Duplex Stainless Steel: Sifat dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Duplex stainless steel adalah kategori baja tahan karat yang menggabungkan sifat-sifat menguntungkan dari baja tahan karat austenitik dan ferritik. Kombinasi unik ini dicapai melalui mikrostruktur yang seimbang, biasanya terdiri dari sekitar 50% austenit dan 50% ferrit. Unsur paduan utama dalam duplex stainless steel termasuk kromium, nikel, dan molibdenum, yang sangat mempengaruhi sifat mekanik dan ketahanan korosi.
Ikhtisar Komprehensif
Duplex stainless steel diklasifikasikan sebagai baja tahan karat austenitik-ferritik, yang ditandai dengan kekuatan tinggi, ketahanan korosi yang sangat baik, dan sifat las yang baik. Unsur paduan utamanya meliputi:
- Kromium (Cr): Umumnya hadir dalam konsentrasi 18-30%, kromium meningkatkan ketahanan korosi dan berkontribusi pada pembentukan lapisan oksida pelindung.
- Nikel (Ni): Biasanya ditemukan dalam jumlah 4-8%, nikel meningkatkan ketangguhan dan keduktilan, terutama pada suhu rendah.
- Molibdenum (Mo): Sering ditambahkan dalam jumlah 2-5%, molibdenum meningkatkan ketahanan terhadap korosi pitting dan korosi retakan, terutama dalam lingkungan klorida.
Karakteristik penting dari duplex stainless steel mencakup kekuatan tarik yang tinggi, ketangguhan benturan yang baik, dan ketahanan terhadap retakan korosi akibat tegangan (SCC).
Keuntungan:
- Kekuatan Tinggi: Duplex stainless steel menunjukkan kekuatan luluh lebih tinggi dibandingkan dengan kelas austenitik dan ferritik, memungkinkan untuk bagian yang lebih tipis dalam aplikasi.
- Ketahanan Korosi: Ketahanan yang sangat baik terhadap korosi lokal, seperti pitting dan korosi retakan.
- Cost-Effectiveness: Kadar nikel yang lebih rendah dibandingkan dengan kelas austenitik dapat mengurangi biaya material.
Limitasi:
- Kemudahan Pengelasan: Meskipun umumnya baik, duplex stainless steel dapat lebih sulit untuk dilas dibandingkan kelas austenitik karena risiko pembentukan fase yang merugikan.
- Kerapuhan: Pada suhu tertentu, terutama selama pengelasan, duplex stainless steel dapat menjadi rapuh jika tidak dikelola dengan baik.
Secara historis, duplex stainless steel dikembangkan pada tahun 1930-an dan sejak itu telah mendapatkan popularitas di berbagai industri, termasuk minyak dan gas, pengolahan kimia, dan aplikasi laut, karena kombinasi sifatnya yang unik.
Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen
| Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Wilayah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | S31803 | USA | Ekivalen terdekat dengan EN 1.4462 |
| ASTM | A240 | USA | Spesifikasi standar untuk plat baja tahan karat |
| EN | 1.4462 | Eropa | Kelas duplex yang umum digunakan |
| JIS | SUS329J3L | Jepang | Mirip dengan S31803 tetapi dengan perbedaan komposisi kecil |
| DIN | X2CrNiMoN22-5-3 | Jerman | Ekivalen dengan S31803 dengan fokus khusus pada kadar nitrogen |
Perbedaan antara kelas-kelas ini dapat mempengaruhi kinerja, terutama dalam hal ketahanan korosi dan sifat mekanik. Misalnya, sementara S31803 dan 1.4462 sering dianggap setara, variasi dalam kadar nitrogen dapat menyebabkan perbedaan dalam kekuatan dan ketangguhan.
Sifat Kunci
Komposisi Kimia
| Unsur (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| Cr (Kromium) | 18.0 - 28.0 |
| Ni (Nikel) | 4.5 - 8.0 |
| Mo (Molibdenum) | 2.0 - 5.0 |
| N (Nitrogen) | 0.08 - 0.20 |
| C (Karbon) | ≤ 0.03 |
| Si (Silikon) | ≤ 1.0 |
| Mn (Mangan) | ≤ 2.0 |
| P (Fosfor) | ≤ 0.03 |
| S (Belerang) | ≤ 0.01 |
Peran utama unsur paduan kunci dalam duplex stainless steel mencakup:
- Kromium: Memberikan ketahanan korosi dan meningkatkan pembentukan lapisan oksida pelindung.
