X12CrMo5 vs X20CrMoV12-1 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur dan profesional pengadaan sering kali menghadapi pilihan antara baja yang terlihat mirip di atas kertas tetapi memiliki peran yang berbeda dalam layanan: satu menawarkan ketahanan terhadap korosi dan suhu tinggi dengan ketangguhan dan kemampuan pengelasan yang wajar; yang lainnya dioptimalkan untuk alat kerja panas dan ketahanan aus pada suhu tinggi. Dilema pemilihan biasanya berpusat pada trade-off antara ketahanan korosi dan biaya, atau antara ketahanan merah/ketahanan aus dan kemampuan fabrikasi/kepemilikan pengelasan.
Perbedaan esensial antara dua baja yang ditunjuk oleh Jerman ini adalah fungsional: satu adalah baja stainless tipe martensitik yang mengandung kromium yang dimaksudkan untuk layanan suhu tinggi dan tahan korosi, sementara yang lainnya adalah baja alat paduan molibdenum-vanadium tinggi-kromium yang dirancang untuk kerja panas dan alat di mana ketahanan panas dan ketahanan aus sangat penting. Karena keduanya mengandung kromium dan tambahan paduan yang signifikan, para perancang membandingkannya ketika bagian akan mengalami beban suhu tinggi, kontak abrasif, atau paparan termal siklik.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar umum di mana penunjukan ini muncul: EN / DIN (Eropa), ISO (jika berlaku), dan ekuivalen nasional (ASTM/ASME, JIS, GB). Nomor referensi silang yang tepat dapat bervariasi; selalu verifikasi dengan sertifikat pabrik pemasok dan standar yang berlaku.
- Kelas material:
- X12CrMo5 — paduan kromium martensitik, biasanya dikategorikan di antara baja tahan panas atau baja stainless martensitik daripada baja alat.
- X20CrMoV12-1 — baja alat kerja panas/paduan (kelas Cr–Mo–V yang tinggi), biasanya terdaftar di bawah baja alat (kerja panas) dalam standar EN/ISO.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | X12CrMo5 (peran tipikal) | X20CrMoV12-1 (peran tipikal) |
|---|---|---|
| C | Rendah–sedang; memungkinkan pengerasan martensitik sambil menjaga kemampuan pengelasan dan ketangguhan yang dapat diterima | Sedang; mendukung pengerasan yang lebih tinggi dan ketahanan aus melalui pembentukan karbida |
| Mn | Rendah; deoksidasi dan sedikit pengerasan | Rendah–sedang; berkontribusi pada pengerasan |
| Si | Rendah; deoksidan dan kontributor kekuatan | Rendah; deoksidan dan kekuatan suhu tinggi |
| P | Jejak; dijaga rendah untuk ketangguhan | Jejak; dijaga rendah untuk ketangguhan |
| S | Jejak; dikendalikan untuk kemampuan mesin | Jejak; dikendalikan untuk kemampuan mesin |
| Cr | Tinggi; utama untuk ketahanan korosi dan ketahanan temper | Sangat tinggi; utama untuk ketahanan merah, ketahanan aus dan pembentuk karbida |
| Ni | Biasanya minimal/tidak ada | Biasanya minimal/tidak ada |
| Mo | Sedang; meningkatkan creep dan kekuatan suhu tinggi | Sedang–tinggi; meningkatkan ketahanan panas dan ketahanan temper |
| V | Rendah atau jejak; memperhalus karbida/mikrostruktur | Ada; membentuk karbida vanadium keras untuk ketahanan aus |
| Nb/Ti | Biasanya tidak ada atau jejak; stabilisasi butir jika ada | Jejak mungkin; pemurnian butir dan kontrol karbida |
| B | Jejak jika ada untuk pengerasan | Jejak mungkin; modifikasi pengerasan dalam beberapa lebur |
| N | Sangat rendah; dikendalikan | Sangat rendah; dikendalikan |
Catatan: Tabel memberikan kehadiran relatif dan peran metalurgi daripada persentase yang tepat. Untuk pengadaan dan kontrol proses, gunakan sertifikat pabrik dan penunjukan EN/ASTM untuk batas komposisi yang tepat.
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Kromium meningkatkan ketahanan korosi, ketahanan temper, dan kapasitas pembentukan karbida. Dalam tipe stainless martensitik, ia memberikan pasivitas; dalam baja alat, ia berkontribusi pada ketahanan merah dan ketahanan aus. - Molybdenum dan vanadium meningkatkan ketahanan panas, ketahanan temper, dan pembentukan karbida yang stabil, meningkatkan ketahanan aus pada suhu tinggi. - Karbon mengontrol kekerasan dan pengerasan yang dapat dicapai tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan saat meningkat.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal setelah pemrosesan standar: - X12CrMo5: kondisi yang dinormalisasi/dianna menghasilkan matriks ferrit/pearlit atau martensit lunak tergantung pada perlakuan. Setelah pendinginan dan tempering, ia membentuk martensit yang dipanaskan dengan karbida yang terdispersi halus; beberapa austenit yang tersisa mungkin terjadi tergantung pada paduan dan pendinginan. - X20CrMoV12-1: dalam kondisi yang dinormalisasi, ia mengandung martensit yang dipanaskan ditambah populasi karbida paduan yang signifikan (karbida kaya Cr dan karbida vanadium). Setelah pendinginan dan tempering yang tepat untuk baja kerja panas, matriks martensit yang dipanaskan dengan karbida keras yang stabil memberikan kombinasi ketangguhan dan ketahanan merah.
