SA387 11CL2 vs 22CL2 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SA‑387 (juga dirujuk sebagai ASTM A387) adalah keluarga baja paduan rendah kromium‑molybdenum untuk bagian yang menahan tekanan dalam layanan suhu tinggi. Insinyur dan tim pengadaan sering mempertimbangkan tradeoff antara dua anggota yang umum ditentukan: 11CL2 (sering disebut tipe P11) dan 22CL2 (sering disebut tipe P22). Konteks keputusan yang umum termasuk memilih paduan minimum untuk kekuatan creep yang dapat diterima pada suhu, menyeimbangkan kemampuan las dan tuntutan perlakuan panas pasca-las, atau mengoptimalkan biaya pengadaan versus kinerja siklus hidup.
Perbedaan praktis utama antara kelas ini adalah kandungan paduan mereka yang ditargetkan untuk kekuatan suhu tinggi dan ketahanan creep: komposisi 22CL2 yang lebih tinggi kromium dan molybdenum memberikan kekuatan dan kemampuan creep yang lebih besar pada suhu tinggi, sementara 11CL2 menawarkan kandungan paduan yang lebih rendah yang meningkatkan kemampuan las dan mengurangi biaya material. Karena keduanya dirancang untuk aplikasi tekanan suhu tinggi, mereka sering dibandingkan ketika desainer memilih material untuk boiler, penukar panas, pipa, dan bejana tekan yang beroperasi di rentang suhu yang serupa.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar utama:
- ASTM/ASME: SA‑387 / A387 (Kelas 11, 22; Kelas 1, 2, dll.)
- EN: Penunjukan setara sering jatuh ke dalam P‑grades (misalnya, P11 / P22) atau setara EN 10222/10028 tergantung pada bentuk produk.
- JIS/GB: Standar nasional dapat menentukan baja Cr‑Mo yang sebanding dengan kode kelas yang berbeda.
- Jenis material:
- Kedua SA387 11CL2 dan 22CL2 adalah baja paduan rendah, kromium‑molybdenum yang ditujukan untuk layanan suhu tinggi. Mereka bukan baja tahan karat dan bukan HSLA dalam arti baja struktural berkekuatan tinggi yang mikro-paduan; mereka adalah paduan bejana tekan yang tahan panas dengan penambahan Cr dan Mo yang disengaja.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini memberikan rentang tipikal yang representatif (wt%) yang ditemui dalam spesifikasi SA‑387/A387 Kelas 11 Kelas 2 dan Kelas 22 Kelas 2 atau praktik umum pabrik. Kimia kontraktual yang tepat harus selalu diambil dari sertifikat pabrik atau edisi standar yang berlaku.
| Elemen | 11CL2 (wt% representatif) | 22CL2 (wt% representatif) |
|---|---|---|
| C | 0.06 – 0.15 | 0.05 – 0.15 |
| Mn | 0.30 – 0.60 | 0.30 – 0.60 |
| Si | 0.08 – 0.35 | 0.08 – 0.35 |
| P (maks) | ≤ 0.025 | ≤ 0.025 |
| S (maks) | ≤ 0.025 | ≤ 0.025 |
| Cr | 0.90 – 1.35 | 2.00 – 2.60 |
| Ni (maks) | ≤ 0.40 | ≤ 0.40 |
| Mo | 0.44 – 0.65 | 0.80 – 1.15 |
| V | biasanya rendah / jejak | biasanya rendah / jejak |
| Nb, Ti, B, N | jejak / terkontrol | jejak / terkontrol |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kromium (Cr) meningkatkan ketahanan oksidasi dan kekuatan suhu tinggi serta berkontribusi pada kemampuan pengerasan. - Molybdenum (Mo) meningkatkan kekuatan creep dan menstabilkan karbida pada suhu tinggi; Mo juga mendorong kemampuan pengerasan. - Karbon meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan las dan ketangguhan jika berlebihan; kedua kelas mempertahankan karbon rendah untuk menyeimbangkan ketangguhan suhu ruangan dan kemampuan las. - Mangan dan silikon adalah deoksidator dan berkontribusi pada kekuatan. - Elemen mikro-paduan jejak (V, Nb, Ti) ketika hadir dalam jumlah kecil mempengaruhi kontrol ukuran butir dan penguatan presipitasi, tetapi kelas SA‑387 terutama diperkuat oleh kimia Cr/Mo dan perlakuan panas.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Proses dan mikrostruktur tipikal: - Digeser atau dinormalisasi dan dikeraskan, kedua kelas mengembangkan mikrostruktur martensit/bainit yang dikeraskan tergantung pada laju pendinginan dan kandungan paduan. - 11CL2 (Cr/Mo lebih rendah): cenderung berubah pada suhu yang lebih tinggi dan menunjukkan karbida yang sedikit lebih kasar setelah dikeraskan dibandingkan dengan 22CL2; mikrostruktur cukup untuk layanan creep sedang. - 22CL2 (Cr/Mo lebih tinggi): menunjukkan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi dan membentuk distribusi karbida yang lebih halus yang lebih efektif dalam menahan creep dan pelunakan pada suhu tinggi.