- Nikel: Meningkatkan ketangguhan dan keduktilan, terutama pada suhu rendah.
- Molibdenum: Meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi retakan, terutama dalam lingkungan klorida.
- Nitrogen: Meningkatkan kekuatan dan meningkatkan ketahanan terhadap retakan korosi akibat tegangan.
Sifat Mekanik
| Sifat | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai Khas/Rentang (Metrik) | Nilai Khas/Rentang (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Diregang | Suhu Ruangan | 620 - 850 MPa | 90 - 123 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Luluh (offset 0.2%) | Diregang | Suhu Ruangan | 450 - 600 MPa | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Diregang | Suhu Ruangan | 25 - 40% | 25 - 40% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Rockwell B) | Diregang | Suhu Ruangan | 80 - 95 HRB | 80 - 95 HRB | ASTM E18 |
| Kekuatan Benturan (Charpy) | Diregang | -20°C | 50 - 100 J | 37 - 74 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi sifat mekanik ini membuat duplex stainless steel sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap beban mekanik, seperti dalam bejana tekanan dan sistem pipa.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruangan | 7.8 g/cm³ | 0.283 lb/in³ |
| Titik Lebur/Rentang | - | 1350 - 1400 °C | 2462 - 2552 °F |
| Kondutivitas Termal | Suhu Ruangan | 15 W/m·K | 87 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Panas Spesifik | Suhu Ruangan | 500 J/kg·K | 0.119 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruangan | 0.72 µΩ·m | 0.0000013 Ω·ft |
| Koeffisien Perluasan Termal | 20 - 100 °C | 16.0 x 10⁻⁶/K | 8.9 x 10⁻⁶/°F |
Signifikasi praktis dari sifat fisik utama mencakup:
- Kepadatan: Mempengaruhi pertimbangan berat dalam aplikasi struktural.
- Kondutivitas Termal: Penting untuk aplikasi yang melibatkan penukar panas.
- Kapasitas Panas Spesifik: Mempengaruhi manajemen termal dalam aplikasi suhu tinggi.
Ketahanan Korosi
| Agens Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 3-10 | 20-60 / 68-140 | Sangat Baik | Risiko pitting |
| Asam Sulfat | 10-20 | 20-40 / 68-104 | Baik | Risiko SCC |
| Asam Klorida | 5-10 | 20-40 / 68-104 | Kelompok | Tidak direkomendasikan |
| Air Laut | - | 20-40 / 68-104 | Sangat Baik | Resistant to crevice corrosion |
Duplex stainless steel menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap berbagai lingkungan korosif, terutama dalam kondisi kaya klorida, menjadikannya cocok untuk aplikasi laut. Namun, ia dapat rentan terhadap retakan korosi akibat tegangan (SCC) dalam lingkungan tertentu, terutama di hadapan klorida dan pada suhu tinggi.
Ketika dibandingkan dengan stainless steel austenitik seperti 316L, duplex stainless steel menawarkan ketahanan yang lebih baik terhadap pitting dan korosi retakan, sambil juga memberikan kekuatan yang lebih tinggi. Namun, mereka mungkin tidak berkinerja sebaik kelas ferritik dalam lingkungan reduktif.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 300 | 572 | Cocok untuk aplikasi suhu tinggi |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 350 | 662 | Dapat menahan paparan jangka pendek |
| Suhu Pembesaran | 600 | 1112 | Risiko oksidasi di atas suhu ini |
| Pertimbangan Kekuatan Creeping | 400 | 752 | Mulai terdegradasi pada suhu tinggi |
Duplex stainless steel mempertahankan sifat mekanik yang baik pada suhu tinggi, tetapi harus diperhatikan agar tidak terpapar suhu di atas 300 °C (572 °F) untuk mencegah oksidasi dan kehilangan kekuatan.
Sifat Fabrikasi
Kemudahan Las
| Proses Las | Logam Isian yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Perlindungan yang Umum | Catatan |
|---|---|---|---|
| TIG | ER2209 | Argon | Baik untuk bagian tipis |
| MIG | ER2209 | Argon + CO2 | Cocok untuk bagian yang lebih tebal |
| SMAW | E2209 | - | Memerlukan pemanasan terlebih dahulu untuk bagian tebal |
Duplex stainless steel umumnya dapat dilas menggunakan teknik standar, tetapi perhatian harus diambil untuk mengontrol input panas untuk menghindari pembentukan fase yang merugikan. Pemanasan awal dan perlakuan panas pasca las mungkin diperlukan untuk memastikan sifat yang optimal.
