P11 vs P22 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pendahuluan

P11 dan P22 adalah dua baja paduan kromium–molybdenum yang banyak digunakan yang ditentukan untuk bagian tekanan dan layanan suhu tinggi seperti pipa boiler, header, dan perpipaan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya mempertimbangkan trade-off antara kekuatan/ketahanan creep, kemampuan las, ketangguhan, dan biaya saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih grade yang tepat untuk layanan suhu tinggi (creep vs. biaya), menentukan praktik pemanasan awal dan PWHT (kemampuan las dan risiko retak hidrogen), dan mengoptimalkan biaya siklus hidup untuk interval penggantian.

Fitur desain yang membedakan antara kedua grade ini adalah strategi paduannya: P22 mengandung kandungan kromium dan molybdenum yang lebih tinggi dibandingkan P11. Perbedaan komposisi ini mendorong kekuatan suhu tinggi dan ketahanan creep yang lebih tinggi pada P22, sementara meningkatkan kemampuan pengerasan dan pertimbangan pengelasan/pemanasan awal dibandingkan dengan P11. Karena keduanya digunakan untuk aplikasi perpipaan dan bejana tekan yang serupa, perbandingan sering dilakukan selama pemilihan material untuk pembangkit listrik, kilang, dan peralatan petrokimia.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar dan penunjukan umum:
• ASME/ASTM: ASME SA335 / ASTM A335 (pipa baja paduan ferritik tanpa sambungan): P11, P22.
• EN: Penunjukan yang setara kadang-kadang diberikan sebagai keluarga 1.0–1.25Cr–0.5Mo dan 2.25Cr–1Mo; nomor EN spesifik bervariasi dengan produk dan perlakuan panas.
• JIS / GB: Standar regional dapat mencantumkan grade yang sesuai (konsultasikan tabel standar spesifik untuk referensi silang yang tepat).
• Kelas material:
• Baik P11 maupun P22 adalah baja paduan (baja ferritik kromium–molybdenum) yang ditujukan untuk layanan suhu tinggi. Mereka bukan baja tahan karat, baja alat, atau baja HSLA dalam pengertian biasa.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut merangkum tingkat relatif elemen umum daripada persentase absolut; ini menghindari penyajian nilai numerik spesifik yang bergantung pada spesifikasi dan vendor yang tepat.

Elemen	P11 (tingkat relatif)	P22 (tingkat relatif)
C	Rendah–Sedang	Rendah–Sedang
Mn	Rendah–Sedang	Rendah–Sedang
Si	Rendah–Sedang	Rendah–Sedang
P	Jejak / Terkendali	Jejak / Terkendali
S	Jejak / Terkendali	Jejak / Terkendali
Cr	Sedang (lebih rendah)	Lebih tinggi (secara signifikan lebih tinggi)
Ni	Jejak / Rendah	Jejak / Rendah
Mo	Sedang (lebih rendah)	Lebih tinggi (secara signifikan lebih tinggi)
V	Jejak / Paduan mikro yang mungkin	Jejak / Paduan mikro yang mungkin
Nb (Nb/Ta)	Biasanya tidak ditambahkan	Biasanya tidak ditambahkan
Ti	Jejak / Terkendali	Jejak / Terkendali
B	Tidak biasanya ditentukan	Tidak biasanya ditentukan
N	Tingkat rendah yang terkendali	Tingkat rendah yang terkendali