Bagaimana perlakuan panas mempengaruhi masing-masing: - Normalisasi/pemurnian: kedua kelas mendapatkan manfaat dari normalisasi untuk memperhalus ukuran butir; distribusi karbida baja alat lebih kritis dan sering memerlukan siklus pendinginan yang terkontrol. - Pendinginan & temper: keduanya responsif terhadap siklus pendinginan dan temper. X20CrMoV12-1 biasanya dikeraskan hingga kekerasan akhir yang lebih tinggi melalui suhu tempering yang lebih tinggi yang ditargetkan untuk mempertahankan ketahanan merah; tempering menghasilkan pengerasan sekunder yang stabil karena karbida Mo/V. X12CrMo5 di-temper untuk menyeimbangkan ketangguhan dan kekerasan untuk layanan dan dapat digunakan dalam kondisi yang dikeraskan dan di-temper atau sebagai kelas yang diperkuat presipitasi untuk creep. - Pemrosesan termo-mekanis: lebih umum diterapkan pada baja di mana kombinasi kekuatan dan ketangguhan pada tingkat paduan yang lebih rendah diperlukan; untuk baja alat, penempaan yang terkontrol dan perlakuan panas untuk mengoptimalkan morfologi karbida adalah standar.
4. Sifat Mekanis
| Sifat | X12CrMo5 (perilaku tipikal) | X20CrMoV12-1 (perilaku tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedang — cukup untuk banyak bagian struktural suhu tinggi | Lebih tinggi — dirancang untuk tegangan tarik dan tekan yang lebih tinggi dalam alat |
| Kekuatan luluh | Sedang | Lebih tinggi |
| Peregangan | Lebih tinggi (lebih ulet dalam kondisi yang sebanding) | Lebih rendah (trade-off untuk kekerasan/ketahanan aus) |
| Ketangguhan impak | Umumnya ketangguhan yang lebih baik ketika di-temper dengan benar | Lebih rendah; baja alat mengorbankan beberapa ketangguhan untuk ketahanan aus dan ketahanan panas |
| Kekerasan (dikeraskan/di-temper) | Sedang hingga tinggi (tergantung layanan) | Biasanya kekerasan yang dapat dicapai lebih tinggi dan kekerasan yang dipertahankan pada suhu tinggi |
Penjelasan: X20CrMoV12-1 dioptimalkan untuk kekuatan dan ketahanan aus pada suhu tinggi dan oleh karena itu mencapai kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi setelah perlakuan panas yang tepat karena kandungan paduan yang lebih tinggi dan elemen pembentuk karbida. X12CrMo5, yang dirancang untuk menahan oksidasi/korosi dan mempertahankan ketangguhan, menawarkan ulet yang lebih baik dan sifat impak dalam banyak kondisi tempering.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan harus dinilai menggunakan konsep setara karbon dan kandungan paduan. Dua ungkapan empiris yang umum digunakan:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi (kualitatif): - Nilai $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ yang lebih tinggi menunjukkan peningkatan risiko retak dingin dan kebutuhan yang lebih besar untuk pemanasan awal, kontrol suhu antar lapisan, dan perlakuan panas pasca pengelasan. - X12CrMo5 biasanya memiliki nilai setara karbon yang lebih rendah dibandingkan dengan baja alat yang sangat paduan, memberikannya kemampuan pengelasan yang relatif lebih baik; perilaku stainless martensitik masih memerlukan pemanasan yang terkontrol dan PWHT untuk menghindari retak dan mengembalikan temper. - X20CrMoV12-1, dengan Cr, Mo, dan V yang lebih tinggi, umumnya memiliki pengerasan yang lebih tinggi dan setara karbon yang lebih tinggi, membuat pengelasan lebih menuntut: pemanasan awal, praktik hidrogen rendah, dan PWHT biasanya diperlukan. Pemilihan pengisi pengelasan harus mempertimbangkan suhu layanan yang diperlukan, ketangguhan yang diinginkan, dan kerentanan terhadap embrittlement temper.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- X12CrMo5: sebagai tipe stainless martensitik yang mengandung kromium, ia menawarkan ketahanan korosi yang terukur dibandingkan dengan baja karbon biasa. Perilaku pasifnya tergantung pada kandungan kromium dan perlakuan panas; di banyak lingkungan, ia berfungsi lebih baik tanpa pelapis, tetapi untuk media agresif, pelapis pelindung atau pasivasi mungkin masih diperlukan.
