SA213 T11 vs T22 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SA213 T11 dan SA213 T22 adalah dua baja paduan rendah kromium-molibdenum yang banyak digunakan untuk tabung boiler, superheater, dan penukar panas. Insinyur dan profesional pengadaan sering mempertimbangkan trade-off antara biaya material awal, kemudahan fabrikasi dan pengelasan, serta kekuatan suhu tinggi saat digunakan (ketahanan creep). Dalam banyak proyek, keputusan ini berkurang menjadi apakah kandungan paduan yang lebih tinggi dan kemampuan suhu tinggi dari T22 membenarkan biaya yang lebih tinggi dan kontrol pengelasan serta perlakuan panas yang sedikit lebih ketat dibandingkan dengan T11.
Perbedaan teknis utama adalah bahwa T22 dipaduan untuk memberikan kekuatan dan ketahanan creep yang jauh lebih baik pada suhu tinggi dibandingkan T11; T11 biasanya dipilih di mana ductility yang baik, kemudahan pengelasan, dan biaya yang lebih rendah menjadi prioritas untuk suhu layanan yang lebih rendah hingga sedang.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar utama:
- ASTM/ASME: SA213 (tabung untuk layanan suhu tinggi), A335 (pipa) — T11 dan T22 sesuai dengan kelas Cr-Mo yang biasanya sejalan dengan P11 dan P22 dalam spesifikasi pipa.
- EN / DIN: Kelas yang sebanding adalah anggota keluarga 13CrMo44/14MoV6-3, tetapi referensi silang langsung memerlukan kehati-hatian.
- JIS / GB: Standar nasional memiliki seri Cr-Mo yang serupa tetapi verifikasi penunjukan dan tabel sifat yang tepat untuk substitusi.
- Klasifikasi:
- SA213 T11 dan T22 adalah baja ferritik paduan rendah (baja paduan) yang dirancang untuk layanan suhu tinggi; mereka bukan baja tahan karat maupun HSLA dalam pengertian yang umum (paduan mereka ditargetkan pada kekuatan suhu tinggi dan creep daripada hanya ketahanan korosi).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini memberikan rentang komposisi tipikal (persentase berat) yang ditemui dalam praktik industri dan sesuai dengan rentang ASME/ASTM yang umum digunakan. Batasan yang tepat tergantung pada pabrik dan versi standar tertentu; selalu konsultasikan spesifikasi material yang mengatur untuk pembelian atau desain.
| Elemen | T11 Tipikal (aproks. wt%) | T22 Tipikal (aproks. wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.05 – 0.15 | 0.05 – 0.15 |
| Mn | 0.30 – 0.65 | 0.30 – 0.60 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | ~0.9 – 1.4 (nominal ~1.0–1.25) | ~2.0 – 2.5 (nominal ~2.25) |
| Ni | ≤ 0.40 (jejak) | ≤ 0.40 (jejak) |
| Mo | ~0.44 – 0.65 (nominal ~0.5) | ~0.85 – 1.06 (nominal ~1.0) |
| V | jejak / opsional | jejak / opsional |
| Nb (Cb) | jejak / tidak ditentukan | jejak / tidak ditentukan |
| Ti | jejak | jejak |
| B | jejak | jejak |
| N | jejak | jejak |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kromium meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi serta mendorong pembentukan karbida yang stabil yang meningkatkan ketahanan creep. - Molibdenum meningkatkan kekuatan creep dan ketahanan terhadap pelunakan pada suhu dengan menstabilkan karbida dan menghambat difusi. - Karbon dan mangan mengontrol kekuatan dasar dan kemampuan pengerasan; karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan. - Silikon adalah deoksidator dan memberikan kekuatan yang moderat serta ketahanan oksidasi. - Penambahan mikro-paduan jejak (V, Nb, Ti) dapat mempengaruhi ukuran butir, penguatan presipitasi, dan ketangguhan impak, tetapi ini biasanya minor dalam komposisi T11/T22 standar.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Dalam kondisi yang disampaikan (dinormalisasi dan dipanaskan), baik T11 maupun T22 menunjukkan mikrostruktur martensit yang dipanaskan / bainit yang dipanaskan dengan dispersi karbida paduan (kaya Cr dan Mo). Ukuran butir dan distribusi karbida dikendalikan oleh suhu normalisasi dan rejim pemanasan. - T22, dengan Cr dan Mo yang lebih tinggi, cenderung membentuk fraksi karbida paduan yang stabil lebih tinggi dan mikrostruktur yang lebih baik dalam menahan penggumpalan pada suhu tinggi dibandingkan T11.
