T91 vs T92 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
T91 dan T92 adalah dua baja kromium-molibdenum (dan tungsten-modified) ferritik-martensitik yang saling terkait erat dan banyak digunakan dalam peralatan pembangkit listrik dan petrokimia suhu tinggi. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan antara keduanya yang dipicu oleh trade-off antara kekuatan creep, kemampuan las, ketahanan oksidasi/korosif, dan biaya material. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih material pipa atau tabung untuk kondisi uap yang canggih, memilih material penempaan atau fitting untuk layanan suhu tinggi, dan menyeimbangkan biaya siklus hidup terhadap kesulitan fabrikasi.
Perbedaan mendasar antara keduanya adalah strategi paduan: T92 (juga dirujuk sebagai P92 dalam beberapa standar) menggantikan tungsten yang signifikan dan menyesuaikan tingkat molibdenum dan mikro-paduan untuk meningkatkan kekuatan creep dan stabilitas mikrostruktur pada suhu yang lebih tinggi, sedangkan T91 lebih mengandalkan molibdenum dengan komposisi yang sedikit lebih sederhana. Perubahan paduan tersebut menghasilkan kemampuan pengerasan, perilaku tempering, dan envelope aplikasi yang berbeda yang membuat grade ini sering dibandingkan dalam desain komponen dan pengadaan material.
1. Standar dan Penunjukan
- Penunjukan ASTM/ASME umum:
- T91: ASTM A387 Grade 91 (plat), A335 Grade P91 (pipa tanpa sambungan), A213 TP91 (tabung) — biasanya dirujuk sebagai Grade 91 / P91.
- T92: ASTM A387 Grade 92, A335 Grade P92, A213 T92 — biasanya dirujuk sebagai Grade 92 / P92.
- Standar Eropa dan lainnya:
- EN: Baja 9Cr yang setara muncul di bawah penunjukan EN (tetapi setara EN satu-ke-satu langsung terbatas).
- JIS/GB: Penunjukan lokal ada untuk baja 9Cr berdasarkan kimia yang serupa (sering digunakan di Asia).
- Klasifikasi baja: Keduanya adalah baja paduan dalam kelas ferritik-martensitik; mereka bukan baja tahan karat atau baja alat dan umumnya dianggap sebagai baja paduan tahan creep berkekuatan tinggi (HSLA/keluarga tahan panas).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel ikhtisar menunjukkan rentang komposisi tipikal untuk setiap grade (persentase berat %). Batasan yang tepat tergantung pada standar/spesifikasi dan bentuk produk tertentu.
| Elemen | T91 (rentang tipikal, wt%) | T92 (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.08–0.12 | 0.08–0.12 |
| Mn | 0.30–0.60 | 0.30–0.60 |
| Si | 0.20–0.70 | 0.20–0.50 |
| P | ≤0.02 | ≤0.02 |
| S | ≤0.01 | ≤0.01 |
| Cr | 8.5–9.5 | 8.5–9.5 |
| Ni | ≤0.30 | ≤0.30 |
| Mo | 0.85–1.05 | 0.45–0.65 |
| W | — (jejak) | 1.8–2.5 |
| V | 0.18–0.25 | 0.18–0.25 |
| Nb (Cb) | 0.06–0.12 | 0.06–0.12 |
| Ti | jejak | jejak |
| B | jejak* | jejak* |
| N | ~0.03–0.06 | ~0.03–0.06 |
*Boron (B) dan nitrogen (N) adalah elemen kontrol; boron digunakan dalam tingkat ppm yang sangat kecil untuk mempengaruhi kemampuan pengerasan dan creep.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Kromium (Cr) memberikan ketahanan oksidasi dan memperkuat matriks ferritik. - Molybdenum (Mo) meningkatkan kekuatan dan ketahanan creep melalui penguatan larutan padat dan pembentukan karbida; T91 memiliki Mo yang lebih tinggi daripada T92. - Tungsten (W) dalam T92 sebagian menggantikan Mo, meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan menstabilkan karbida pada suhu layanan yang lebih tinggi. - Vanadium (V) dan niobium (Nb) membentuk karbida/nitride yang stabil yang memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan creep; mereka juga mempengaruhi kemampuan las dan perilaku HAZ. - Karbon mengontrol keseimbangan kekerasan/kekuatan dan pembentukan martensit; tingkatnya dijaga tetap moderat untuk menyeimbangkan kemampuan las dengan kekuatan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal - Dalam kondisi dinormalisasi dan ditempa, kedua grade mengembangkan mikrostruktur martensit yang ditempa dengan kepadatan tinggi karbida dan karbonitrida halus (presipitat kaya V dan Nb). Struktur lath martensit yang ditempa memberikan kombinasi kekuatan dan ketangguhan yang diperlukan untuk layanan suhu tinggi. - T92 cenderung mengembangkan distribusi karbida yang lebih halus dan lebih stabil pada suhu tinggi karena efek stabilisasi karbida tungsten; ini berkontribusi pada peningkatan ketahanan creep dan ketahanan temper pada batas atas suhu desain.
