Hastelloy C276 vs C22 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Hastelloy C276 dan Hastelloy C22 adalah dua paduan tahan korosi berbasis nikel yang banyak digunakan dan sering muncul sebagai pilihan yang bersaing dalam pengolahan kimia, pengendalian polusi, dan sistem lepas pantai. Insinyur dan profesional pengadaan umumnya menyeimbangkan kinerja korosi, kebutuhan fabrikasi, dan biaya siklus hidup saat memutuskan di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk pemilihan untuk lingkungan yang mengandung klorida yang agresif, kimia campuran pengoksidasi/reduksi, layanan suhu tinggi, atau di mana pengelasan dan kemampuan fabrikasi sangat penting.
Perbedaan teknis utama antara paduan ini adalah strategi paduannya: C276 menekankan molibdenum dan tungsten untuk menahan serangan lokal di lingkungan reduksi dan campuran, sementara C22 menekankan tingkat kromium yang lebih tinggi (dijadikan satu dengan molibdenum) untuk memperkuat ketahanan dalam kondisi pengoksidasi dan rentang korosif yang lebih luas. Karena keduanya berbasis nikel, perilaku mekaniknya serupa, tetapi kinerja korosi dan pertimbangan biaya biasanya mendorong pilihan.
1. Standar dan Penunjukan
- Spesifikasi dan penunjukan umum:
- ASTM/ASME: Sering dirujuk melalui nomor UNS — C276 (UNS N10276), C‑22 (UNS N06022).
- EN / Eropa: Kurang umum digunakan untuk paduan paten ini; ekuivalen mungkin dicantumkan oleh pemasok.
- JIS / GB: Tidak ada ekuivalen satu-satu langsung; biasanya diperoleh berdasarkan UNS/ASTM atau lembar data vendor.
- Klasifikasi:
- Kedua Hastelloy C276 dan C22 adalah paduan tahan korosi berbasis nikel (umumnya dikelompokkan dengan paduan tahan korosi daripada baja tahan karat tradisional). Mereka bukan baja karbon, baja alat, atau kelas HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut menunjukkan elemen paduan yang representatif, perkiraan tipikal dan perannya. Batasan yang tepat bervariasi berdasarkan spesifikasi dan pemasok; konsultasikan lembar data produsen untuk komposisi yang terverifikasi.
| Elemen | Komposisi tipikal (perkiraan wt%) — C276 | Komposisi tipikal (perkiraan wt%) — C22 |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.02 (sangat rendah) | ≤ 0.02 (sangat rendah) |
| Mn | 0.2–1.0 (jejak hingga rendah) | 0.2–1.0 (jejak hingga rendah) |
| Si | ≤ 0.08 (deoksidator) | ≤ 0.08 (deoksidator) |
| P | ≤ 0.03 (pengendalian kotoran) | ≤ 0.03 (pengendalian kotoran) |
| S | ≤ 0.015 (pengendalian kotoran) | ≤ 0.015 (pengendalian kotoran) |
| Cr | ~15–17 (sedang) | ~20–22 (lebih tinggi) |
| Ni | Keseimbangan (~50–60) | Keseimbangan (~50–60) |
| Mo | ~15–17 (tinggi) | ~12–14 (substansial) |
| V | ≤ 0.35 (kecil) | ≤ 0.35 (kecil) |
| Nb | ≤ 0.4 (kecil) | ≤ 0.4 (kecil) |
| Ti | ≤ 0.4 (kecil) | ≤ 0.4 (kecil) |
| B | jejak | jejak |
| N | jejak (sangat rendah) | jejak (sangat rendah) |
| Fe | ~4–7 (residu) | ~3–6 (residu) |
| W (tungsten) | hingga ~3 (meningkatkan ketahanan pitting) | terbatas pada tingkat rendah atau tidak ada |
Catatan tentang strategi paduan: - Nikel: pembentuk matriks utama, memberikan ketahanan korosi dan ketangguhan. - Kromium: mendorong pasivasi dan ketahanan terhadap kondisi pengoksidasi; C22 memiliki fraksi kromium yang lebih tinggi untuk memperluas ketahanan korosi pengoksidasi. - Molybdenum dan tungsten: memperkuat ketahanan terhadap pitting, korosi celah, dan korosi di lingkungan reduksi; C276 lebih kaya akan Mo (dan mungkin termasuk W) untuk meningkatkan kinerja dalam kimia yang mengandung klorida dan reduksi. - Karbon rendah, kotoran yang terkontrol, dan stabilisator kecil (Nb, Ti) digunakan untuk meminimalkan sensitisasi dan meningkatkan stabilitas suhu tinggi.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur: - Kedua paduan adalah austenitik larutan padat (matriks nikel kubik berpusat wajah) dengan pengendalian karbida/precipitate melalui karbon rendah dan tambahan kecil Nb/Ti jika diperlukan. - Mereka tidak mengalami transformasi martensitik yang khas dari baja karbon; variasi mikrostruktural terutama berasal dari karbida atau presipitat intermetal yang dapat terbentuk dengan paparan termal yang tidak tepat.
