T91 vs P91 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

T91 dan P91 adalah dua nama yang sering dijumpai oleh insinyur yang menentukan bahan untuk aplikasi pembangkit listrik suhu tinggi dan uap industri. Keduanya merujuk pada keluarga baja tahan panas martensitik/ferritik kelas 9Cr–1Mo yang digunakan untuk bagian tekanan yang beroperasi pada suhu tinggi; namun, penunjukan dan implikasi pengadaan berbeda. Insinyur yang memutuskan antara keduanya biasanya menyeimbangkan faktor-faktor seperti bentuk produk yang dimaksud (tabung vs pipa), kode atau standar yang berlaku, kualifikasi prosedur pengelasan, dan ketersediaan rantai pasokan regional.

Perbedaan praktis utama adalah yang didorong oleh standar dan bentuk produk: “T91” biasanya digunakan dalam spesifikasi tabung (misalnya, ASME SA‑213), sementara “P91” muncul dalam spesifikasi pipa (misalnya, ASME SA‑335) dan dalam beberapa skema penamaan regional. Secara metalurgi, keduanya pada dasarnya adalah grade 9Cr–1Mo–V–Nb yang sama, dan inilah sebabnya mengapa mereka sering dibandingkan atau diperlakukan secara bergantian dalam desain dan pengadaan.

1. Standar dan Penunjukan

• ASTM/ASME:
• ASME SA‑213 T91 — tabung boiler, superheater, dan penukar panas dari baja paduan ferritik tanpa sambungan.
• ASME SA‑335 P91 — pipa baja paduan ferritik tanpa sambungan untuk layanan suhu tinggi.
• EN / Eropa:
• EN 10216‑2 / EN 10222 grade sering dicatat sebagai X10CrWMoVNb9‑2 (material No. 1.4903) — penunjukan Eropa untuk baja 9Cr yang sebanding.
• JIS (Jepang) / GB (Cina):
• Tidak ada satu setara JIS langsung; standar Jepang mungkin mencantumkan baja 9Cr serupa tetapi berbeda dalam batasan kimia dan praktik perlakuan panas.
• Standar GB Cina menyediakan grade 9Cr–1MoV yang sebanding; penunjukan lokal dan batasan perlakuan panas dapat bervariasi.
• Klasifikasi: Paduan ini adalah baja tahan panas paduan rendah (bukan stainless) dan dikategorikan dalam praktik sebagai baja ferritik/martensitik tahan creep (gaya HSLA dalam hal strategi penguatan tetapi diformulasikan untuk kekuatan suhu tinggi).

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Keluarga 9Cr–1Mo mencapai keseimbangan antara kekuatan suhu tinggi, ketahanan creep, dan kemampuan pengelasan terutama melalui kromium untuk ketahanan oksidasi dan ketahanan temper, molibdenum untuk kekuatan creep dan penguatan larutan padat, serta mikro-paduan dengan V/Nb untuk menstabilkan karbida dan mengontrol pertumbuhan butir. Rentang komposisi tipikal mengikuti praktik industri:

