X20CrMoV12-1 vs 12Cr1MoV – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pendahuluan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur umumnya menghadapi pilihan antara baja yang terlihat mirip dalam nama tetapi memiliki fungsi yang sangat berbeda. X20CrMoV12-1 dan 12Cr1MoV dibandingkan ketika desain harus menyeimbangkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan aus terhadap kemampuan las, biaya, dan kemudahan fabrikasi. Konteks keputusan yang khas termasuk pemilihan alat atau bagian kerja panas versus pemilihan baja bejana tekan/pipa untuk layanan suhu tinggi.

Perbedaan teknis utama antara dua grade ini adalah strategi paduan mereka: satu dirumuskan sebagai baja kerja panas/alat yang kaya kromium yang dioptimalkan untuk kemampuan pengerasan, kekuatan suhu tinggi, dan ketahanan aus, sementara yang lainnya adalah baja Cr–Mo–V paduan rendah yang dirancang untuk ketahanan creep dan ketangguhan dalam layanan suhu-tekan. Perbedaan ini dalam elemen kromium dan pembentuk karbida mendorong mikrostruktur yang kontras, respons perlakuan panas, praktik pengelasan, perilaku korosi, dan aplikasi khas.

1. Standar dan Penunjukan

• X20CrMoV12-1
• Umumnya dirujuk oleh nomenklatur baja alat kerja panas EN (Eropa). Grade alat/kerja panas yang setara ada dalam sistem lain (misalnya, analog AISI/UNS/H-series di beberapa pasar).
• Klasifikasi: baja paduan alat / kerja panas (keluarga baja alat martensitik).
• 12Cr1MoV
• Ditemukan dalam standar nasional untuk baja pembangkit listrik dan bejana tekan (umum dalam praktik Eropa, Rusia, dan Cina untuk layanan suhu tinggi).
• Klasifikasi: baja ferritik-martensitik/tempered paduan rendah untuk aplikasi suhu-tekan (grade pembangkit listrik).

Catatan: referensi silang yang tepat berbeda menurut badan standar (EN, ASTM/ASME, GOST, GB/JIS). Pengadaan harus menentukan standar dan kondisi perlakuan panas yang diperlukan.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini menunjukkan rentang komposisi khas (massa %) yang umum digunakan untuk spesifikasi dan perbandingan teknik. Batas yang tepat tergantung pada standar spesifik dan pabrik baja.

Elemen	X20CrMoV12-1 (tipikal, wt%)	12Cr1MoV (tipikal, wt%)
C	0.18 – 0.25	0.08 – 0.15
Mn	0.30 – 0.60	0.30 – 0.80
Si	0.20 – 0.60	0.10 – 0.50
P	≤ 0.03 (maks)	≤ 0.025 (maks)
S	≤ 0.03 (maks)	≤ 0.02 (maks)
Cr	11.5 – 13.0	0.9 – 1.3
Ni	≤ 0.30	≤ 0.40
Mo	0.8 – 1.2	0.4 – 0.6
V	0.30 – 0.60	0.05 – 0.15
Nb / Ti / B	biasanya jejak/tidak ada	jejak/tidak ada
N	jejak	≤ 0.012 (tipikal)

Bagaimana strategi paduan mempengaruhi perilaku: - Kromium tinggi dalam X20CrMoV12-1 mendorong pembentukan karbida dan dapat meningkatkan ketahanan oksidasi dan korosi permukaan relatif terhadap baja rendah-Cr; juga meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi ketika dikombinasikan dengan Mo dan V. - Mo dan V adalah pembentuk karbida yang kuat yang meningkatkan kemampuan pengerasan, ketahanan temper, dan kekuatan suhu tinggi. Dalam baja alat, elemen-elemen ini memperhalus karbida dan meningkatkan kekerasan panas serta ketahanan aus. - 12Cr1MoV mengandung Cr, Mo, dan V yang moderat untuk menyeimbangkan kekuatan creep dan ketangguhan untuk layanan bejana tekan sambil mempertahankan kemampuan las dan duktilitas yang dapat diterima.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• X20CrMoV12-1
• Mikrostruktur tipikal setelah pendinginan dan temper: martensit tempered dengan jaringan karbida paduan (kaya Cr, Mo, V) yang terdistribusi di sepanjang batas butir austenit sebelumnya dan di dalam butir.
• Rute perlakuan panas: pengerasan (austenitisasi pada suhu tinggi yang sesuai dengan grade) diikuti oleh pendinginan minyak/gas dan temper multi-tahap. Tempering yang terkontrol menghasilkan matriks martensitik tempered dengan karbida terdispersi yang memberikan kekerasan panas tinggi dan ketahanan aus.
• Proses thermo-mechanical memperketat distribusi karbida dan ukuran butir; baja kerja panas sering kali dipra-pengerasan atau disuplai dalam kondisi lunak-annealed untuk pemesinan sebelum pengerasan akhir.
• 12Cr1MoV
• Mikrostruktur tipikal setelah normalisasi dan temper: martensit tempered / bainit tempered dengan karbida halus dari Mo dan V, terdistribusi untuk memberikan kekuatan creep dan ketangguhan.
• Rute perlakuan panas: normalisasi untuk memperhalus ukuran butir diikuti oleh temper untuk menyesuaikan kekuatan/ketangguhan untuk layanan suhu-tekan. Perlakuan panas pasca-las (PWHT) biasanya diperlukan untuk mengembalikan ketangguhan dan mengurangi tegangan sisa.
• Kandungan karbon yang lebih rendah dan tingkat pembentuk karbida total yang lebih rendah menghasilkan matriks yang lebih duktil dan toleran terhadap noth dibandingkan dengan baja alat.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik sangat tergantung pada perlakuan panas, ukuran bagian, dan kondisi kekerasan akhir. Nilai di bawah ini adalah rentang tipikal yang representatif untuk perbandingan teknik—spesifikasikan kondisi yang diperlukan dalam dokumen pengadaan.

