanasan awal sering kali tidak diperlukan; kontrol input panas dan suhu antar-lapis sangat penting. - 2507: Pengelasan lebih menuntut. Kandungan paduan dan nitrogen yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan dan kecenderungan untuk membentuk ferit atau intermetallic yang berlebihan di HAZ. Pengelasan memerlukan prosedur yang memenuhi syarat, sering kali input panas yang lebih tinggi atau teknik terkontrol untuk mengembalikan fraksi austenit, dan pemilihan logam pengisi yang sesuai (yang cocok atau melebihi pengisi super-duplex). Perlakuan panas pasca-las jarang praktis pada fabrikasi besar; penekanan ada pada praktik pengelasan yang mempertahankan keseimbangan fase yang dapat diterima dan menghindari pembentukan sigma. - Di kedua grade, kontrol hidrogen, kebersihan, dan kualifikasi prosedur las sangat penting untuk menghindari retak dan memenuhi target ketahanan korosi.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Untuk grade duplex stainless (baik 2205 maupun 2507), ketahanan korosi adalah intrinsik dan berkaitan dengan PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (PREN yang lebih tinggi berkorelasi dengan ketahanan pitting yang lebih tinggi di lingkungan klorida).
• Contoh (hanya ilustratif): kimia mid-range tipikal menghasilkan nilai PREN sekitar mid-30 untuk 2205 dan low-40 untuk 2507, menunjukkan ketahanan pitting yang jauh lebih tinggi untuk 2507 di media klorida yang agresif.
• Panduan praktis:
• 2205: Ketahanan korosi umum yang sangat baik dan ketahanan yang baik terhadap pitting klorida dan SCC hingga konsentrasi dan suhu klorida tertentu. Banyak digunakan di lingkungan air laut dan proses di mana ketahanan korosi sedang hingga tinggi diperlukan.
• 2507: Ketahanan pitting dan korosi celah yang superior serta ketahanan yang lebih tinggi terhadap retak korosi stres klorida dan lingkungan hidrogen sulfida; cocok untuk air laut yang paling agresif, zona percikan lepas pantai, peralatan bawah laut, dan tugas air umpan desalinasi.
• Alternatif non-stainless: Ketika salah satu grade tidak dipilih dan baja karbon/paduan digunakan, perlindungan permukaan (galvanisasi, pelapisan epoksi, pelapisan polimer, perlindungan katodik) menjadi perlu — strategi perlindungan ini bukan pengganti kinerja stainless duplex di lingkungan klorida tinggi atau asam.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas

• Kemampuan mesin:
• Paduan duplex mengeras saat bekerja; mereka memerlukan pengaturan yang kaku, alat tajam, dan parameter pemotongan yang konservatif.
• 2205 umumnya lebih mudah diproses daripada 2507 karena kekuatan yang lebih rendah dan kecenderungan pengerasan yang lebih rendah.
• Kekuatan dan ketangguhan 2507 yang lebih tinggi meningkatkan keausan alat dan mungkin memerlukan umpan yang lebih lambat, daya yang lebih tinggi, dan alat/pelapis khusus.
• Pembentukan dan pembengkokan:
• 2205 memiliki formabilitas dingin yang lebih baik; ia mentolerir jari-jari bengkok yang lebih ketat dan pembentukan yang lebih kompleks dengan sedikit springback dibandingkan 2507.
• 2507 memiliki formabilitas dingin yang lebih terbatas — jari-jari bengkok yang lebih besar, gaya yang lebih besar, dan perencanaan proses yang hati-hati diperlukan untuk menghindari retak. Strategi pembentukan hangat dan pembentukan bertahap kadang-kadang digunakan.
• Penyelesaian:
• Keduanya menggunakan metode penyelesaian stainless yang umum (penggilingan, elektropolishing). Kekerasan 2507 yang lebih tinggi dapat membuat penyelesaian mekanis lebih lambat.
• Kontrol fabrikasi:
• Kedua grade memerlukan kontrol input panas selama pengelasan dan penghindaran paparan berkepanjangan pada suhu yang membentuk intermetallic; 2507 lebih sensitif.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih 2205 ketika keseimbangan kekuatan, ketangguhan, ketahanan korosi, dan biaya diperlukan untuk sebagian besar aplikasi air laut/proses. - Pilih 2507 ketika lingkungan atau beban desain menuntut kombinasi praktis tertinggi dari ketahanan pitting/SCC dan kekuatan, dan ketika biaya siklus hidup membenarkan pengeluaran material dan fabrikasi yang lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: 2507 secara material lebih mahal daripada 2205 karena kandungan paduan yang lebih tinggi dan kontrol produksi yang lebih ketat. Biaya material per kg dan total biaya terpasang (termasuk pengelasan/fabrikasi) lebih tinggi.
• Ketersediaan: 2205 tersedia secara luas dalam bentuk pelat, pipa, fitting, dan batang dari banyak produsen. 2507 tersedia tetapi dalam sumber pabrik yang lebih sedikit dan dengan waktu tunggu yang lebih lama serta potensi ukuran/ketebalan produk yang lebih sedikit.
• Implikasi pengadaan: Untuk volume besar atau ukuran standar, 2205 sering kali menjadi pilihan yang lebih murah dan lebih mudah tersedia. Untuk ukuran khusus atau persyaratan super-duplex, rencanakan pemilihan pemasok dan waktu tunggu lebih awal.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih 2205 jika: - Anda membutuhkan stainless duplex yang hemat biaya dengan ketahanan korosi keseluruhan yang kuat dan kemampuan fabrikasi yang baik untuk pipa, penukar panas, poros, dan layanan air laut/proses umum. - Kesederhanaan fabrikasi, waktu tunggu yang lebih pendek, atau formabilitas dingin yang lebih besar penting. - Pilih 2507 jika: - Kondisi layanan mencakup konsentrasi klorida tinggi, suhu lebih tinggi, lingkungan asam (H2S), atau ketika desain memerlukan kekuatan hasil/tarik yang lebih tinggi dan ketahanan maksimum terhadap pitting dan SCC. - Proyek dapat mengakomodasi biaya material yang lebih tinggi, kontrol pengelasan/fabrikasi yang lebih ketat, dan potensi waktu tunggu pasokan.

Catatan akhir: kedua paduan sangat mampu ketika ditentukan dan diproses dengan benar. Pilihan yang tepat memerlukan pencocokan tingkat keparahan lingkungan korosi, persyaratan beban mekanik, kapasitas fabrikasi, dan total biaya siklus hidup. Untuk sistem kritis, lakukan pengujian korosi spesifik aplikasi, kualifikasi prosedur pengelasan, dan verifikasi rantai pasokan sebelum pemilihan akhir.