Respons perlakuan panas - Normalisasi: Kedua grade biasanya dinormalisasi (pendinginan udara) dari suhu dalam rentang ~980–1050 °C (parameter proses sesuai standar) untuk memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya. - Pendinginan & tempering: Tempering setelah normalisasi pada suhu biasanya antara 700–760 °C menghasilkan martensit yang ditempa. Tempering yang lebih tinggi mengurangi kekerasan dan meningkatkan ketangguhan tetapi dapat mengurangi kekuatan creep. - Rute termo-mekanis: Penggulungan terkontrol dan pemrosesan termo-mekanis (untuk tabung/plat) memperhalus ukuran butir dan kepadatan dislokasi; T92 mendapatkan manfaat khusus dari kontrol yang hati-hati untuk mendapatkan distribusi presipitat yang optimal karena kandungan W-nya mempengaruhi kinetika presipitasi.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik sangat bergantung pada perlakuan panas dan bentuk produk. Tabel di bawah ini memberikan rentang tipikal representatif untuk kondisi dinormalisasi dan ditempa yang umum digunakan dalam komponen pembangkit listrik.
| Sifat (tipikal, kondisi N&T) | T91 | T92 |
|---|---|---|
| Kekuatan luluh (offset 0.2%) | ~350–450 MPa (minimum tipikal sesuai spesifikasi ~415 MPa) | ~400–550 MPa (rentang atas yang lebih tinggi dalam banyak kasus) |
| Kekuatan tarik | ~560–700 MPa | ~600–750 MPa |
| Peregangan (A%) | ~18–25% | ~15–22% |
| Ketangguhan impak (Charpy-V, suhu ruang) | sedang; tergantung pada notch & perlakuan panas (misalnya, puluhan J hingga >40 J) | sebanding atau sedikit lebih rendah dalam beberapa kondisi karena kemampuan pengerasan yang lebih tinggi; tergantung pada tempering |
| Kekerasan (HRC/HB) | sedang (ditempa) | kecenderungan sedikit lebih tinggi pada tempering yang sama karena W |
Interpretasi: - T92 umumnya dirancang untuk memberikan kekuatan creep yang lebih tinggi dan retensi kekuatan yang lebih baik pada suhu tinggi dibandingkan T91, dengan mengorbankan kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi dan, dalam beberapa kasus, ketangguhan atau duktilitas suhu ruang yang sedikit berkurang jika dibandingkan pada kondisi tempering yang setara. - Untuk komponen yang dirancang untuk rezim tempering yang sama, T92 sering menunjukkan kekuatan tarik dan kekuatan creep yang lebih tinggi, sementara T91 dapat menawarkan duktilitas yang sedikit lebih baik dan pemrosesan yang lebih mudah dalam beberapa skenario fabrikasi.