Pengaruh perlakuan panas: - Normalisasi dan pengerasan (rute umum): memperhalus ukuran butir dan menghasilkan campuran martensit/bainit yang dikeraskan dengan ketangguhan dan keseimbangan kekuatan yang lebih baik. - Pendinginan dan pengerasan: dapat digunakan untuk kebutuhan kekuatan yang lebih tinggi, tetapi kedua kelas biasanya digunakan dalam kondisi dinormalisasi/dikeraskan untuk layanan bejana tekan. - Pemrosesan termo‑mekanis (penggulungan terkontrol): dapat meningkatkan kekuatan hasil dan ketangguhan melalui perbaikan butir dan kontrol presipitasi; lebih efektif di 22CL2 karena paduan tetapi memerlukan kontrol proses yang ketat. - Perlakuan panas pasca-las (PWHT): diperlukan untuk banyak aplikasi tekanan untuk mengeraskan zona yang terpengaruh panas dan mengembalikan ketangguhan; jadwal PWHT tergantung pada ketebalan, kode desain, dan kandungan paduan.
4. Sifat Mekanik
Tabel berikut memberikan perbandingan kualitatif dari karakteristik kinerja mekanik umum di bawah kondisi perlakuan panas standar (dinormalisasi dan dikeraskan). Nilai absolut tergantung pada ketebalan, kimia yang tepat, dan perlakuan panas; konsultasikan sertifikat material dan kode desain untuk angka minimum yang dijamin.
| Sifat | 11CL2 | 22CL2 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (perilaku tipikal) | Sedang | Lebih tinggi (ditingkatkan pada suhu tinggi) |
| Kekuatan hasil | Sedang | Lebih tinggi |
| Peregangan (duktilitas) | Sedikit lebih tinggi (duktilitas suhu ruangan yang lebih baik) | Sedikit lebih rendah (tradeoff untuk kekuatan) |
| Ketangguhan impak (suhu ruangan, dikeraskan) | Baik, tergantung pada perlakuan panas | Baik, dapat sebanding jika diperlakukan dengan benar tetapi memerlukan kontrol |
| Kekerasan (dikeraskan) | Sedang | Lebih tinggi dalam kondisi perlakuan panas yang serupa |
Mengapa perbedaan ini terjadi: - Kromium dan Mo yang lebih tinggi di 22CL2 meningkatkan kemampuan pengerasan dan presipitasi karbida stabil yang mempertahankan kekuatan pada suhu. Ini meningkatkan kekuatan tarik dan kekuatan hasil, terutama dalam rezim creep, dengan biaya pengurangan moderat dalam duktilitas kecuali perlakuan panas dan pengerasan dioptimalkan. - Kandungan paduan yang lebih rendah pada 11CL2 menghasilkan kemampuan las yang sedikit lebih baik dan sering kali peregangan yang lebih tinggi yang diukur pada suhu ruangan.
5. Kemampuan Las
Faktor kunci kemampuan las: - Setara karbon dan kemampuan pengerasan mengatur kerentanan terhadap retak dingin dan kebutuhan untuk pemanasan awal dan PWHT. - Kandungan paduan (Cr, Mo) meningkatkan kemampuan pengerasan; sehingga 22CL2 biasanya memerlukan praktik pemanasan awal dan PWHT yang lebih konservatif dibandingkan 11CL2 untuk ketebalan yang setara.
Rumus empiris yang berguna (interpretasikan secara kualitatif; tidak ada perhitungan numerik yang diberikan): - Institut Internasional Pengelasan Setara Karbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Dearden & O'Neill atau Pcm (menyatakan kerentanan 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: - 22CL2 umumnya akan menghasilkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih tinggi dibandingkan 11CL2 karena kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi, yang menyiratkan kontrol pengelasan yang lebih ketat (pemanasan awal, suhu antar las, PWHT). - Kedua kelas dapat dilas dengan prosedur yang sesuai; praktik umum adalah menerapkan pemanasan awal dan PWHT wajib sesuai dengan Kode Boiler & Bejana Tekanan ASME untuk bagian tekanan, dengan suhu dan durasi PWHT dipilih untuk mengurangi stres yang disebabkan oleh hidrogen dan stres residual serta untuk mengeraskan HAZ.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua kelas bukan tahan karat; keduanya rentan terhadap korosi umum dan korosi lokal di lingkungan yang agresif.
- Strategi perlindungan: pengecatan, pelapisan epoksi, pelapisan polimer, dan galvanisasi (tergantung pada suhu desain dan layanan) adalah metode perlindungan permukaan yang umum. Untuk ketahanan oksidasi/scale suhu tinggi, kandungan Cr di 22CL2 menawarkan ketahanan scale yang sedikit lebih baik dibandingkan 11CL2, tetapi keduanya tidak menggantikan baja tahan karat untuk layanan korosif.
- PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja non‑tahan karat ini, namun untuk kelengkapan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Gunakan paduan tahan korosi atau pelapisan/pelapisan ketika serangan kimia atau risiko korosi lokal yang tinggi ada; untuk banyak aplikasi boiler dan uap, masalah korosi ditangani dengan kontrol kimia air daripada mengandalkan ketahanan korosi logam dasar.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: kedua kelas dapat diproses dengan mudah dalam kondisi dinormalisasi/dikeraskan. Kandungan paduan 11CL2 yang sedikit lebih rendah dapat menawarkan kemudahan pemesinan yang sedikit lebih baik; 22CL2 mungkin memerlukan pergantian alat yang lebih sering saat pemesinan dengan kekerasan yang sama.
- Kemudahan pembentukan/penekukan: keduanya dapat dibentuk ketika disuplai dalam kondisi dinormalisasi; jari-jari tekuk minimum dan suhu pembentukan harus mengikuti praktik standar untuk baja Cr‑Mo yang dikeraskan. Kemampuan pengerasan yang lebih tinggi di 22CL2 dapat meningkatkan risiko retak selama pembentukan dingin bagian yang lebih tebal.
- Penyelesaian permukaan: keduanya menerima metode penyelesaian umum (penggilingan, peledakan, pelapisan). Perlakuan panas setelah pembentukan atau pengelasan sering diperlukan untuk memenuhi ketangguhan dan persyaratan stres.
8. Aplikasi Tipikal
| 11CL2 (SA387 Kelas 11 CL2) | 22CL2 (SA387 Kelas 22 CL2) |
|---|---|
| Komponen boiler dan tungku yang beroperasi pada suhu tinggi sedang di mana biaya dan kemampuan las menjadi prioritas | Komponen suhu tinggi (superheater, reheater, header tebal) di mana kekuatan creep yang superior dan stabilitas suhu tinggi jangka panjang diperlukan |
| Shell bejana tekan dan pipa di mana suhu desain lebih rendah dalam envelope layanan | Bagian tekanan untuk bagian yang lebih berat dan layanan suhu tinggi di pembangkit listrik dan unit petrokimia |
| Pipa dan fitting ekonomis di mana PWHT dan kekuatan sedang cukup | Spool suhu tinggi kritis, komponen dinding tebal, dan bagian yang terkena stres berkelanjutan yang lebih tinggi pada suhu |
Rasional pemilihan: - Pilih 11CL2 ketika suhu dan stres operasi berada dalam envelope desain yang aman, dan ketika meminimalkan biaya paduan dan mempermudah fabrikasi/pengelasan diinginkan. - Pilih 22CL2 ketika tuntutan layanan yang diantisipasi (suhu lebih tinggi, stres berkelanjutan lebih tinggi, bagian yang lebih tebal) memerlukan kekuatan creep dan suhu tinggi yang lebih baik.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 22CL2 biasanya lebih tinggi dalam biaya material dibandingkan 11CL2 karena kandungan Cr dan Mo yang lebih besar. Delta bervariasi dengan harga pasar untuk elemen paduan.
- Ketersediaan: Kedua kelas diproduksi secara luas dalam bentuk pelat dan forging untuk peralatan tekanan; ketersediaan berdasarkan bentuk produk (pelat, forging, pipa) dan waktu tunggu tergantung pada jadwal pabrik dan permintaan regional. 11CL2 sering kali lebih umum tersedia dalam berbagai ukuran karena penggunaannya yang lebih luas dalam aplikasi yang sensitif terhadap biaya.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | 11CL2 | 22CL2 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Lebih baik (kemampuan pengerasan lebih rendah) | Lebih menuntut (Cr/Mo lebih tinggi) |
| Keseimbangan Kekuatan – Ketangguhan | Kekuatan sedang; duktilitas baik | Kekuatan suhu tinggi lebih tinggi; ketangguhan baik jika diperlakukan panas |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Kesimpulan dan rekomendasi praktis: - Pilih 11CL2 jika Anda memerlukan baja tekanan Cr‑Mo yang hemat biaya untuk layanan suhu tinggi sedang di mana pengelasan yang lebih mudah dan biaya paduan yang lebih rendah menjadi prioritas, dan di mana stres dan suhu desain berada dalam batas yang diizinkan untuk material Kelas 11. - Pilih 22CL2 jika aplikasi memerlukan ketahanan creep yang lebih baik dan kekuatan berkelanjutan yang lebih tinggi pada suhu tinggi (atau bagian yang lebih tebal di mana kemampuan pengerasan diperlukan), dan Anda dapat mengakomodasi prosedur pengelasan yang lebih ketat dan biaya material yang lebih tinggi.
Catatan akhir: - Selalu verifikasi kimia yang tepat dan sifat mekanik yang dijamin pada sertifikat pabrik untuk lot yang sedang diperoleh. - Ikuti kode desain yang berlaku (ASME Bagian II/Kode Kasus, ASME BPVC, standar EN) untuk stres yang diizinkan, PWHT yang diperlukan, dan pengujian. Pemilihan harus dilakukan dalam konteks suhu operasi, tekanan, umur yang diharapkan, spesifikasi prosedur pengelasan (WPS/PQR), dan rencana inspeksi dalam layanan.