Penjelasan: - P11 diformulasikan dengan tambahan kromium dan molybdenum yang moderat untuk memberikan kekuatan dan ketahanan creep pada suhu tinggi sambil mempertahankan kemampuan las yang relatif baik. Paduannya bersifat konservatif. - P22 meningkatkan tingkat kromium dan molybdenum untuk meningkatkan kekuatan suhu tinggi, ketahanan oksidasi, dan ketahanan creep; peningkatan ini juga meningkatkan kemampuan pengerasan dan dapat membuat pengelasan dan perlakuan panas lebih menuntut. - Elemen lain seperti Mn dan Si hadir pada tingkat yang serupa dan terkendali di kedua grade dan terutama mempengaruhi deoksidasi, kekuatan, dan ketangguhan. - Tingkat kotoran yang sangat rendah dan terkendali (P, S, N) penting untuk ketangguhan dan kinerja suhu tinggi di kedua grade.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Kromium dan molybdenum meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan suhu tinggi, dan kinerja keretakan creep; kromium juga berkontribusi pada ketahanan oksidasi. - Karbon meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan las dan ketangguhan jika berlebihan. - Elemen paduan mikro (V, Nb, Ti) dapat memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan creep melalui penguatan presipitasi ketika ada secara sengaja.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur dan perilaku perlakuan panas yang khas: - Mikrostruktur dasar setelah normalisasi dan tempering: Kedua grade mengembangkan mikrostruktur ferritik martensitik atau bainitik yang ditempa tergantung pada laju pendinginan dan tingkat paduan. Normalisasi yang tepat memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya; tempering mengurangi kekerasan sambil mengembalikan ketangguhan. - P11: Dengan kandungan paduan yang lebih rendah, P11 biasanya membentuk martensit yang ditempa atau bainit yang ditempa dengan respons tempering yang relatif mudah. Ini menerima siklus normalisasi dan tempering standar yang digunakan untuk baja Cr–Mo paduan rendah dan toleran dalam jendela perlakuan panas. - P22: Kromium dan molybdenum yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan dan memperlambat transformasi bainitik/martensitik; di bawah pendinginan cepat, mikrostruktur yang dikuenching dapat lebih keras dan lebih martensitik. Tempering sangat penting untuk mengembalikan ketangguhan dan menyesuaikan sifat creep; P22 mungkin memerlukan perlakuan panas yang lebih terkendali untuk menghindari over-tempering atau gradien kekerasan yang tertahan. - Pemrosesan termo-mekanis: Tidak ada grade yang biasanya diproses dengan TMCP agresif untuk tingkat pelat kekuatan tinggi yang digunakan dalam baja struktural; untuk komponen, pengerjaan panas yang terkendali diikuti oleh normalisasi dan tempering adalah rute standar untuk menghasilkan mikrostruktur yang ditempa yang dapat diandalkan. - Pertimbangan creep: Paduan P22 mendukung kekuatan keretakan creep yang lebih tinggi pada suhu tinggi; stabilitas karbida (karbida kaya Cr dan Mo) dan distribusinya setelah tempering adalah kunci untuk kinerja jangka panjang.

4. Sifat Mekanik

Tabel berikut memberikan deskriptor komparatif kualitatif; nilai aktual bergantung pada spesifikasi dan perlakuan panas.

Sifat	P11 (tipikal)	P22 (tipikal)
Kekuatan tarik	Sedang	Lebih tinggi
Kekuatan luluh	Sedang	Lebih tinggi
Peregangan (duktilitas)	Baik	Baik hingga sedikit berkurang
Ketangguhan impak	Baik (terutama setelah tempering yang tepat)	Baik ketika ditempa dengan benar; mungkin lebih sensitif terhadap perlakuan panas
Kekerasan (sebagai yang diperlakukan panas)	Sedang	Lebih tinggi (dapat lebih tinggi sebelum tempering)