Bagaimana strategi paduan mempengaruhi kinerja: - Cr (8–9.5%) meningkatkan ketahanan oksidasi dan berkontribusi pada stabilitas temper dan kemampuan pengerasan. - Mo (≈1%) meningkatkan kekuatan creep dan menghambat pemulihan; penting untuk sifat suhu tinggi jangka panjang. - V dan Nb membentuk karbida dan karbonitrida yang mengikat mikrostruktur dan menghambat pertumbuhan butir selama paparan suhu tinggi, meningkatkan umur patah creep. - C yang terkontrol diperlukan untuk kekuatan melalui transformasi martensitik dan pembentukan karbida; dijaga cukup rendah untuk mempertahankan kemampuan pengelasan yang dapat diterima. - B kecil meningkatkan sifat creep pada beberapa panas, sementara N dan Ti/Nb mengontrol kimia presipitasi.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur dan pemrosesan tipikal: - Sebagai-normalisasi: mikrostruktur martensitik yang ditempa dihasilkan setelah austenitisasi (normalisasi) diikuti oleh pendinginan terkontrol dan temper. Mikrostruktur terdiri dari lath martensit yang ditempa, dengan karbida M23C6 yang terdispersi dan karbonitrida MX (V/Nb) yang halus. - Normalisasi + temper: rute standar untuk mengembangkan kombinasi kekuatan dan ketangguhan yang khas. Normalisasi melarutkan fase yang merugikan dan mengatur ulang struktur butir; temper mengoptimalkan kekuatan/ketangguhan dan menstabilkan karbida. - Pendekatan pendinginan & temper: mirip dengan normalisasi/tempering untuk baja paduan rendah ini; tingkat pendinginan dikontrol untuk menghindari austenit yang tertahan berlebihan. - Pemrosesan termo-mekanis (TMT): jadwal penggulungan dan pendinginan terkontrol dapat memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya dan meningkatkan ketangguhan tanpa mengorbankan kekuatan suhu tinggi. - Perbedaan respons: tidak ada perbedaan metalurgi intrinsik antara T91 dan P91 — perbedaan dalam sifat berasal dari suhu/waktu perlakuan panas yang tepat dan sejarah termo-mekanis yang ditentukan oleh standar produk. Perlakuan panas pasca pengelasan yang tepat (PWHT) sangat penting untuk mengembalikan temper dan mengurangi tegangan sisa.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik bervariasi berdasarkan bentuk produk, perlakuan panas, dan produsen. Rentang tipikal untuk bagian yang dinormalisasi dan ditempa untuk baja 9Cr–1Mo adalah:

Mana yang lebih kuat/lebih tangguh/lebih ulet: - Dalam praktiknya, T91 dan P91 secara metalurgi setara; perbedaan dalam sifat yang diukur disebabkan oleh suhu perlakuan panas, waktu tempering, dan ketebalan bagian. Material yang dinormalisasi dan ditempa dengan baik akan memberikan kekuatan suhu tinggi yang diharapkan dan ketangguhan suhu ruang yang memadai. Bagian yang lebih tebal dan tempering yang tidak memadai menyebabkan kekerasan yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih rendah.

5. Kemampuan Pengelasan

Pertimbangan kemampuan pengelasan berasal dari ekuivalen karbon dan kekerasan tinggi dari Cr, Mo, V, dan mikro-paduan. Indeks umum yang digunakan untuk memprediksi kebutuhan pemanasan awal dan PWHT:

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

• Ekuivalen Pcm untuk memprediksi 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 dan praktik: - CE yang dihitung dan $P_{cm}$ untuk baja 9Cr–1Mo biasanya menunjukkan kekerasan sedang hingga tinggi relatif terhadap baja karbon. Itu menyiratkan prosedur pengelasan yang terkontrol wajib: pemanasan awal, batas suhu antar proses, dan PWHT penuh untuk mengembalikan temper dan meminimalkan martensit lokal dan tegangan sisa. - Baik T91 maupun P91 memerlukan bahan pengelasan yang berkualitas dan PWHT sesuai kode (misalnya, ASME) untuk mencapai ketangguhan yang dapat diterima dan kinerja creep dalam lasan dan zona yang terpengaruh panas. - Karena kimia yang serupa, kemampuan pengelasan pada dasarnya sama untuk T91 dan P91, tetapi spesifikasi prosedur pengelasan harus mengikuti kode produk (tabung vs pipa) dan ketebalan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Ini bukan baja tahan karat; ketahanan korosi terbatas pada peningkatan ketahanan oksidasi pada suhu tinggi karena kandungan Cr. Mereka tidak dimaksudkan untuk lingkungan korosif tanpa perlindungan.
• Perlindungan umum: pengecatan, pelapisan suhu tinggi, lining refraktori, dan dalam beberapa kasus galvanisasi sebelum digunakan (tergantung pada batasan suhu). Untuk aplikasi uap/tenaga, kontrol kimia air/uap internal adalah strategi kontrol korosi yang biasa.
• Rumus PREN (untuk kinerja stainless) tidak berlaku untuk T91/P91, tetapi untuk kelengkapan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — indeks ini berlaku untuk baja tahan karat dan tidak berarti untuk baja ferritik 9Cr–1Mo.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas

• Kemampuan mesin: Kesulitan sedang. Kekuatan yang lebih tinggi dan keberadaan karbida mengurangi kemampuan mesin dibandingkan dengan baja lunak. Gunakan alat tajam, pengaturan kaku, dan kecepatan pemotongan yang sesuai. Alat karbida direkomendasikan untuk pekerjaan produksi.
• Formabilitas: Terbatas; pembentukan dingin yang signifikan tidak dianjurkan. Pekerjaan panas dan penggulungan terkontrol selama pembuatan lebih disukai. Pembengkokan dan pembentukan material yang telah dinormalisasi & ditempa memerlukan kontrol proses yang hati-hati; deformasi lokal dapat menyebabkan retak.
• Penyelesaian: Penggilingan dan perlakuan permukaan adalah standar; input panas selama pengelasan dan pemesinan dapat mengubah temper lokal dan memerlukan PWHT atau temper lokal selanjutnya.

8. Aplikasi Tipikal

Alasan pemilihan: - Pilih penunjukan tabung dan pemasok yang sesuai ketika geometri komponen dan kode memerlukan tabung ASME SA‑213 T91 (misalnya, koil superheater). - Pilih penunjukan pipa ketika menentukan pipa tanpa sambungan/suhu tinggi sesuai ASME SA‑335 P91 untuk jalur pipa uap/tenaga utama. - Dalam kedua kasus, kriteria teknis yang menentukan adalah suhu operasi, stres desain/kebutuhan creep, kemampuan pengelasan/PWHT, dan kepatuhan kode.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Baja 9Cr–1Mo lebih mahal daripada baja karbon umum dan baja 1¼Cr–Mo karena elemen paduan dan kontrol proses yang lebih ketat yang diperlukan. Di antara ini, T91/P91 adalah grade paduan rendah premium.
• Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: Tabung T91 diproduksi secara luas untuk pasar boiler dan penukar panas; ketersediaan pipa P91 kuat di daerah industri utama tetapi waktu pengiriman dapat bervariasi. Pabrik Eropa mungkin menyediakan material setara EN di bawah penunjukan yang berbeda; pengadaan harus menentukan baik persyaratan kimia/perlakuan panas dan standar yang tepat (ASME vs EN) untuk menghindari ketidakcocokan.
• Item dengan waktu pengiriman panjang: pipa P91 tanpa sambungan berdiameter besar atau dinding tebal dan fabrikasi berat mungkin memiliki waktu pengiriman yang lebih lama dan harus direncanakan lebih awal dalam pengadaan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Kesimpulan: - Pilih T91 jika Anda menentukan atau mengadakan tabung (tabung boiler/superheater/penukar panas) dan kode yang mengatur menyebutkan ASME SA‑213 T91 atau bentuk produk tabung setara. Gunakan T91 di mana bentuk produk, toleransi dimensi, dan praktik pembuatan tabung diperlukan. - Pilih P91 jika Anda menentukan pipa tanpa sambungan, fitting, atau bagian tekanan di bawah kode seperti ASME SA‑335 P91, atau jika proses pengadaan dan inspeksi berorientasi pada produk pipa. Gunakan P91 untuk saluran uap utama dan pipa tekanan di mana kode pipa dan kualifikasi prosedur pengelasan ditulis untuk P91.

Catatan praktis akhir: Secara metalurgi T91 dan P91 merujuk pada keluarga 9Cr–1Mo yang sama; keputusan dalam desain teknik atau pengadaan harus didorong oleh bentuk produk yang diperlukan, standar/kode yang berlaku, dan prosedur fabrikasi dan pengelasan hilir daripada oleh perbedaan kinerja material yang dianggap. Selalu tentukan batasan kimia yang tepat, perlakuan panas yang diperlukan (parameter normalisasi dan temper), PWHT, dan kriteria penerimaan mekanis dalam dokumen pembelian untuk memastikan kinerja layanan yang dapat direproduksi.