Efek perlakuan panas: - Normalisasi (pendinginan udara dari atas rentang kritis) memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya dan melarutkan karbida; diikuti dengan pemanasan untuk mengembangkan keseimbangan ketangguhan/kekuatan yang diinginkan. - Pendinginan dan pemanasan mengontrol ketangguhan suhu ruangan versus kekuatan tetapi kurang umum untuk produk tabung yang digulung — praktik standar adalah normalisasi dan pemanasan yang sesuai dengan bentuk produk. - Untuk kedua kelas, perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT) biasanya digunakan untuk memanaskan HAZ pengelasan dan mengurangi tegangan sisa dan kekerasan; T22 biasanya memerlukan kontrol yang lebih ketat (suhu minimum PWHT, waktu tahan) untuk memenuhi kinerja creep. - Proses pengendalian termo-mekanis (TMCP) dapat digunakan untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan di bagian tebal, tetapi untuk tabung variabel dominan adalah siklus normalisasi dan pemanasan.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis di bawah ini adalah rentang indikatif untuk tabung yang dinormalisasi dan dipanaskan dan sangat tergantung pada ketebalan dinding, perlakuan panas yang tepat, dan penyelesaian. Gunakan tabel kode yang berlaku untuk desain.
| Sifat | T11 Tipikal (dinormalisasi & dipanaskan) | T22 Tipikal (dinormalisasi & dipanaskan) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | ~420 – 560 MPa | ~450 – 620 MPa |
| Kekuatan luluh (0.2% offset, MPa) | ~240 – 360 MPa | ~300 – 420 MPa |
| Peregangan (%) | ~20 – 25% | ~18 – 22% |
| Ketangguhan impak (Charpy V, suhu ruangan) | Sedang; tergantung pada perlakuan panas | Sedang; sering sedikit lebih rendah dari T11 jika karbon/kekuatan pengerasan lebih tinggi |
| Kekerasan (HB) | ~150 – 220 HB | ~160 – 240 HB |
Interpretasi: - T22 umumnya menawarkan kekuatan luluh dan tarik yang lebih tinggi, terutama pada suhu tinggi, karena kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi yang meningkatkan kekuatan creep. - T11 mungkin memberikan ductility yang sedikit lebih baik dan dapat lebih mudah memenuhi persyaratan ketangguhan untuk beberapa geometri, karena kandungan paduan yang lebih rendah dan kemampuan pengerasan yang lebih rendah. - Perbedaan ketangguhan suhu ruangan adalah moderat dalam material yang diproses dengan benar; keuntungan layanan utama untuk T22 adalah retensi kekuatan pada suhu (ketahanan creep).
5. Kemampuan Pengelasan
Pertimbangan kemampuan pengelasan berputar di sekitar kandungan karbon, kemampuan pengerasan secara keseluruhan (Cr + Mo + paduan lainnya), dan kebutuhan untuk pemanasan awal/PWHT.
- Kekerasan dan pembentukan martensit di zona yang terpengaruh panas meningkat dengan paduan dan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi; dengan demikian, Cr dan Mo yang lebih tinggi pada T22 meningkatkan risiko pengerasan HAZ dan retak dingin yang diinduksi hidrogen jika kontrol pengelasan tidak memadai.
- Indeks kemampuan pengelasan umum yang berguna untuk interpretasi kualitatif:
- Setara karbon (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (indeks yang lebih konservatif):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretasi (kualitatif): CE atau Pcm yang lebih tinggi menunjukkan lebih banyak pemanasan awal, pendinginan yang lebih lambat, dan sering kali PWHT yang wajib untuk menghindari mikrostruktur HAZ yang rapuh. T22 biasanya akan memiliki CE yang lebih tinggi daripada T11 pada karbon yang sama, menunjukkan prosedur pengelasan yang lebih ketat.
- Praktik yang direkomendasikan: kontrol hidrogen dalam bahan pengelasan, terapkan pemanasan awal yang sesuai, dan lakukan PWHT sesuai kode dan lembar data material — PWHT yang lebih ketat biasanya ditentukan untuk T22 untuk memenuhi kinerja creep dan persyaratan ketangguhan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik T11 maupun T22 adalah baja paduan non-tahan karat dan tidak memberikan ketahanan signifikan terhadap korosi basah atau lingkungan agresif hanya dengan kimia.
- Perlindungan tipikal: pengecatan, primer, pelapis suhu tinggi, atau pelapis metalurgi di mana sesuai. Untuk layanan luar ruangan/atmosfer, galvanisasi dapat digunakan untuk beberapa komponen tetapi jarang untuk tabung suhu tinggi.
- Untuk oksidasi suhu tinggi (uap/pe furnace), skala oksida permukaan terbentuk; paduan (Cr) meningkatkan adhesi skala dan ketahanan oksidasi suhu tinggi — di sini T22 mendapat manfaat dari kandungan Cr yang lebih tinggi.
- Indeks korosi tahan karat seperti PREN tidak berlaku untuk baja paduan rendah ini: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini ditujukan untuk baja tahan karat dan tidak secara berarti menggambarkan perilaku korosi baja ferritik Cr-Mo.