5. Kemampuan Las
Kemampuan pengerasan dan pertimbangan las - Baik T91 maupun T92 memerlukan prosedur pengelasan yang terkontrol: bahan habis pakai rendah-hidrogen, pemanasan awal, kontrol suhu antar-lapis, dan perlakuan panas pasca-las (PWHT) untuk menempah HAZ dan mengurangi tegangan sisa. - Karena kemampuan pengerasan yang lebih tinggi (W dalam T92 meningkatkan kemampuan pengerasan), T92 mungkin memerlukan kontrol pemanasan awal dan PWHT yang lebih ketat untuk menghindari retak martensit HAZ. Elemen mikro-paduan (V, Nb) dan kandungan karbon juga meningkatkan kerentanan terhadap HAZ keras dan retak dingin jika hidrogen ada.
Indeks kemampuan las yang berguna (interpretasi kualitatif) - Indeks empiris yang umum digunakan adalah setara karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $CE_{IIW}$ yang lebih tinggi menunjukkan kemampuan pengerasan yang lebih besar dan kebutuhan yang lebih besar untuk pemanasan awal/PWHT. - Indeks yang lebih komprehensif adalah $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - $P_{cm}$ membantu memprediksi kerentanan terhadap retak dingin; nilai yang lebih tinggi menunjukkan risiko yang lebih tinggi.
Hasil kualitatif: - Kedua grade memerlukan PWHT; T92 sering memerlukan pemanasan awal yang lebih tinggi dan jadwal PWHT yang hati-hati karena tungsten dan kandungan Mo yang disesuaikan sedikit meningkatkan $CE$ dan $P_{cm}$. Kualifikasi prosedur pengelasan dan kontrol hidrogen adalah wajib untuk komponen yang mengandung tekanan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik T91 maupun T92 bukanlah baja tahan karat; mereka adalah baja ferritik dengan ketahanan oksidasi suhu tinggi yang moderat karena Cr. Untuk uap dan lingkungan pengoksidasi suhu tinggi, mereka mengembangkan lapisan oksida pelindung, tetapi mereka rentan terhadap oksidasi sisi uap, karburisasi, dan sulfidasi tergantung pada layanan.
- Strategi perlindungan permukaan termasuk pelapisan (cat suhu tinggi, pelapisan aluminide), pelapisan internal untuk media korosif, dan inspeksi rutin. Untuk korosi lingkungan, pengecatan pelindung standar atau metalisasi adalah hal yang umum; galvanisasi umumnya tidak digunakan untuk komponen sisi uap suhu tinggi.
- PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja non-tahan karat ini; untuk grade tahan karat, rumus $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ digunakan, tetapi tidak relevan untuk T91/T92.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: Keduanya lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja karbon biasa. T92, dengan tungsten yang lebih tinggi dan kecenderungan untuk mempertahankan kekerasan, dapat sedikit lebih keras pada alat dan memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih rendah dan alat yang lebih kuat.
- Kemudahan pembentukan: Pembentukan dingin dan pembengkokan terbatas; komponen biasanya dibentuk dalam kondisi dinormalisasi dan kemudian ditempa. Penarikan dalam tidak umum; pembentukan panas diikuti dengan normalisasi dan tempering lebih disukai untuk penempaan besar.
- Penyelesaian: Penggilingan dan pemolesan dapat dilakukan tetapi alat aus lebih cepat dibandingkan dengan baja paduan yang lebih rendah. Perlakuan panas setelah pembentukan dan pengelasan sangat penting untuk mengembalikan sifat martensit yang diinginkan.