Respons perlakuan panas dan pemrosesan: - Pemrosesan tipikal adalah annealing larutan (perendaman suhu tinggi diikuti dengan pendinginan cepat) untuk melarutkan presipitat dan memulihkan ketahanan korosi. Misalnya, pemasok menentukan annealing larutan dalam rentang austenitik (konsultasikan lembar data untuk suhu yang tepat). - Tidak ada paduan yang dapat diperlakukan panas untuk secara signifikan meningkatkan kekuatan melalui pengerasan presipitat seperti beberapa baja tahan karat atau paduan nikel pengerasan presipitat. - Paparan lama pada suhu menengah dapat menghasilkan presipitasi karbida/nitride atau fase intermetal yang merusak ketahanan korosi. Annealing larutan yang tepat dan pendinginan terkontrol memulihkan homogenitas matriks. - Pemrosesan termo-mekanik (pekerjaan dingin diikuti dengan annealing larutan) digunakan untuk memproduksi lembaran, pelat, dan pipa dengan sifat mekanik yang diinginkan; pekerjaan dingin yang signifikan meningkatkan kekuatan tetapi dapat mempengaruhi ketahanan korosi lokal jika tidak diperlakukan larutan.
4. Sifat Mekanik
Kinerja mekanik dipengaruhi oleh bentuk produk (pelat, lembaran, pipa), pekerjaan dingin, dan riwayat termal. Tabel berikut memberikan perbandingan kualitatif yang cocok untuk pemilihan desain; untuk desain proyek, gunakan data pemasok untuk nilai numerik yang tepat berdasarkan bentuk produk.
| Sifat | C276 | C22 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sebanding; keduanya sedang untuk paduan nikel (baik untuk peralatan tekanan) | Sebanding; rentang tarik yang mirip dengan C276 |
| Kekuatan hasil | Mirip; tidak ada yang dirancang untuk kekuatan hasil tinggi tanpa pekerjaan dingin | Mirip; variasi kecil berdasarkan produk dan perlakuan panas |
| Peregangan (duktilitas) | Duktilitas yang baik (memungkinkan pembentukan/pengelasan) | Duktilitas yang baik, sebanding dengan C276 |
| Kekerasan impak | Baik pada suhu ambien dan rendah; mempertahankan ketangguhan karena matriks nikel | Baik, sebanding dengan C276 |
| Kekerasan | Sedang; dapat ditingkatkan dengan pekerjaan dingin | Sedang; perilaku serupa |
Interpretasi: - Dalam istilah rekayasa praktis, C276 dan C22 memiliki sifat mekanik yang secara umum serupa. Perbedaan dalam kekuatan atau ketangguhan biasanya kecil relatif terhadap variabilitas dari bentuk produk dan pekerjaan dingin. Kedua paduan dipilih terutama untuk ketahanan korosi daripada kekuatan mekanik.
5. Kemampuan Pengelasan
Pertimbangan kemampuan pengelasan berfokus pada kandungan karbon rendah, basis nikel, dan elemen paduan yang dapat mempromosikan retakan panas atau sensitisasi.
