2205 Duplex Stainless Steel: Properti dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
2205 Duplex Stainless Steel adalah material yang sangat serbaguna dan kuat yang dikenal karena kombinasi sifatnya yang unik yang berasal dari mikrostruktur fase ganda, yang terdiri dari fase austenitik dan ferritik. Dikelompokkan sebagai baja stainless duplex, biasanya mengandung sekitar 22% kromium, 5% nikel, dan 3% molibdenum, bersama dengan nitrogen sebagai elemen paduan kunci. Komposisi ini tidak hanya meningkatkan kekuatannya tetapi juga secara signifikan meningkatkan ketahanannya terhadap korosi, terutama di lingkungan klorida.
Ikhtisar Komprehensif
Karakteristik utama dari 2205 Duplex Stainless Steel mencakup kekuatan tinggi, ketahanan korosi yang sangat baik, dan kemampuan las yang baik. Kekuatan tariknya biasanya dua kali lipat dari baja stainless austenitik standar, yang memungkinkan penggunaan bagian yang lebih tipis dalam aplikasi struktural, mengurangi berat dan biaya material. Selain itu, ketahanannya terhadap retak korosi stres (SCC) membuatnya cocok digunakan dalam lingkungan yang keras, seperti pemrosesan kimia dan aplikasi maritim.
Kelebihan (Pro):
- Kekuatan Tinggi: Menawarkan sifat mekanik yang superior dibandingkan baja stainless standar.
- Ketahanan Korosi: Ketahanan yang sangat baik terhadap korosi lubang dan celah, terutama di lingkungan klorida.
- Efektivitas Biaya: Bagian yang lebih tipis dapat digunakan karena kekuatan yang lebih tinggi, mengarah pada penghematan material.
Limitasi (Kontra):
- Tantangan Weldability: Memerlukan kontrol yang hati-hati selama pengelasan untuk menghindari masalah seperti retakan panas.
- Kinerja Suhu Tinggi Terbatas: Meskipun berkinerja baik pada suhu sedang, sifat mekaniknya dapat menurun pada suhu yang lebih tinggi.
Secara historis, 2205 telah mendapatkan perhatian di berbagai industri karena kemampuannya untuk bertahan di lingkungan yang agresif, menjadikannya pilihan utama untuk aplikasi di sektor minyak dan gas, pulp dan kertas, serta maritim.
Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen
| Organisasi Standar | Penetapan/Kelas | Negara/Wilayah Asal | Catatan/Komentar |
|---|---|---|---|
| UNS | S32205 | USA | Ekivalen terdekat dengan EN 1.4462 |
| ASTM | A240/A240M | USA | Spesifikasi standar untuk pelat baja stainless |
| EN | 1.4462 | Eropa | Sifat serupa tetapi mungkin memiliki perbedaan komposisi kecil |
| JIS | SUS32950 | Jepang | Ekivalen dengan variasi kecil dalam kandungan nikel |
| ISO | 1.4462 | Internasional | Penetapan standar untuk baja stainless duplex |
Perbedaan halus antara kelas-kelas ekivalen ini dapat mempengaruhi pemilihan berdasarkan persyaratan aplikasi spesifik, seperti ketahanan korosi atau sifat mekanik di bawah kondisi yang bervariasi.
Sifat Kunci
Komposisi Kimia
| Elemen (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| Cr (Kromium) | 22.0 - 23.0 |
| Ni (Nikel) | 4.5 - 6.5 |
| Mo (Molibdenum) | 2.5 - 3.5 |
| N (Nitrogen) | 0.08 - 0.20 |
| Fe (Besi) | Sisa |
Elemen paduan kunci dalam 2205 Duplex Stainless Steel memainkan peran penting:
- Kromium meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan berkontribusi pada pembentukan lapisan oksida pasif.
- Nikel meningkatkan ketangguhan dan duktilitas, terutama pada suhu rendah.
- Molibdenum meningkatkan ketahanan terhadap korosi lubang dan celah, terutama di lingkungan klorida.
- Nitrogen meningkatkan kekuatan dan memperbaiki ketahanan terhadap retak korosi stres.