Interpretasi: - P22 umumnya mencapai kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih tinggi serta ketahanan creep yang lebih baik pada suhu tinggi berkat kandungan Cr–Mo yang lebih tinggi dan fase karbida yang lebih stabil. - P11 sering menawarkan kemudahan yang sedikit lebih baik dalam mencapai ketangguhan, dengan kemampuan pengerasan yang sedikit lebih rendah dan dengan demikian komplikasi pengelasan/perlakuan panas yang lebih sedikit di banyak lingkungan bengkel. - Kedua grade dapat diproduksi untuk memenuhi target dampak dan kekuatan tertentu melalui normalisasi dan tempering yang tepat; sifat akhir bergantung pada perlakuan panas.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las dipengaruhi oleh ekuivalen karbon dan kemampuan pengerasan. Dua deskriptor empiris yang umum digunakan adalah ekuivalen karbon IIW dan Pcm yang lebih komprehensif:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - P22, dengan kromium dan molybdenum yang lebih tinggi, menghasilkan kontribusi yang lebih tinggi terhadap istilah kemampuan pengerasan dalam $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$; dengan demikian, zona las lebih rentan terhadap pembentukan martensit keras dan memerlukan kontrol yang lebih hati-hati (pemanasan awal, suhu antar proses, dan perlakuan panas pasca las — PWHT). - P11 biasanya memiliki kontribusi ekuivalen karbon yang lebih rendah dari Cr dan Mo, membuatnya lebih mudah untuk dilas dengan prosedur standar; tingkat pemanasan awal/PWHT yang lebih rendah sering kali memungkinkan. - Kedua material biasanya memerlukan PWHT dalam aplikasi bejana tekan dan perpipaan untuk mengurangi tegangan sisa dan menetralkan mikrostruktur keras yang terbentuk di zona yang terpengaruh panas (HAZ). - Retak dingin yang disebabkan hidrogen: karena P22 lebih dapat dikeraskan, ia lebih rentan terhadap retak HAZ jika hidrogen dan pengekangan tidak dikendalikan; prosedur ketat untuk pemanasan awal, pemilihan bahan habis pakai, dan kontrol hidrogen diperlukan. - Bahan habis pakai: logam pengisi yang cocok atau lebih cocok dengan kandungan paduan yang sesuai dipilih untuk memenuhi kekuatan dan persyaratan suhu tinggi; pemilihan pengisi harus mempertimbangkan kompatibilitas PWHT dan kinerja creep.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik P11 maupun P22 bukanlah paduan tahan karat; mereka bergantung pada pelapisan, pengecatan, galvanisasi (di mana berlaku untuk paparan suhu rendah), atau pelapisan untuk lingkungan korosif.
• Kandungan kromium yang lebih tinggi di P22 menawarkan ketahanan oksidasi yang sedikit lebih baik pada suhu tinggi dibandingkan P11, tetapi ini tidak setara dengan ketahanan korosi stainless.
• Untuk korosi akuatik atau aliran proses yang sangat korosif, pelapisan dengan grade stainless atau toleransi korosi diperlukan.
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) digunakan untuk paduan stainless dan tidak berlaku untuk baja Cr–Mo paduan rendah ini, tetapi untuk kejelasan, rumus PREN adalah:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Karena PREN dimaksudkan untuk baja tahan karat, itu tidak boleh digunakan untuk menilai P11/P22; kinerja korosi mereka harus dirancang dengan pemilihan sistem perlindungan, pelapisan material, atau toleransi korosi berdasarkan lingkungan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pemesinan:
• Kedua grade dapat diproses dengan baik dalam kondisi dinormalisasi dan ditempa, tetapi P22 dapat lebih abrasif dan mengeras jika parameter pemotongan tidak dioptimalkan karena kandungan pengerasan dan karbida yang lebih tinggi.
• Kemudahan pembentukan / pembengkokan:
• P11 umumnya lebih mudah untuk dibentuk dingin dan dibengkokkan tanpa pemanasan awal yang agresif dibandingkan P22 karena kandungan paduan yang lebih rendah; namun, keduanya biasanya dibentuk dalam kondisi dinormalisasi atau melalui prosedur pembengkokan panas yang terkendali.
• Finishing permukaan dan dressing:
• Partikel paduan dan karbida yang lebih tinggi di P22 dapat meningkatkan keausan alat dalam operasi finishing; tentukan alat dan umpan yang sesuai.
• Rekomendasi:
• Lakukan pembentukan dan pemesinan dalam kondisi dinormalisasi/ditempa, bukan dalam keadaan keras yang digulung atau dilas.
• Gunakan pendinginan, cairan pemotongan, dan material alat yang sesuai (karbida atau keramik yang dilapisi untuk pemotongan paduan tinggi).

