A106 Gr.B vs A106 Gr.C – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pendahuluan

ASTM A106 menggambarkan pipa baja karbon tanpa sambungan yang ditujukan terutama untuk layanan suhu tinggi. Dalam keluarga itu, Kelas B dan Kelas C adalah kelas yang paling umum ditentukan, dan insinyur sering menghadapi dilema pemilihan: memprioritaskan biaya yang lebih rendah dan kemampuan las yang lebih baik, atau memprioritaskan kekuatan yang lebih tinggi dan peringkat suhu/tekanan yang lebih tinggi. Konteks keputusan yang khas termasuk pipa tekanan untuk layanan uap dan hidrokarbon, di mana pilihan bergantung pada kekuatan, ketangguhan, kemampuan las, dan kinerja jangka panjang pada suhu tinggi.

Perbedaan teknis utama antara A106 Kelas B dan Kelas C adalah bahwa Kelas C ditentukan untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi dan sering kali kemampuan suhu yang lebih tinggi, yang dicapai melalui tingkat karbon dan mangan yang sedikit lebih tinggi dan penyesuaian metalurgi terkait. Ini menghasilkan trade-off: peningkatan kekuatan dan kekerasan versus pengurangan kemampuan las dan sensitivitas ketangguhan dampak.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar utama: ASTM A106 / ASME SA106 — pipa baja karbon tanpa sambungan untuk layanan suhu tinggi.
• Setara internasional dan standar terkait: API 5L (pipa saluran; tidak identik tetapi memiliki kasus penggunaan yang tumpang tindih), EN (berbagai standar pipa struktural dan tekanan), standar JIS dan GB untuk pipa baja karbon — masing-masing memiliki komposisi dan persyaratan mekanis yang berbeda.
• Klasifikasi material: baik A106 Gr.B dan Gr.C adalah baja karbon biasa (bukan stainless, bukan baja paduan dalam arti ketat, dan bukan HSLA menurut definisi mikro paduan modern), digunakan sebagai baja karbon tahan panas untuk pipa tekanan.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Di bawah ini adalah perbandingan kualitatif elemen paduan yang relevan. Batas dan rentang yang tepat ditentukan dalam standar ASTM dan dapat bervariasi menurut produsen dan lot panas; tabel menunjukkan tingkat relatif dan peran yang khas.

Penjelasan: - Kelas C biasanya diizinkan untuk mengandung karbon dan mangan yang sedikit lebih tinggi dibandingkan Kelas B untuk memenuhi persyaratan kekuatan/suhu yang lebih tinggi. Elemen paduan lainnya umumnya rendah dan tidak dimaksudkan untuk memberikan ketahanan korosi atau perilaku paduan tinggi. - Karena keduanya pada dasarnya adalah baja karbon, kekuatan dan kemampuan pengerasan dikendalikan melalui karbon dan mangan, dengan pemrosesan (perlakuan panas dan laju pendinginan) mempengaruhi mikrostruktur yang dihasilkan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur khas (seperti yang diproduksi, dinormalisasi atau seperti yang digulung): mikrostruktur ferrit + pearlit mendominasi di kedua kelas. Fraksi pearlit (sementit lamelar + ferrit) meningkat seiring dengan peningkatan kandungan karbon, memberikan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi.
• Kelas B: dengan karbon yang sedikit lebih rendah, mikrostruktur relatif lebih kasar ferrit dengan sedikit pearlit — memberikan ketangguhan dan ketangguhan yang lebih baik pada suhu ambien.
• Kelas C: peningkatan karbon dan mangan mendorong lebih banyak pearlit dan meningkatkan kemampuan pengerasan, yang meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan tetapi cenderung mengurangi ketangguhan dampak (terutama di zona yang terpengaruh panas setelah pengelasan).

Respons perlakuan panas: - Normalisasi (pendinginan udara setelah austenitisasi) memperhalus ukuran butir dan mengurangi efek segregasi, meningkatkan homogenitas dan ketangguhan di kedua kelas. - Pendinginan dan tempering umumnya tidak digunakan untuk A106 standar dalam pembuatan pipa rutin karena ini bukan baja paduan yang dirancang untuk jalur martensitik; namun, pengerasan lokal dapat dipraktikkan untuk aplikasi khusus. Pendinginan dapat menciptakan martensit dalam panas karbon yang lebih tinggi dan memerlukan tempering selanjutnya untuk mengembalikan ketangguhan. - Penggulungan termo-mekanis (penggulungan terkontrol) dapat meningkatkan kekuatan dan ketangguhan dengan memperhalus struktur butir; ini kadang-kadang digunakan dalam panas spesifikasi yang lebih tinggi tetapi tidak diterapkan secara universal di seluruh produksi A106.

4. Sifat Mekanis

Tabel di bawah ini merangkum harapan sifat mekanis relatif. Nilai yang dijamin secara tepat harus diambil dari spesifikasi pembelian dan laporan uji pabrik.

Interpretasi: - Kelas C memberikan kekuatan yang lebih tinggi dengan mengorbankan beberapa ketangguhan dan mengurangi ketangguhan dampak, terutama kritis pada suhu layanan rendah atau di zona yang terpengaruh panas saat pengelasan. Kelas B adalah pilihan yang lebih tangguh dan lebih memaafkan untuk fabrikasi dan pengelasan.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las adalah pertimbangan penting untuk sistem perpipaan. Dua ukuran empiris yang umum digunakan untuk menilai risiko retak dingin dan pengaruh kemampuan pengerasan adalah ekuivalen karbon IIW dan rumus Pcm.