Sifat Mekanik
| Sifat | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai/Rentang Tipikal (Metrik) | Nilai/Rentang Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dianilasi | Suhu Ruang | 620 - 850 MPa | 90 - 123 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Tahan Datar (0.2% offset) | Dianilasi | Suhu Ruang | 450 - 600 MPa | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Dianilasi | Suhu Ruang | 25% - 40% | 25% - 40% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Rockwell B) | Dianilasi | Suhu Ruang | 80 - 95 HRB | 80 - 95 HRB | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak (Charpy V) | Dianilasi | -20°C | 40 J | 30 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi kekuatan tarik dan kekuatan tahan datar yang tinggi membuat 2205 Duplex Stainless Steel cocok untuk aplikasi yang memerlukan beban mekanik tinggi dan integritas struktural. Sifat peregangan memastikan bahwa ia dapat menahan deformasi tanpa kegagalan, menjadikannya ideal untuk aplikasi dinamis.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruang | 7.8 g/cm³ | 0.283 lb/in³ |
| Titik Lebur | - | 1425 - 1475 °C | 2600 - 2700 °F |
| Kondutivitas Termal | Suhu Ruang | 15 W/m·K | 87 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Kalor Spesifik | Suhu Ruang | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruang | 0.72 µΩ·m | 0.72 µΩ·in |
Kepadatan dan titik lebur 2205 Duplex Stainless Steel menunjukkan ketahanannya, sementara kondutivitas termal dan kapasitas kalor spesifik menunjukkan sifat manajemen termal yang baik dalam aplikasi yang melibatkan pertukaran panas.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 3-10 | 20-60 °C / 68-140 °F | Excellent | Risiko korosi lubang pada konsentrasi yang lebih tinggi |
| Asam Sulfat | 10-30 | 20-40 °C / 68-104 °F | Good | Resistensi terbatas pada suhu yang lebih tinggi |
| Air Laut | - | Ambient | Excellent | Sangat tahan terhadap korosi air laut |
| Asam Klorida | 5-10 | Ambient | Fair | Tidak disarankan untuk konsentrasi tinggi |
2205 Duplex Stainless Steel menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap berbagai lingkungan korosif, terutama dalam kondisi kaya klorida, menjadikannya cocok untuk aplikasi maritim. Namun, ia kurang efektif dalam lingkungan yang sangat asam, terutama dengan asam klorida, di mana material alternatif mungkin lebih tepat.
Jika dibandingkan dengan baja stainless lainnya, seperti 316L dan 904L, 2205 menawarkan ketahanan yang lebih baik terhadap korosi lubang dan retak korosi stres, terutama di lingkungan klorida, sementara juga memberikan kekuatan yang lebih tinggi.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batasan | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 300 °C | 572 °F | Cocok untuk layanan kontinu di bawah suhu ini |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 350 °C | 662 °F | Dapat menahan paparan jangka pendek pada suhu yang lebih tinggi |
| Suhu Pengelasan | 600 °C | 1112 °F | Mulai mengalami oksidasi dan pengelasan di atas suhu ini |
Pada suhu yang lebih tinggi, 2205 Duplex Stainless Steel mempertahankan sifat mekanis yang baik, tetapi paparan berkepanjangan dapat menyebabkan oksidasi dan pengelasan. Pertimbangan yang hati-hati terhadap suhu operasi adalah penting untuk memastikan kinerja jangka panjang.
Sifat Fabrikasi
Weldability
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Flux Pelindung Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| TIG | ER2209 | Argon | Pemanasan awal mungkin diperlukan |
| MIG | ER2209 | Argon + 2% Oksigen | Kendalikan input panas |
| SMAW | E2209 | - | Gunakan elektroda hidrogen rendah |
Pengelasan 2205 Duplex Stainless Steel memerlukan perhatian yang hati-hati untuk menghindari masalah seperti retakan panas. Pemanasan awal dan perlakuan panas pasca pengelasan dapat membantu mengurangi risiko ini, memastikan las yang kuat dan tahan lama.
Proses Pemesinan
| Parameter Pemesinan | 2205 Duplex Stainless Steel | AISI 1212 | Catatan/Tips |
|---|---|---|---|
| Indeks Pemesinan Relatif | 40% | 100% | Memerlukan alat yang tajam |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal (Penggilingan) | 30-50 m/menit | 80-100 m/menit | Gunakan pendingin untuk mengurangi penumpukan panas |
Pemesinan 2205 bisa menantang karena kekuatan tinggi dan karakteristik pengerasan kerja. Menggunakan kecepatan pemotongan dan alat yang tepat adalah hal yang penting untuk pemesinan yang efektif.
