Seamless vs ERW – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin menghadapi pilihan antara pipa dan tabung baja seamless dan ERW (Electric Resistance Welded). Keputusan biasanya menyeimbangkan kebutuhan kinerja seperti kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi terhadap biaya, ketersediaan, dan kebutuhan fabrikasi hilir seperti pengelasan dan pembentukan. Untuk kondisi layanan yang melibatkan tekanan internal tinggi, ketangguhan dampak suhu rendah, atau toleransi dimensi yang ketat, satu solusi mungkin lebih disukai; untuk aplikasi distribusi atau struktural berdiameter besar dengan biaya lebih rendah, yang lain sering mendominasi.

Di balik perbandingan ini terdapat perbedaan dalam cara tabung dibuat dan bagaimana jalur manufaktur tersebut mempengaruhi sifat material dan perilaku las. Perbedaan ini mempengaruhi mikrostruktur, respons perlakuan panas, integritas sambungan las, dan batas praktis dari pemrosesan pasca.

1. Standar dan Penunjukan

Standar dan penunjukan umum yang akan Anda temui untuk baja seamless dan ERW meliputi:

• ASTM / ASME (Amerika Serikat): misalnya, spesifikasi ASTM A106, A179, A192, API 5L untuk pipa saluran; ASME SA-106, SA-179.
• EN (Eropa): EN 10216 (seamless), EN 10217 (welded), EN 10210/10219 untuk bagian berongga struktural.
• JIS (Jepang): JIS G3452 (pipa baja seamless untuk boiler), JIS G3461 (ERW).
• GB (Cina): GB/T 8162 (tabung baja karbon seamless untuk struktur umum), GB/T 3091 (ERW).

Klasifikasi berdasarkan jenis material: - Baja karbon: umum untuk baik seamless maupun ERW. - Paduan dan HSLA: tersedia dalam kedua bentuk; kelas HSLA dan mikro paduan sering kali seamless tetapi juga diproduksi sebagai ERW. - Baja tahan karat: diproduksi sebagai baik seamless maupun welded (termasuk variasi ERW dan TIG-welded). - Baja alat: jarang diproduksi sebagai pipa; dikecualikan dari spesifikasi tabung yang umum.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Komposisi tabung atau pipa ditentukan oleh kelas (karbon, HSLA, paduan, tahan karat) daripada oleh metode pembentukan. Namun, filosofi kontrol yang umum berbeda: produsen seamless sering menargetkan kontrol komposisi yang lebih ketat untuk layanan tekanan atau suhu rendah yang menuntut, sementara produsen ERW mungkin mengoptimalkan kimia untuk kemampuan bentuk dan kelas pada skala.

Elemen	Seamless (kontrol tipikal)	ERW (kontrol tipikal)	Peran dalam sifat
C (Karbon)	Dikendalikan untuk memenuhi kekuatan/kekerasan	Dikendalikan untuk kekuatan dan kelas	Pemutus utama kekuatan/kekerasan
Mn (Mangan)	Ada pada tingkat penguatan dan deoksidasi	Ada; sering sedikit lebih tinggi untuk deoksidasi pada produk las	Penguatan larutan padat; mempengaruhi kekerasan
Si (Silikon)	Deoksidator; terbatas pada kelas suhu rendah	Deoksidator; dikendalikan untuk kualitas sambungan las	Deoksidator; mempengaruhi kekuatan dan pembentukan skala
P (Fosfor)	Dijaga rendah untuk ketangguhan	Terbatas untuk duktilitas dan kelas	Risiko embrittlement jika tinggi
S (Belerang)	Dijaga rendah; MnS dikendalikan	Dikendalikan; mungkin lebih tinggi pada kelas pemrosesan bebas	Mempengaruhi kemampuan mesin dan dapat mengurangi ketangguhan
Cr (Krom)	Paduan untuk kekuatan/korosi pada baja paduan	Digunakan dalam kelas ERW paduan untuk kekuatan	Meningkatkan kekerasan dan ketahanan korosi
Ni (Nikel)	Ditambahkan untuk ketangguhan dan layanan suhu rendah	Digunakan secara selektif untuk ketangguhan/ketahanan	Meningkatkan ketangguhan dan ketahanan korosi
Mo (Molybdenum)	Digunakan untuk kekerasan dan kekuatan suhu tinggi	Peran serupa dalam kelas ERW paduan	Meningkatkan ketahanan creep dan kekuatan
V, Nb, Ti (Mikropaduan)	Umum dalam HSLA/seamless untuk pemurnian butir	Digunakan dalam kelas HSLA ERW tetapi mungkin dioptimalkan untuk pemrosesan pabrik	Pemurnian butir, penguatan presipitasi
B (Boron)	Penambahan jejak untuk kekerasan dalam kelas yang dikuatkan	Terkadang digunakan dalam kelas yang diperlakukan panas	Peningkat kekerasan yang kuat pada tingkat ppm
N (Nitrogen)	Dikendalikan, terutama dalam kelas tahan karat	Dikendalikan untuk pembentukan/pengelasan	Mestabilkan austenit dalam tahan karat; mempengaruhi korosi