8. Aplikasi Tipikal

P11 — Penggunaan Tipikal	P22 — Penggunaan Tipikal
Pipa tekanan rendah atau suhu sedang, header, dan fitting di mana biaya dan kemampuan las menjadi prioritas	Pipa uap suhu tinggi, bagian tekanan, dan komponen yang memerlukan kekuatan creep dan ketahanan oksidasi yang superior
Tabung dan komponen penukar panas di mana ketahanan creep sedang sudah memadai	Saluran uap utama, header superheater/reheater, dan komponen dalam aplikasi pembangkit listrik suhu sedang hingga tinggi
Bagian pengganti ekonomis di mana suhu layanan tidak ekstrem	Komponen bejana tekan kritis dan perpipaan di pabrik fosil atau siklus gabungan di mana umur creep yang lebih lama diperlukan
Pipa baja paduan tujuan umum dalam layanan petrokimia dengan tuntutan suhu yang kurang parah	Komponen yang memerlukan tegangan yang diizinkan lebih tinggi pada suhu atau ketebalan yang lebih rendah untuk tegangan desain yang sama

Rasional pemilihan: - Pilih P22 ketika kekuatan jangka panjang yang lebih tinggi pada suhu tinggi, ketahanan oksidasi, dan umur creep menjadi pendorong desain. - Pilih P11 ketika biaya yang lebih rendah dan kemudahan fabrikasi/pengelasan menjadi prioritas dan tuntutan suhu/creep bersifat moderat.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif:
• P22 biasanya memiliki harga material yang lebih tinggi dibandingkan P11 karena peningkatan kandungan Cr dan Mo serta pemrosesan yang lebih ketat untuk kinerja suhu tinggi.
• P11 biasanya lebih ekonomis dan banyak tersedia di banyak inventaris pipa dan fitting.
• Bentuk produk dan ketersediaan:
• Kedua grade biasanya tersedia sebagai pipa tanpa sambungan, pipa las, fitting, flens, dan pelat bejana tekan; namun, waktu tunggu untuk P22 mungkin lebih lama untuk ketebalan pelat khusus atau komponen yang ditempa.
• Ketersediaan dapat bervariasi secara regional; insinyur pengadaan harus mengonfirmasi waktu tunggu untuk bentuk produk yang diperlukan dan kondisi perlakuan panas yang ditentukan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif):

Kriteria	P11	P22
Kemampuan las	Lebih mudah (tingkat pemanasan awal/PWHT yang lebih rendah biasanya)	Lebih menuntut (pemanasan awal/PWHT yang lebih tinggi; risiko retak HAZ)
Kekuatan–Ketangguhan (suhu tinggi)	Kekuatan sedang, ketangguhan baik	Kekuatan lebih tinggi dan ketahanan creep, ketangguhan tergantung pada perlakuan panas
Biaya	Biaya material lebih rendah	Biaya material lebih tinggi

Kesimpulan dan panduan praktis: - Pilih P11 jika: - Suhu desain dan umur creep yang diperlukan bersifat moderat, dan biaya serta kemudahan fabrikasi/pengelasan adalah kendala yang signifikan. - Anda menginginkan prosedur pengelasan yang lebih toleran dengan tingkat pemanasan awal/PWHT yang lebih rendah dalam pekerjaan bengkel atau lapangan. - Proyek memungkinkan material dengan kandungan Cr/Mo yang lebih rendah dan tegangan yang diizinkan yang lebih rendah pada suhu.

• Pilih P22 jika:
• Aplikasi memerlukan kekuatan suhu tinggi yang lebih tinggi, umur creep yang lebih lama, atau ketahanan oksidasi yang lebih baik pada suhu layanan.
• Anda dapat menerapkan kontrol pengelasan yang lebih ketat, pemanasan awal, dan PWHT, dan Anda menerima biaya material yang lebih tinggi untuk umur layanan yang lebih lama atau ketebalan bagian yang lebih rendah.
• Kode desain atau persyaratan tegangan yang diizinkan menentukan peringkat suhu yang lebih tinggi yang sejalan dengan kinerja P22.

Catatan akhir: Baik P11 maupun P22 adalah material yang matang dan dipahami dengan baik dengan puluhan tahun aplikasi dalam pembangkit listrik dan industri proses. Keputusan harus didasarkan pada suhu desain dan persyaratan umur creep, kemampuan pengelasan dan fabrikasi, pemodelan biaya siklus hidup, dan persyaratan kode/kontak spesifik. Ketika ragu, lakukan penilaian rekayasa yang terfokus termasuk kurva tegangan yang diizinkan vs. suhu, kualifikasi prosedur las, dan verifikasi kemampuan perlakuan panas dari pemasok untuk memastikan grade yang dipilih memenuhi harapan layanan jangka panjang.