Formabilitas
2205 Duplex Stainless Steel menunjukkan formabilitas yang sedang. Pembentukan dingin mungkin dilakukan, tetapi perhatian harus diberikan untuk menghindari pengerasan kerja yang berlebihan. Pembentukan panas lebih disukai untuk bentuk yang kompleks, dengan radius bengkok yang dianjurkan minimal 2-3 kali ketebalan material untuk mencegah retakan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Range Suhu (°C/°F) | Waktu Rendam Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil Yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Pemanasan Solusi | 1020 - 1100 °C / 1868 - 2012 °F | 30 menit | Udara atau Air | Membubarkan presipitasi, meningkatkan duktilitas |
| Pengurangan Stres | 300 - 600 °C / 572 - 1112 °F | 1 jam | Udara | Mengurangi stres sisa |
Perlakuan panas 2205 Duplex Stainless Steel dapat secara signifikan mengubah mikrostrukturnya, meningkatkan sifat mekanis dan ketahanan korosi. Pemanasan solusi sangat efektif dalam mengoptimalkan keseimbangan antara kekuatan dan duktilitas.
Aplikasi dan Penggunaan Akhir Tipikal
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan |
|---|---|---|---|
| Minyak dan Gas | Platform lepas pantai | Kekuatan tinggi, ketahanan korosi | Kemampuan untuk bertahan di lingkungan yang keras |
| Pemrosesan Kimia | Tangki penyimpanan | Ketahanan terhadap korosi lubang dan SCC | Daya tahan dalam media agresif |
| Maritim | Pembangunan kapal | Ketahanan korosi di air laut | Umur panjang dan pemeliharaan yang berkurang |
| Pulp dan Kertas | Penghancur pulp | Kekuatan tinggi dan ketangguhan | Keterandalan di bawah stres mekanis |
Aplikasi lain termasuk:
- Penukar panas
- Wadah tekan
- Katup dan fitting
Pemilihan 2205 Duplex Stainless Steel dalam aplikasi ini terutama disebabkan oleh rasio kekuatan terhadap berat yang luar biasa dan ketahanan terhadap korosi, yang penting untuk memastikan keselamatan dan umur panjang di lingkungan yang menuntut.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjut
| Fitur/Sifat | 2205 Duplex Stainless Steel | 316L Stainless Steel | 904L Stainless Steel | Catatan Singkat Pro/Kontra atau Trade-off |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanik Kunci | Kekuatan Tinggi | Kekuatan Sedang | Kekuatan Tinggi | 2205 menawarkan kekuatan yang lebih baik |
| Aspek Korosi Kunci | Excellent di Klorida | Good di Klorida | Excellent di Asam | 2205 lebih baik untuk lingkungan klorida |
| Weldability | Sedang | Baik | Baik | 2205 memerlukan lebih banyak perhatian dalam pengelasan |
| Pemesinan | Sedang | Baik | Sedang | 2205 lebih sulit untuk dipotong |
| Formabilitas | Sedang | Baik | Baik | 2205 kurang dapat dibentuk |
| Kira-kira Biaya Relatif | Sedang | Lebih Tinggi | Lebih Tinggi | 2205 efektif biaya untuk kekuatan |
| Ketersediaan Tipikal | Umum | Sangat Umum | Kurang Umum | 2205 tersedia secara luas |
Ketika mempertimbangkan 2205 Duplex Stainless Steel, faktor-faktor seperti efektivitas biaya, ketersediaan, dan persyaratan aplikasi spesifik harus dievaluasi. Sifat uniknya menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi, tetapi perhatian yang hati-hati terhadap proses fabrikasi dan pengelasan sangat penting untuk memaksimalkan kinerjanya.
Singkatnya, 2205 Duplex Stainless Steel menonjol sebagai material pilihan untuk aplikasi yang menuntut karena kekuatan tinggi, ketahanan korosi yang sangat baik, dan serbaguna dalam fabrikasi. Memahami sifat dan batasan tersebut sangat penting bagi insinyur dan desainer untuk membuat pemilihan material yang cermat.