Penjelasan: Elemen paduan dipilih untuk mencapai keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, kekerasan, dan kinerja korosi. Elemen mikropaduan (V, Nb, Ti) memperhalus ukuran butir dan memungkinkan kekuatan yang lebih tinggi tanpa mengorbankan duktilitas saat pemrosesan termomekanik atau penggulungan terkontrol digunakan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Tabung seamless dan ERW dapat dimulai dari baja dasar yang serupa, tetapi mikrostruktur yang dihasilkan berbeda karena pembentukan dan sejarah termal.

• Tabung seamless: Diproduksi dengan menusuk dan memperpanjang billet padat atau dengan menusuk dan menggulung secara rotari. Proses ini membuat material mengalami deformasi plastis yang signifikan dan siklus rekristalisasi suhu tinggi, sering kali menghasilkan mikrostruktur yang relatif seragam melalui ketebalan dinding. Untuk kelas karbon dan HSLA, struktur yang dihasilkan biasanya ferrit–pearlit untuk kelas dengan kekuatan lebih rendah; untuk kelas yang dikuatkan dan dipanaskan, martensit/martensit yang dipanaskan dapat diperoleh setelah perlakuan panas yang sesuai.
• Tabung ERW: Diproduksi dengan membentuk strip/plat datar dan menyambungkan tepi-tepinya dengan pengelasan resistensi listrik. Sambungan las mengalami pemanasan lokal dan pendinginan cepat, menghasilkan zona terpengaruh panas (HAZ) yang berbeda dan logam las dengan mikrostruktur yang tergantung pada energi pengelasan dan kimia. Kimia koil yang tepat dan parameter las diatur untuk meminimalkan perbedaan sifat sambungan dibandingkan dengan logam induk.

Respons perlakuan panas: - Normalisasi/pemurnian: Baik seamless maupun ERW mendapatkan manfaat dari normalisasi untuk menghomogenkan mikrostruktur. Tabung seamless umumnya merespons secara seragam; sambungan ERW memerlukan perhatian pada HAZ untuk menghindari puncak kekerasan yang tidak diinginkan. - Quench & temper: Digunakan untuk kelas kekuatan tinggi; baja seamless mikropaduan dengan kimia yang terkontrol sering menunjukkan respons yang sangat baik. Dalam ERW, metalurgi sambungan harus kompatibel dengan siklus quench dan temper (yaitu, kimia logam las dan HAZ harus mencapai mikrostruktur target tanpa overhardening). - Pemrosesan termomekanik: Lebih umum dan dapat dikendalikan dalam produksi seamless, memungkinkan baja HSLA berbutir halus dan kekuatan tinggi dengan ketangguhan yang baik.

4. Sifat Mekanis

Sifat tergantung pada kelas, perlakuan panas, dan kontrol manufaktur. Tabel di bawah ini membandingkan atribut mekanis tipikal secara kualitatif.