- Kemampuan pengelasan umum: Baik C276 maupun C22 dianggap dapat dilas dengan logam pengisi berbasis nikel standar dan prosedur yang sesuai. Pemanasan awal umumnya tidak diperlukan; annealing larutan pasca pengelasan direkomendasikan dalam aplikasi korosi kritis untuk memulihkan ketahanan korosi.
- Karbon dan kemampuan pengerasan: Kandungan karbon yang sangat rendah mengurangi risiko sensitisasi dan retakan terkait pengerasan.
- Efek mikro-paduan: Nb dan Ti dapat membentuk karbida/nitride yang stabil; pengendalian logam pengisi dan input panas meminimalkan presipitat yang tidak diinginkan.
Indeks berguna untuk interpretasi kualitatif (tidak ada evaluasi numerik di sini): - IIW ekuivalen karbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Indeks pencegahan $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Rumus ini menunjukkan bahwa meskipun Ni sendiri mengurangi kekhawatiran "CE" relatif terhadap baja, keberadaan Cr, Mo, dan Nb mempengaruhi indeks kemampuan pengelasan. Dalam praktiknya, kedua paduan dapat dilas dengan mudah menggunakan logam pengisi berbasis nikel yang direkomendasikan; prosedur yang memenuhi syarat dan perlakuan panas pasca pengelasan digunakan untuk fabrikasi yang kritis terhadap korosi.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Keberlakuan PREN: Angka ekuivalen ketahanan pitting (PREN) banyak digunakan untuk baja tahan karat austenitik dan dapat menjadi indikator untuk paduan nikel dalam mengevaluasi kecenderungan pitting: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Namun, PREN dikembangkan untuk baja tahan karat Cr–Mo–N dan hanya merupakan indikator kasar untuk paduan berbasis nikel; pengujian korosi langsung lebih disukai.
Perilaku korosi — perbandingan praktis: - C276: Dirancang untuk menahan pitting, korosi celah, dan retakan korosi stres di lingkungan reduksi dan campuran pengoksidasi/reduksi dengan klorida dan spesies sulfur. Mo tinggi (dan W jika ada) meningkatkan ketahanan dalam kimia lokal dan reduksi. - C22: Kandungan kromium yang lebih tinggi memberikan pasivasi yang kuat dan ketahanan yang lebih baik terhadap kondisi pengoksidasi (misalnya, lingkungan asam nitrat) sambil mempertahankan ketahanan yang kuat terhadap berbagai asam non-pengoksidasi karena kandungan Mo yang signifikan. C22 sering dipilih di mana agen pengoksidasi hadir bersamaan dengan spesies reduksi.
Perlindungan permukaan: - Untuk baja karbon, seseorang akan mempertimbangkan galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan. Untuk C276 dan C22 (kedua paduan tahan korosi), pelapisan umumnya tidak diperlukan kecuali ada kekhawatiran khusus tentang keausan, pengotoran, atau abrasi. Polishing mekanis atau kimia, pasivasi, atau perlindungan katodik dapat diterapkan tergantung pada layanan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: Paduan berbasis nikel umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon; mereka mengeras saat bekerja dan memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah. C276 dan C22 memiliki karakteristik kemudahan pemesinan yang serupa; pemilihan alat yang hati-hati, kecepatan, umpan, pendingin, dan pemecahan chip diperlukan.
- Kemudahan pembentukan: Duktilitas yang baik memungkinkan operasi pembengkokan dan penarikan. Di mana jari-jari pembengkokan yang ketat atau pembentukan yang luas diperlukan, annealing larutan menengah dapat digunakan untuk memulihkan duktilitas.
- Penyelesaian: Penyelesaian permukaan dan pemolesan dapat dilakukan; keduanya merespons dengan baik terhadap pembersihan kimia dan elektropolishing jika diperlukan untuk pengendalian korosi.