Sifat	X20CrMoV12-1 (didinginkan & tempered, tipikal)	12Cr1MoV (dinormalisasi & tempered, tipikal)
Kekuatan Tarik Ultimatum (MPa)	900 – 1400	480 – 650
Kekuatan Luluh (0.2% offset, MPa)	700 – 1100	300 – 420
Peregangan (A%, tipikal)	6 – 12	15 – 25
Ketangguhan Impak (Charpy V, J)	5 – 50 (tergantung pada temper/kekerasan)	40 – 120
Kekerasan	40 – 52 HRC (kondisi alat)	~180 – 240 HB (~18–24 HRC)

Interpretasi: - X20CrMoV12-1 mencapai kekuatan dan kekerasan yang jauh lebih tinggi ketika dikeraskan dan di-temper—ini adalah perilaku yang dimaksudkan untuk komponen alat dan kerja panas untuk menahan aus, deformasi, dan beban suhu tinggi. - 12Cr1MoV lebih duktil dan lebih tangguh dalam kondisi normalisasi/tempered yang tipikal, menjadikannya lebih disukai untuk komponen struktural, pipa, dan bejana tekan di mana ketangguhan, kemampuan las, dan ketahanan terhadap creep-fatigue adalah prioritas.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las tergantung pada ekuivalen karbon dan keberadaan elemen paduan yang meningkatkan kemampuan pengerasan. Dua indeks empiris yang umum digunakan ditunjukkan di bawah ini.

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - X20CrMoV12-1: Cr, Mo, dan V yang lebih tinggi meningkatkan baik $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, meningkatkan kemampuan pengerasan dan kecenderungan untuk membentuk martensit di zona yang terpengaruh panas (HAZ). Ini meningkatkan risiko retak dingin dan biasanya memerlukan pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, prosedur rendah-hidrogen, dan kadang-kadang PWHT. - 12Cr1MoV: kandungan paduan keseluruhan yang lebih rendah menghasilkan ekuivalen karbon yang lebih rendah dibandingkan dengan baja alat, sehingga kemampuan las umumnya lebih baik. Namun, karena aplikasinya pada suhu tinggi, pemanasan awal dan PWHT biasanya ditentukan untuk mengontrol tegangan sisa dan mengembalikan ketahanan creep dan ketangguhan. - Catatan praktis: Untuk kedua grade, kualifikasi prosedur las, metalurgi pengisi yang benar, dan kepatuhan terhadap instruksi pemanasan awal/PWHT sangat penting. Baja alat sering kali memerlukan bahan habis pakai las yang khusus dan kualifikasi; 12Cr1MoV biasanya dilas dalam konstruksi pembangkit listrik dengan prosedur yang sudah mapan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kedua grade bukanlah baja tahan karat austenitik; perilaku di lingkungan korosif harus dipertimbangkan.
• X20CrMoV12-1: dengan ~12% Cr, menunjukkan ketahanan oksidasi yang lebih baik pada suhu tinggi dibandingkan dengan baja rendah-Cr dan dapat menawarkan ketahanan korosi permukaan yang lebih baik di lingkungan tertentu. Namun, itu tidak tahan korosi—perlakuan permukaan, pelapisan (cat tahan panas, nitriding untuk ketahanan aus), atau atmosfer pelindung sering digunakan.
• 12Cr1MoV: dengan ~1% Cr, mengandalkan perlindungan korosi konvensional (cat, pelapisan boiler, perlindungan katodik, atau pelapisan internal untuk pipa). Fokus desainnya adalah pada kinerja mekanik dan creep daripada ketahanan korosi.
• PREN (ketahanan pitting) umumnya tidak berlaku untuk baja yang tidak distabilkan dan mengandung karbon ini, tetapi saat menilai ketahanan korosi lokal dari paduan Cr yang lebih tinggi, indeksnya adalah:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Catatan: gunakan PREN hanya untuk paduan stainless austenitik; itu tidak berarti untuk baja alat yang didinginkan dan di-temper atau baja tekanan paduan rendah.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• X20CrMoV12-1
• Kemudahan pemesinan dalam kondisi lunak-annealed cukup baik tetapi baja grade alat lebih abrasif karena karbida keras; pemesinan akhir setelah pengerasan sulit dan memerlukan alat karbida serta umpan yang hati-hati.
• Pembentukan dan pembengkokan terbatas dalam keadaan keras; pembentukan panas atau dingin umumnya dilakukan sebelum pengerasan.
• Penggilingan permukaan dan pemesinan presisi adalah hal yang umum; perlakuan panas dan kontrol distorsi sangat penting.
• 12Cr1MoV
• Lebih mudah untuk dibentuk, dibengkokkan, dan diproses dalam kondisi normalisasi/tempered dibandingkan dengan baja alat.
• Kemudahan pemesinan yang baik dengan baja cepat standar atau alat karbida; kurang abrasif dibandingkan dengan baja alat tinggi-Cr.
• Pengelasan dan perlakuan panas pasca-las adalah rutinitas di bengkel fabrikasi yang akrab dengan bahan pembangkit listrik.