Sifat	Seamless	ERW	Catatan
Kekuatan Tarik	Tinggi, seragam melalui dinding	Sebanding dalam logam induk; sambungan mungkin bervariasi	Integritas sambungan mempengaruhi kinerja tarik lokal
Kekuatan Luluh	Tinggi dengan keseragaman yang baik	Sebanding; beberapa pelunakan atau pengerasan sambungan mungkin terjadi	Mikropaduan dan kontrol perlakuan panas mengatur kekuatan luluh
Peregangan (duktilitas)	Konsisten melalui bagian	Baik dalam logam induk; zona sambungan mungkin mengurangi duktilitas lokal	Kualitas sambungan dan kontrol HAZ sangat penting
Ketangguhan Dampak	Sering kali lebih unggul, terutama untuk kelas suhu rendah	Baik jika ditentukan; HAZ bisa menjadi perhatian	Seamless biasanya pilihan untuk layanan suhu rendah yang kritis
Kekerasan	Seragam saat diperlakukan panas	Kemungkinan gradien kekerasan pada sambungan/HAZ	Perlakuan panas harus memperhitungkan metalurgi sambungan

Mana yang lebih kuat/lebih tangguh/duktil: Tidak ada bentuk yang secara inheren lebih kuat; kelas material dan perlakuan panas menentukan kekuatan. Produksi seamless dapat menghasilkan sifat yang lebih seragam melalui ketebalan dan sering kali ditentukan ketika ketangguhan maksimum, keseragaman, dan kemampuan tekanan tinggi diperlukan. ERW dapat mencapai sifat logam induk yang setara tetapi memerlukan kontrol proses yang ketat pada las.

5. Kelayakan Las

Kelayakan las adalah pertimbangan utama dan diatur oleh ekuivalen karbon dan keberadaan elemen paduan atau mikropaduan. Dua indeks umum yang berguna untuk penilaian kualitatif:

• Institut Internasional Pengelasan ekuivalen karbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (untuk kerentanan retak dingin): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi: - Nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah berkorelasi dengan kelayakan las yang lebih mudah dan risiko yang lebih rendah dari pengerasan HAZ dan retak dingin. Tabung seamless yang dimaksudkan untuk layanan kekuatan tinggi atau yang dikuatkan dan dipanaskan mungkin memiliki kekerasan yang lebih tinggi dan oleh karena itu memerlukan prosedur pemanasan/pemanasan ulang atau pengelasan yang terkontrol. - Produk ERW sering dioptimalkan untuk kelayakan las selama produksi strip (kimia dan kondisi penggulungan dipilih untuk meminimalkan kekerasan pada sambungan). Namun, sambungan dan HAZ adalah zona lokal di mana perbaikan pengelasan atau pengelasan lebih lanjut harus mempertimbangkan perbedaan potensial dalam kimia dan mikrostruktur. - Untuk baja tahan karat, pertimbangan kelayakan las mencakup sensitisasi dan kandungan nitrogen; untuk duplex atau super duplex, PREN dan keseimbangan fase mengatur praktik pengelasan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

Baja non-tahan karat: - Baik baja karbon/HSLA seamless maupun ERW memerlukan pelapisan pelindung untuk aplikasi yang rentan terhadap korosi: galvanisasi celup panas, epoxy yang terikat dengan fusi, sistem cat, atau pelapisan internal. Strategi pelapisan didorong oleh lingkungan dan umur layanan daripada metode pembuatan tabung, meskipun geometri sambungan dapat mempengaruhi keseragaman dan daya rekat pelapisan.

Baja tahan karat: - Untuk kelas tahan karat, ketahanan korosi adalah fungsi dari komposisi paduan. Angka ekuivalen ketahanan pitting (PREN) berguna untuk paduan austenitik/duplex: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - PREN tidak berlaku untuk baja karbon biasa. Saat menentukan ERW atau seamless tahan karat, kontrol nitrogen dan molybdenum sangat penting untuk mencapai PREN target dan kinerja layanan.

Klarifikasi: Di mana sambungan las ada, penyelesaian permukaan dan pembersihan pasca-las (passivation untuk tahan karat) penting untuk mengembalikan ketahanan korosi di sambungan.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk

• Memotong: Kedua bentuk dipotong dengan pemotongan standar, api, atau proses plasma. Sambungan ERW dapat memerlukan pemangkasan tambahan jika bead las atau flash internal ada.
• Pembengkokan/pembentukan: Tabung seamless umumnya mentolerir pembentukan dan pembengkokan dengan distorsi lokal yang lebih sedikit karena sifat dinding yang seragam. Tabung ERW mungkin menunjukkan perbedaan pembukaan sambungan atau kekakuan lokal; perencanaan proses harus memperhitungkan orientasi sambungan relatif terhadap bengkokan.
• Kemampuan mesin: Tingkat sulfur yang terkontrol meningkatkan kemampuan mesin; ini independen dari produksi tabung. Tabung seamless mikropaduan berkekuatan tinggi dapat kurang dapat diproses karena kekuatan yang lebih tinggi dan pengerasan kerja.
• Penyelesaian: Penggilingan atau pemrosesan sambungan ERW mungkin diperlukan untuk aplikasi yang memerlukan permukaan internal yang halus (misalnya, saluran hidrolik) atau ketika pengujian non-destruktif mengungkapkan anomali sambungan.

8. Aplikasi Tipikal

Seamless	ERW
Boiler tekanan tinggi, pipa pembangkit listrik, layanan tekanan tinggi minyak dan gas, layanan suhu rendah di mana ketangguhan seragam sangat penting	Pipa distribusi air dan gas, pipa struktural, pipa sasis otomotif, aplikasi mekanis umum
Pipa penukar panas dan pipa proses dengan integritas tinggi	Pipa saluran berdiameter besar di mana biaya dan kecepatan produksi adalah prioritas
Komponen lubang dalam dan aplikasi hidrolik yang memerlukan sifat arah	Aplikasi di mana panjang jalur yang panjang dan biaya unit yang lebih rendah penting

Rasional pemilihan: Pilih seamless untuk aplikasi yang menuntut keseragaman melalui ketebalan, peringkat tekanan tinggi, dan ketangguhan kritis (suhu rendah atau layanan asam). Pilih ERW untuk aplikasi sensitif biaya, volume tinggi, berdiameter besar di mana integritas sambungan dapat dikendalikan dan sifat yang diperlukan berada dalam kemampuan spesifikasi produk las.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Produk ERW biasanya lebih murah per ton dan tersedia dalam panjang yang panjang dan kontinu karena produksinya berbasis koil dan throughput tinggi. Produk seamless biasanya memiliki harga premium karena pemrosesan billet yang lebih kompleks dan throughput yang lebih rendah.
• Ketersediaan: ERW memiliki ketersediaan luas untuk ukuran dan kelas standar; ketersediaan seamless dapat dibatasi untuk kelas khusus, diameter besar, atau ukuran toleransi ketat dan mungkin melibatkan waktu tunggu yang lebih lama.

Pertimbangan bentuk produk: Untuk pipa tekanan tinggi atau bersertifikat, seamless biasanya tersedia dalam kelas yang ditentukan; untuk pipa struktural volume dan pipa saluran, ERW mendominasi pasar karena faktor ekonomi.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Aspek	Seamless	ERW
Kelayakan Las	Baik logam induk; tidak ada sambungan tetapi pengelasan akan eksternal/intermiten	Dirancang untuk sambungan las; pengelasan tambahan memerlukan perhatian pada HAZ/metalurgi sambungan
Kekuatan–Ketangguhan	Keseragaman tinggi; ketangguhan suhu rendah yang sangat baik dengan kelas yang sesuai	Sebanding dalam logam induk; sambungan/HAZ dapat menjadi faktor pembatas
Biaya	Lebih tinggi	Lebih rendah

Kesimpulan: - Pilih Seamless jika Anda memerlukan sifat seragam melalui dinding, penahanan tekanan kritis, ketangguhan suhu rendah yang unggul, atau jika aplikasi melibatkan kode ketat di mana integritas sambungan menjadi disqualifier. - Pilih ERW jika biaya, panjang kontinu yang panjang, dan ketersediaan dalam ukuran standar adalah pendorong utama, dan jika desain dan rezim inspeksi memperhitungkan sambungan las (yaitu, kelas dan kontrol proses memastikan sambungan memenuhi standar mekanis dan NDT yang diperlukan).

Catatan akhir: Praktik terbaik adalah menentukan persyaratan kinerja (tarik, dampak pada suhu, batas kekerasan, kriteria penerimaan pengujian non-destruktif, dan persyaratan perlakuan panas) daripada hanya menyebut "seamless" atau "ERW." Ini memungkinkan pemasok untuk mengusulkan jalur manufaktur yang paling ekonomis yang memenuhi kebutuhan teknik.