Contoh rumus: - Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm Internasional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Karena Kelas C biasanya mengandung sedikit lebih banyak karbon dan mangan dibandingkan Kelas B, $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang dihitung akan sedikit lebih tinggi, menunjukkan kemampuan pengerasan yang lebih besar dan risiko retak dingin yang lebih tinggi setelah pengelasan. - Implikasi praktis: pemanasan awal, kontrol suhu antar proses, bahan habis pakai rendah-hidrogen, dan perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT) lebih mungkin diperlukan atau direkomendasikan untuk Kelas C di bagian yang lebih tebal dan dalam layanan suhu rendah. - Untuk pipa dinding tipis dan kondisi pengelasan umum, kedua kelas biasanya dilas dengan sukses, tetapi kontrol rekayasa dan kualifikasi prosedur las harus mencerminkan risiko spesifik kelas.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kedua A106 Kelas B dan Kelas C adalah baja karbon non-stainless dan tidak memberikan ketahanan korosi yang melekat di luar apa yang ditawarkan baja karbon biasa.
• Metode perlindungan permukaan yang khas:
• Pengecatan atau sistem pelapisan (epoksi, poliuretan, pelapisan bitumen).
• Galvanisasi (pelapisan seng) — digunakan dalam banyak aplikasi atmosfer atau luar ruangan, tetapi galvanisasi pipa layanan suhu tinggi mungkin dibatasi oleh kondisi layanan.
• Cladding atau lining (misalnya, overlay las, lining polimer) untuk fluida internal yang agresif.
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk material ini karena PREN berlaku untuk paduan stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Singkatnya: pilih perlindungan korosi yang sesuai secara independen dari kelas; pilihan antara B dan C tidak boleh didorong oleh pertimbangan ketahanan korosi (keduanya pada dasarnya sama) tetapi oleh kebutuhan mekanis dan fabrikasi.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk

• Kemampuan mesin: Kekerasan dan fraksi pearlit yang lebih tinggi pada Kelas C akan mengurangi umur alat dan mungkin sedikit memperlambat operasi pemotongan dibandingkan Kelas B. Praktik pemesinan standar untuk pipa karbon berlaku; baja alat dan kecepatan harus dipilih sesuai.
• Kemampuan bentuk dan pembengkokan dingin: Kelas B, yang lebih tangguh, umumnya lebih mudah dibengkokkan dan dibentuk dingin tanpa memerlukan prosedur pembentukan suhu tinggi. Kelas C mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau kontrol yang lebih hati-hati untuk menghindari retak, terutama untuk bengkokan dengan jari-jari ketat.
• Penguliran, flanging, dan beading: kedua kelas umumnya difabrikasi menjadi fitting standar. Kualifikasi prosedur las dan inspeksi (misalnya, NDT) harus lebih ketat untuk Kelas C ketika ketebalan atau batasan sambungan meningkatkan risiko HAZ.

8. Aplikasi Khas

Rasional pemilihan: - Pilih Kelas B ketika frekuensi pengelasan, ketangguhan (terutama HAZ), dan sensitivitas biaya adalah perhatian utama. - Pilih Kelas C ketika kondisi layanan menuntut kekuatan yang lebih tinggi atau ketika kode desain memungkinkan manfaat dari kekuatan yang lebih tinggi untuk mengurangi ketebalan dinding atau memenuhi stres yang diizinkan lebih tinggi — asalkan kontrol fabrikasi mengimbangi pengurangan kemampuan las/ketangguhan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Kelas B biasanya adalah kelas yang lebih umum diproduksi dan ditentukan dan oleh karena itu sering memiliki biaya pengiriman yang lebih rendah dibandingkan Kelas C di banyak pasar. Kelas C mungkin memiliki premium jika sertifikasi kekuatan yang lebih tinggi atau kontrol panas yang lebih ketat diperlukan.
• Ketersediaan: Kedua kelas tersedia secara luas dalam ukuran pipa tanpa sambungan standar, tetapi Kelas B cenderung memiliki stok yang lebih luas. Ukuran khusus, ketebalan dinding, atau material Kelas C yang bersertifikat dengan pengujian tambahan mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama.

Bentuk produk: - Material ASTM A106 biasanya disuplai sebagai pipa tanpa sambungan. Panggilan spesifikasi dan laporan uji pabrik harus mengonfirmasi kelas, kondisi perlakuan panas (jika ada), dan sifat mekanis.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Kesimpulan: - Pilih A106 Kelas B jika Anda memerlukan material pipa karbon yang seimbang dan hemat biaya dengan kemampuan las yang superior, ketangguhan yang lebih baik, dan ketangguhan notch yang lebih kuat untuk perpipaan suhu tinggi umum dan operasi pengelasan yang sering. - Pilih A106 Kelas C jika Anda memerlukan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih tinggi untuk layanan suhu tinggi atau tekanan lebih tinggi dan siap untuk menerapkan kontrol pengelasan yang lebih ketat, kemungkinan pemanasan awal/PWHT, dan verifikasi ketangguhan yang lebih konservatif, terutama di bagian yang lebih tebal atau lingkungan suhu rendah.

Catatan akhir: Selalu verifikasi persyaratan kimia dan mekanis spesifik dengan spesifikasi pembelian dan sertifikat uji pabrik. Untuk aplikasi kritis, lakukan kualifikasi prosedur las, kontrol hidrogen, dan pengujian NDT serta ketangguhan yang sesuai yang disesuaikan dengan kelas dan kondisi layanan yang dipilih.