8. Aplikasi Tipikal
| T91 (penggunaan tipikal) | T92 (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Pipa boiler, header, pipa uap di pembangkit konvensional/canggih yang beroperasi pada suhu uap sedang hingga tinggi | Pipa superheater dan reheater, header, pipa uap, dan komponen untuk pembangkit ultra-supercritical/canggih di mana kekuatan creep yang lebih tinggi diperlukan |
| Header, siku, dan fitting untuk pembangkit dengan suhu desain hingga ~600 °C | Komponen untuk kondisi uap suhu lebih tinggi (misalnya, rentang 600–650 °C) dan persyaratan umur creep yang lebih lama |
| Tabung penukar panas, dinding furnace untuk layanan suhu tinggi sedang | Komponen A-USC bangunan baru, bagian cor/tempa dengan bagian berat di mana ketahanan creep yang lebih tinggi diprioritaskan |
| Bagian pengganti dalam sistem warisan di mana pasokan, biaya, dan kemudahan fabrikasi penting | Komponen kritis umur panjang di mana justifikasi biaya siklus hidup mendukung biaya material yang lebih tinggi |
Rasional pemilihan: - Pilih T91 untuk kinerja yang terbukti dalam banyak aplikasi pembangkit listrik pada suhu yang sedikit lebih rendah, di mana kesederhanaan fabrikasi dan biaya material yang lebih rendah diinginkan. - Pilih T92 ketika suhu desain, umur creep, dan retensi kekuatan jangka panjang pada suhu tinggi adalah prioritas, dan ketika proses pengadaan/fabrikasi dapat menangani persyaratan pengelasan dan perlakuan panas yang lebih ketat.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: T92 biasanya lebih mahal daripada T91 karena tambahan tungsten dan kontrol pemrosesan yang lebih ketat. Premi bervariasi berdasarkan pasar dan bentuk produk.
- Ketersediaan: T91 telah beroperasi lebih lama dan secara historis memiliki ketersediaan yang lebih luas dalam bentuk pipa, tabung, plat, dan penempaan. Ketersediaan T92 telah meningkat seiring dengan permintaan untuk pembangkit uap canggih tetapi mungkin masih lebih terbatas dalam beberapa ukuran produk dan waktu pengiriman.
- Bentuk produk: Kedua grade tersedia sebagai pipa, tabung, plat, penempaan, dan fitting tanpa sambungan dan dilas; ketersediaan dan waktu pengiriman harus dikonfirmasi dengan pemasok untuk pengadaan kritis.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | T91 | T92 |
|---|---|---|
| Kemampuan las (kesulitan prosedural) | Baik dengan prosedur rendah-H yang berkualitas; sedikit lebih mudah daripada T92 | Lebih menuntut karena kemampuan pengerasan yang lebih tinggi; pemanasan awal/PWHT yang lebih ketat |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kuat, ketangguhan baik dalam temper standar | Kekuatan suhu tinggi dan ketahanan creep yang lebih tinggi; trade-off marginal dalam duktilitas/ketangguhan jika tidak diproses dengan hati-hati |
| Biaya | Lebih rendah (umumnya) | Lebih tinggi (umumnya) |
Rekomendasi: - Pilih T91 jika Anda memerlukan baja 9Cr tahan creep yang teruji, efektif biaya untuk layanan uap suhu tinggi di mana suhu operasi dan umur creep yang diperlukan berada dalam envelope terbukti dari Grade 91, dan ketika kesederhanaan fabrikasi dan ketersediaan penting. - Pilih T92 jika desain memerlukan kekuatan creep jangka panjang yang unggul dan stabilitas mikrostruktur pada rentang atas layanan suhu tinggi (misalnya, kondisi uap canggih atau ultra-supercritical), dan jika Anda dapat mengakomodasi persyaratan pengelasan, perlakuan panas, dan pengadaan yang lebih ketat.
Catatan akhir: Kedua grade memerlukan spesifikasi yang hati-hati tentang perlakuan panas, kualifikasi prosedur pengelasan, dan inspeksi untuk mencapai kinerja yang dapat diandalkan dan tahan lama. Untuk komponen suhu tinggi yang kritis, lakukan pengujian creep tingkat komponen, penilaian kemampuan pemasok, dan analisis biaya siklus hidup sebagai bagian dari proses pemilihan.