8. Aplikasi Tipikal

X20CrMoV12-1 (alat/kerja panas)	12Cr1MoV (tekan/bejana)
Alat panas: cetakan ekstrusi, sisipan pengecoran, bilah penempaan dan pemotongan panas	Pipa boiler, pipa uap, header, bejana tekan yang beroperasi pada suhu tinggi
Cetakan dan komponen kerja panas yang memerlukan kekerasan panas dan ketahanan aus	Rumah turbin, pipa untuk pembangkit listrik termal, bagian struktural suhu tinggi
Komponen yang terpapar gesekan tinggi dan beban termal siklik dalam proses pembentukan	Komponen boiler dan penukar panas di mana ketahanan creep dan ketangguhan sangat penting

Rasional pemilihan: - Pilih baja alat ketika ketahanan aus, kekerasan suhu tinggi yang berkelanjutan, dan ketahanan terhadap deformasi plastik di bawah beban lokal tinggi adalah prioritas. - Pilih 12Cr1MoV ketika kemampuan las, ketangguhan, dan kekuatan jangka panjang di bawah creep dan beban termal siklik dalam layanan suhu-tekan diperlukan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• X20CrMoV12-1: umumnya lebih mahal per kilogram karena kandungan paduan yang lebih tinggi (Cr, Mo, V) dan pemrosesan khusus. Ketersediaan baik untuk batang baja alat, pelat, dan preform dari pemasok khusus, tetapi forging besar atau ukuran yang tidak biasa mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama.
• 12Cr1MoV: biasanya biaya lebih rendah dan tersedia luas dalam pipa, pelat, dan stok forging untuk industri tenaga. Rantai pasokan untuk grade boiler dan bejana tekan sudah matang di seluruh dunia.

Pertimbangan bentuk produk: - Baja alat biasanya disuplai dalam bentuk batang, pelat, blok pra-pengerasan, atau blank yang ditempa; toleransi pemesinan dan siklus perlakuan panas harus direncanakan. - 12Cr1MoV biasanya disuplai dalam bentuk pelat, pipa, dan tabung tanpa sambungan dalam kondisi dinormalisasi siap untuk fabrikasi dan PWHT.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Kriteria	X20CrMoV12-1	12Cr1MoV
Kemampuan Las	Sedang hingga sulit (paduan tinggi, CE tinggi)	Baik (CE lebih rendah; tetapi PWHT sering diperlukan)
Keseimbangan Kekuatan – Ketangguhan	Kekerasan & kekuatan tinggi; duktilitas lebih rendah (seperti yang dikeraskan)	Kekuatan sedang; duktilitas dan ketangguhan lebih tinggi
Biaya	Lebih tinggi (paduan khusus, kandungan karbida)	Lebih rendah (grade bejana tekan umum)

Kesimpulan — panduan singkat: - Pilih X20CrMoV12-1 jika Anda memerlukan baja kerja panas/alat dengan kemampuan pengerasan tinggi, kekerasan suhu tinggi, ketahanan terhadap aus abrasif dan kelelahan termal — misalnya, cetakan ekstrusi panas atau cetakan penempaan, dan komponen pemotongan panas. Harapkan biaya material yang lebih tinggi, pemesinan khusus, dan prosedur perlakuan panas/pengelasan yang ketat. - Pilih 12Cr1MoV jika aplikasinya berada di peralatan yang mengandung tekanan, pipa, atau bagian struktural yang beroperasi pada suhu tinggi di mana ketangguhan, ketahanan creep, dan kemampuan las yang baik (dengan PWHT) adalah prioritas — misalnya, boiler, saluran uap, dan komponen pembangkit listrik. Harapkan ekonomi fabrikasi yang lebih baik dan ketersediaan yang lebih luas.

Catatan akhir: selalu tentukan standar yang tepat, kondisi perlakuan panas yang diperlukan, toleransi dimensi, dan prosedur las/PWHT dalam pengadaan dan gambar teknik. Untuk komponen kritis, minta analisis kimia bersertifikat dan laporan uji mekanik serta kualifikasi prosedur las untuk geometri sambungan dan suhu layanan yang dimaksudkan.