- X20CrMoV12-1: sebagai baja alat, ia bukan kelas stainless; ia memerlukan langkah perlindungan di lingkungan korosif seperti pelapis (nitriding, pelapis PVD/CVD untuk ketahanan aus), pengecatan, atau pelapisan (galvanisasi mungkin dilakukan untuk beberapa bentuk tetapi mungkin tidak cocok untuk permukaan alat).
- Ketika indeks korosi relevan (paduan stainless), PREN digunakan untuk membandingkan ketahanan pitting:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Indeks ini tidak berlaku untuk baja alat yang dirancang terutama untuk ketahanan aus/ketahanan panas.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Pengolahan: X20CrMoV12-1 lebih sulit untuk diproses dalam kondisi dikeraskan karena karbida yang stabil dan kekerasan yang lebih tinggi; dalam kondisi dinormalisasi, ia diproses seperti baja paduan tinggi tetapi memerlukan alat dan pendingin yang baik. Kemampuan mesin X12CrMo5 sedang dan sering lebih baik daripada baja alat paduan tinggi, terutama dalam kondisi yang lebih lunak.
- Pembentukan/membengkok: X12CrMo5 dalam kondisi dinormalisasi memiliki kemampuan pembentukan yang lebih baik; X20CrMoV12-1 tidak dimaksudkan untuk pembentukan berat dalam keadaan dikeraskan dan biasanya dikerjakan panas atau ditempa hingga bentuk akhir sebelum perlakuan panas akhir.
- Penyelesaian permukaan: keduanya dapat digiling dan diselesaikan; baja kelas alat sering memerlukan penggilingan khusus untuk menangani karbida keras; kelas seperti stainless memerlukan perhatian untuk menghindari pewarnaan panas dan untuk mempertahankan ketahanan korosi.
8. Aplikasi Tipikal
| X12CrMo5 (penggunaan umum) | X20CrMoV12-1 (penggunaan umum) |
|---|---|
| Komponen struktural suhu tinggi dengan ketahanan korosi sedang (katup, komponen tungku, poros yang terpapar oksidasi suhu tinggi) | Alat kerja panas: cetakan, cetakan pengecoran, cetakan ekstrusi, cetakan tempa yang terkena suhu tinggi dan aus |
| Bagian yang memerlukan keseimbangan ketangguhan dan kekuatan suhu tinggi | Inserts, komponen alat di mana ketahanan merah dan ketahanan aus sangat penting |
| Komponen yang akan dilas dan di-temper setelah pengelasan | Komponen yang dikerjakan dari blok baja alat dan diperlakukan panas untuk layanan |
Rasional pemilihan: - Pilih paduan kromium martensitik ketika ketahanan korosi, fabrikasi yang lebih mudah, dan ketangguhan/ketangguhan yang lebih baik menjadi prioritas. - Pilih baja alat Cr–Mo–V ketika permintaan utama adalah ketahanan aus, ketahanan merah, dan stabilitas dimensi di bawah beban termal/mekanis siklik.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Baja alat seperti X20CrMoV12-1 biasanya lebih mahal per kilogram dibandingkan dengan baja stainless martensitik karena kandungan paduan yang lebih tinggi (Mo, V) dan pemrosesan yang lebih khusus. Baja alat juga menanggung biaya pemrosesan yang lebih tinggi (perlakuan panas, penggilingan).
- Ketersediaan: X12CrMo5 dan kelas serupa biasanya tersedia dalam bentuk batang, pelat, dan pipa oleh distributor yang lebih besar; baja alat tersedia tetapi sering dalam bentuk produk yang lebih terbatas (blanks alat, blok tempa, pelat) dan mungkin dibuat sesuai pesanan atau diperoleh dari pemasok baja alat khusus.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | X12CrMo5 | X20CrMoV12-1 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Baik hingga sedang (memerlukan PWHT untuk praktik stainless martensitik) | Menantang—memerlukan pemanasan awal, praktik hidrogen rendah, PWHT |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang dengan ketangguhan/ketangguhan yang lebih baik | Kekuatan dan kekerasan tinggi, ketangguhan/ketangguhan lebih rendah |
| Biaya | Lebih rendah hingga sedang | Lebih tinggi |
Rekomendasi: - Pilih X12CrMo5 jika Anda memerlukan baja martensitik yang tahan korosi, tahan panas dengan fabrikasi yang lebih mudah dan ketangguhan keseluruhan yang lebih baik untuk komponen yang terpapar oksidasi atau lingkungan suhu tinggi yang sedikit korosif, dan ketika pengelasan atau biaya menjadi prioritas. - Pilih X20CrMoV12-1 jika kondisi layanan menuntut ketahanan aus yang tinggi, ketahanan merah, dan stabilitas dimensi di bawah beban termal dan mekanis siklik (alat kerja panas, insert cetakan), dan di mana biaya material dan pemrosesan yang lebih tinggi dibenarkan oleh umur dan kinerja alat.
Catatan akhir: Kedua kelas memerlukan spesifikasi persyaratan kimia dan mekanis yang tepat dari standar atau lembar data vendor untuk desain, fabrikasi, dan pengadaan. Gunakan sertifikat pabrik dan lakukan percobaan pengelasan pra-kualifikasi di mana kondisi layanan menuntut.