Kemudahan Pemrosesan
| Parameter Pemrosesan | Duplex Stainless Steel | Baja Patokan (AISI 1212) | Catatan/Saran |
|---|---|---|---|
| Indeks Kemudahan Pemrosesan Relatif | 20-30% | 100% | Lebih sulit diproses |
| Kecepatan Pemotongan Umum (Pemotongan) | 30-50 m/menit | 80-100 m/menit | Gunakan alat dari karbida |
Kemudahan pemrosesan duplex stainless steel lebih rendah dibandingkan dengan kelas austenitik, memerlukan pemilihan alat dan parameter pemotongan yang hati-hati untuk mencapai hasil yang optimal.
Formabilitas
Duplex stainless steel menunjukkan formabilitas sedang. Pembentukan dingin dapat dilakukan, tetapi perhatian harus diambil untuk menghindari pengerasan kerja yang berlebihan. Pembentukan panas lebih disukai untuk bentuk yang kompleks, dengan jari-jari bend yang direkomendasikan lebih besar dibandingkan dengan kelas austenitik untuk mencegah retakan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Rendam Umum | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Pemanasan Larutan | 1020 - 1100 / 1868 - 2012 | 30 menit | Udara atau air | Pelarutan presipitat |
| Pengurangan Tegangan | 300 - 600 / 572 - 1112 | 1 jam | Udara | Mengurangi tegangan sisa |
Proses perlakuan panas seperti pemanasan larutan sangat penting untuk mengoptimalkan mikrostruktur dan sifat duplex stainless steel. Perlakuan ini membantu melarutkan presipitat dan meningkatkan ketahanan korosi.
Aplikasi Umum dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Utama yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Minyak dan Gas | Pangkalan lepas pantai | Kekuatan tinggi, ketahanan korosi | Daya tahan dalam lingkungan yang keras |
| Pengolahan Kimia | Giant penyimpanan | Ketahanan terhadap pitting dan SCC | Keamanan dan umur panjang |
| Laut | Pembangunan kapal | Ketahanan korosi di air laut | Umur layanan yang diperpanjang |
| Pembangkit Listrik | Penukar panas | Kekuatan tinggi dan konduktivitas termal | Efisiensi dalam transfer panas |
Aplikasi lainnya meliputi:
- Sistem pipa di pabrik kimia
- Bejana tekanan di industri petrokimia
- Komponen di pabrik desalinasi
Duplex stainless steel dipilih untuk aplikasi ini karena kombinasi unik dari kekuatan, ketahanan korosi, dan biaya yang efektif, menjadikannya ideal untuk lingkungan yang menuntut.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lainnya
| Fitur/Sifat | Duplex Stainless Steel | Kelas Alternatif 1 | Kelas Alternatif 2 | Catatan Pro/Kon atau Perdagangan Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanik Utama | Kekuatan tinggi | Kekuatan sedang | Kekuatan tinggi | Duplex menawarkan rasio kekuatan-terhadap-berat yang lebih baik |
| Aspek Korosi Utama | Ketahanan yang sangat baik | Ketahanan yang baik | Ketahanan yang sedang | Duplex unggul di lingkungan klorida |
| Kemudahan Las | Sedang | Baik | Sangat Baik | Memerlukan kontrol yang hati-hati selama pengelasan |
| Kemudahan Pemrosesan | Lebih rendah | Lebih tinggi | Sedang | Lebih menantang untuk diproses dibandingkan dengan kelas austenitik |
| Perkiraan Biaya Relatif | Sedang | Lebih rendah | Lebih tinggi | Biaya efektif untuk aplikasi berkinerja tinggi |
| Ketersediaan Umum | Sedang | Tinggi | Sedang | Ketersediaan dapat bervariasi berdasarkan wilayah |
Ketika memilih duplex stainless steel, pertimbangan mencakup efisiensi biaya, ketersediaan, dan persyaratan aplikasi spesifik. Sifat uniknya menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi, tetapi perhatian harus diberikan pada proses fabrikasi untuk memastikan kinerja optimal.
Singkatnya, duplex stainless steel merupakan pilihan material yang serbaguna dan berkinerja tinggi untuk berbagai aplikasi teknik, menggabungkan kekuatan, ketahanan korosi, dan biaya.