7. Fabrikasi, Kemudahan Mesin, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan mesin: Kedua kelas dapat diproses dengan baik ketika dinormalisasi dan dipanaskan; T22 dapat sedikit lebih sulit karena kandungan paduan yang lebih tinggi dan dispersi karbida yang lebih kuat.
- Kemudahan pembentukan dan pembengkokan dingin: T11 yang lebih rendah paduan umumnya lebih toleran dalam operasi pembengkokan dan pembentukan; T22 mungkin memerlukan kontrol radius bengkok yang lebih ketat atau pembentukan suhu tinggi untuk menghindari retak di bagian yang lebih tebal.
- Penyelesaian permukaan: Penggilingan, pemolesan, dan pengujian non-destruktif adalah standar; untuk pengelasan dan fabrikasi, kontrol di pabrik untuk hidrogen dan PWHT lebih sering diterapkan pada T22.
8. Aplikasi Tipikal
| SA213 T11 – Penggunaan Tipikal | SA213 T22 – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Tabung superheater dan reheater ekonomis untuk sirkuit uap suhu rendah, pemanas air umpan, dan tabung boiler umum di mana kekuatan suhu sedang sudah cukup | Tabung superheater, pipa uap, dan header di pembangkit listrik, pipa proses suhu tinggi petrokimia, dan komponen di mana kekuatan creep yang lebih tinggi dan umur lebih lama pada suhu tinggi diperlukan |
| Tabung penukar panas ekonomis untuk suhu sedang | Bagian tekanan suhu tinggi kritis dan pipa yang memerlukan tegangan yang diizinkan lebih tinggi pada suhu |
| Bagian pengganti dalam sistem yang awalnya dirancang untuk layanan 1–1.25% Cr di mana kemampuan pengelasan dan kontrol biaya penting | Desain baru di mana umur layanan yang lebih lama, tegangan yang diizinkan lebih tinggi pada suhu, atau ketebalan dinding yang lebih rendah untuk penghematan berat/ruang diinginkan |
Rasional pemilihan: - Pilih T11 ketika suhu layanan dan tegangan sedang dan ketika biaya yang lebih rendah, fabrikasi yang lebih mudah, dan kontrol pengelasan/PWHT yang lebih sederhana menjadi prioritas. - Pilih T22 ketika kekuatan creep yang lebih tinggi dan stabilitas oksidasi/skala pada suhu tinggi diperlukan dan ketika umur lebih lama atau tegangan yang diizinkan lebih tinggi pada suhu membenarkan biaya material yang lebih tinggi dan kontrol fabrikasi yang lebih ketat.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: T22 biasanya lebih mahal daripada T11 karena kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi; Mo sangat mahal dan berkontribusi secara tidak proporsional terhadap harga.
- Ketersediaan: Kedua kelas tersedia secara luas dalam bentuk tabung dan pipa, tetapi waktu tunggu dan volatilitas biaya dapat dipengaruhi oleh permintaan paduan (ketersediaan Mo). Ukuran tabung standar dan ketebalan dinding umum tersedia dengan baik oleh pemasok utama; ukuran khusus mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama.
- Bentuk produk: tabung tanpa sambungan dan yang dilas, pipa, fitting, dan flens adalah umum; ketersediaan dalam pelat dan forging bervariasi dengan permintaan pasar.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | SA213 T11 | SA213 T22 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Lebih baik (kemampuan pengerasan lebih rendah) | Lebih menuntut (kemampuan pengerasan lebih tinggi; PWHT lebih ketat) |
| Keseimbangan Kekuatan – Ketangguhan | Baik pada suhu ruangan & sedang | Kekuatan suhu tinggi / ketahanan creep yang unggul |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Kesimpulan: - Pilih SA213 T11 jika: desain Anda beroperasi pada suhu uap atau proses sedang di mana ketahanan creep yang luar biasa tidak diperlukan, Anda memprioritaskan biaya material yang lebih rendah, kontrol pengelasan dan fabrikasi yang lebih sederhana, dan Anda memerlukan ductility dan ketangguhan yang baik dalam layanan. - Pilih SA213 T22 jika: aplikasi melibatkan suhu uap yang lebih tinggi atau tegangan yang berkelanjutan di mana ketahanan creep dan kekuatan yang dipertahankan pada suhu sangat penting, Anda menerima biaya material yang lebih tinggi dan prosedur pengelasan/PWHT yang lebih ketat, dan Anda memerlukan umur layanan yang lebih lama atau tegangan yang diizinkan lebih tinggi pada suhu.
Rekomendasi akhir: dasar pemilihan pada suhu maksimum operasi proyek dan tegangan (persyaratan umur creep), kemampuan prosedur pengelasan (pemanasan awal/PWHT), dan analisis biaya siklus hidup. Ketika ragu, konsultasikan tabel material ASME/ASTM yang berlaku dan lakukan tinjauan desain yang mencakup tegangan yang diizinkan pada suhu layanan yang dimaksud dan kualifikasi prosedur pengelasan.