8. Aplikasi Tipikal
| Hastelloy C276 (penggunaan tipikal) | Hastelloy C22 (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Peralatan proses kimia yang menangani asam yang mengandung klorida dan reduksi, komponen desulfurisasi gas buang (FGD), katup dan fitting di lingkungan campuran | Peralatan proses kimia yang terpapar asam pengoksidasi (misalnya, asam nitrat), pabrik pilot dan sistem penyaringan dengan pengoksidasi campuran, konektor keandalan tinggi di lingkungan yang keras |
| Sistem pengolahan air limbah dengan kimia campuran | Aplikasi yang memerlukan pasivasi yang kuat dalam siklus pengoksidasi dan reduksi |
| Penukar panas dan pipa yang menangani garam dan asam organik | Wadah dan pipa di mana serangan pengoksidasi dan reduksi dapat terjadi dan di mana Cr tinggi memberikan keuntungan |
Rasional pemilihan: - Pilih C276 di mana serangan lokal dari klorida atau agen reduksi menjadi perhatian utama; kandungan Mo/W yang lebih tinggi menguntungkan. - Pilih C22 di mana kondisi pengoksidasi atau lingkungan siklik pengoksidasi/reduksi hadir dan Cr yang lebih tinggi memberikan pasivasi yang lebih kuat.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: Kedua paduan adalah paduan nikel premium dan biayanya jauh lebih tinggi daripada baja tahan karat umum. Di banyak pasar, C22 dapat dihargai sedikit lebih tinggi daripada C276 karena komposisi dan pola permintaan, tetapi fluktuasi pasar mempengaruhi harga. Perbedaan biaya bersifat spesifik proyek.
- Ketersediaan: Keduanya diproduksi oleh pemasok paduan khusus besar dan tersedia dalam bentuk produk umum (pelat, lembaran, pipa, tabung, batang, pengecoran, pengisi las). Waktu tunggu bervariasi berdasarkan bentuk, ukuran, dan permintaan pasar. Konsumsi yang diproduksi (batang pengisi, elektroda) juga tersedia secara komersial.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif)
| Karakteristik | Hastelloy C276 | Hastelloy C22 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Sangat baik dengan pengisi berbasis Ni; mirip dengan C22 | Sangat baik dengan pengisi berbasis Ni; mirip dengan C276 |
| Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang; ketangguhan dan duktilitas yang baik | Kekuatan dan ketangguhan yang sebanding |
| Ketahanan korosi (lokal/reduksi) | Luar biasa (Mo/W lebih tinggi) | Sangat baik (Mo sedikit lebih rendah daripada C276) |
| Ketahanan korosi (pengoksidasi/pasif) | Sangat baik | Luar biasa (Cr lebih tinggi) |
| Biaya (relatif) | Tinggi (paduan premium) | Tinggi (sering sebanding atau sedikit lebih tinggi) |
Rekomendasi (panduan praktis): - Pilih Hastelloy C276 jika Anda memerlukan ketahanan terbaik terhadap korosi lokal, serangan celah, dan lingkungan reduksi atau campuran di mana klorida dan spesies sulfida hadir. C276 sering ditentukan untuk desulfurisasi gas buang, aliran proses yang mengandung klorida, dan tugas umum di mana korosi lokal adalah risiko utama. - Pilih Hastelloy C22 jika proses Anda mencakup pengoksidasi yang kuat, kondisi siklik pengoksidasi/reduksi, atau Anda memerlukan pasivasi yang sangat kuat di hadapan asam pengoksidasi. Kandungan kromium yang lebih tinggi pada C22 memberikannya keunggulan di lingkungan pengoksidasi dan dalam aplikasi di mana kedua kimia pengoksidasi dan reduksi dihadapi secara bergantian.
Catatan akhir: Untuk keputusan pengadaan atau desain yang kritis, minta lembar data produsen terkini, data pengujian korosi untuk layanan spesifik, dan prosedur pengelasan/fabrikasi yang memenuhi syarat. Kinerja korosi tergantung pada aplikasi; pengujian laboratorium dan lapangan dalam media proses yang sebenarnya adalah panduan yang paling dapat diandalkan.