ASME SA213 T91: Seberapa Banyak yang Anda Ketahui?
Latar Belakang & Pendahuluan
ASME SA213 T91, nomor baja di Standar ASME SA213/SA213M standar, termasuk baja 9Cr-1Mo yang disempurnakan, yang dikembangkan dari tahun 1970-an hingga 1980-an oleh Laboratorium Nasional Rubber Ridge AS dan Laboratorium Material Metalurgi dari US Combustion Engineering Corporation bekerja sama. Dikembangkan berdasarkan baja 9Cr-1Mo sebelumnya, digunakan dalam tenaga nuklir (juga dapat digunakan di area lain) bahan bagian bertekanan suhu tinggi, merupakan generasi ketiga dari produk baja berkekuatan panas; fitur utamanya adalah mengurangi kandungan karbon, dalam pembatasan batas atas dan bawah kandungan karbon, dan kontrol yang lebih ketat terhadap kandungan elemen residu, seperti P dan S, pada saat yang sama, menambahkan jejak 0,030-0,070% dari N, dan jejak elemen pembentuk karbida padat 0,18-0,25% dari V dan 0,06-0,10% dari Nb, untuk memperbaiki persyaratan butiran, sehingga meningkatkan ketangguhan plastik dan kemampuan las baja, meningkatkan stabilitas baja pada suhu tinggi, setelah penguatan multi-komposit ini, pembentukan jenis baru baja paduan tahan panas kromium tinggi martensit.
ASME SA213 T91, biasanya memproduksi produk untuk tabung berdiameter kecil, terutama digunakan dalam boiler, superheater, dan penukar panas.
Mutu Baja T91 yang Sesuai Secara Internasional
|
Negara |
Amerika Serikat | Jerman | Jepang | Perancis | Cina |
| Mutu Baja Setara | Pesawat SA-213 T91 | X10CrMoVNNb91 | HCM95 | Nomor TUZ10CDVNb0901 | 10Cr9Mo1VNbN |
Kita akan mengenali baja ini dari beberapa aspek di sini.
I. Komposisi Kimia dari ASME SA213 T91
| Elemen | C | M N | P | S | Ya | Kr | Mo | Tidak | V | Catatan | N | Al |
| Isi | 0.07-0.14 | 0.30-0.60 | ≤0,020 | ≤0,010 | 0.20-0.50 | 8.00-9.50 | 0.85-1.05 | ≤0,40 | 0.18-0.25 | 0.06-0.10 | 0.030-0.070 | ≤0,020 |
II. Analisis Kinerja
2.1 Peranan unsur paduan terhadap sifat material: Elemen paduan baja T91 berperan memperkuat larutan padat dan memperkuat difusi serta meningkatkan ketahanan baja terhadap oksidasi dan korosi, dianalisis secara eksplisit sebagai berikut.
2.1.1 Karbon merupakan efek penguatan larutan padat yang paling nyata dari elemen baja; dengan peningkatan kandungan karbon, kekuatan jangka pendek baja, plastisitas, dan ketangguhan menurun, baja T91 tersebut, peningkatan kandungan karbon akan mempercepat kecepatan sferoidisasi karbida dan kecepatan agregasi, mempercepat redistribusi elemen paduan, mengurangi kemampuan las, ketahanan korosi dan ketahanan oksidasi baja, sehingga baja tahan panas umumnya ingin mengurangi jumlah kandungan karbon. Namun, kekuatan baja akan menurun jika kandungan karbon terlalu rendah. Baja T91, dibandingkan dengan baja 12Cr1MoV, memiliki kandungan karbon yang berkurang sebesar 20%, yang merupakan pertimbangan cermat terhadap dampak faktor-faktor di atas.
2.1.2 Baja T91 mengandung jejak nitrogen; peran nitrogen tercermin dalam dua aspek. Di satu sisi, peran penguatan larutan padat, nitrogen pada suhu kamar dalam kelarutan baja minimal, zona yang terpengaruh panas las baja T91 dalam proses pemanasan pengelasan dan perlakuan panas pasca pengelasan, akan ada suksesi larutan padat dan proses presipitasi VN: Zona yang terpengaruh panas pemanasan pengelasan telah terbentuk dalam organisasi austenitik karena kelarutan VN, kandungan nitrogen meningkat, dan setelah itu, tingkat supersaturasi dalam organisasi suhu kamar meningkat dalam perlakuan panas las berikutnya ada sedikit presipitasi VN, yang meningkatkan stabilitas organisasi dan meningkatkan nilai kekuatan tahan lama zona yang terpengaruh panas. Di sisi lain, baja T91 juga mengandung sejumlah kecil A1; nitrogen dapat dibentuk dengan A1N-nya, A1N hanya terlarut dalam sejumlah besar ke dalam matriks pada suhu lebih dari 1.100℃, kemudian diendapkan kembali pada suhu yang lebih rendah, yang dapat memberikan efek penguatan difusi yang lebih baik.
2.1.3 Menambahkan kromium terutama untuk meningkatkan ketahanan oksidasi baja tahan panas, ketahanan korosi, kandungan kromium kurang dari 5%, 600 ℃ mulai teroksidasi hebat, sedangkan jumlah kandungan kromium hingga 5% memiliki ketahanan oksidasi yang sangat baik. Baja 12Cr1MoV pada 580 ℃ berikut memiliki ketahanan oksidasi yang baik, kedalaman korosi 0,05 mm / a, 600 ℃ ketika kinerja mulai memburuk, kedalaman korosi 0,13 mm / a. T91 yang mengandung kandungan kromium 1 100 ℃ sebelum sejumlah besar terlarut ke dalam matriks, dan pada suhu yang lebih rendah dan presipitasi ulang dapat memainkan efek penguatan difusi suara. / Kandungan kromium T91 meningkat menjadi sekitar 9%, penggunaan suhu dapat mencapai 650 ℃, ukuran utama adalah membuat matriks terlarut dalam lebih banyak kromium.
2.1.4 Vanadium dan niobium merupakan unsur pembentuk karbida yang vital. Bila ditambahkan untuk membentuk paduan karbida yang halus dan stabil dengan Karbon, akan terjadi efek penguatan difusi yang solid.
2.1.5 Penambahan molibdenum terutama meningkatkan kekuatan termal baja dan memperkuat larutan padat.
2.2 Sifat Mekanik
Billet T91, setelah perlakuan panas akhir untuk normalisasi + tempering suhu tinggi, memiliki kekuatan tarik suhu ruangan ≥ 585 MPa, kekuatan luluh suhu ruangan ≥ 415 MPa, kekerasan ≤ 250 HB, perpanjangan (jarak 50 mm dari spesimen melingkar standar) ≥ 20%, nilai tegangan yang diizinkan [σ] 650 ℃ = 30 MPa.
Proses perlakuan panas: suhu normalisasi 1040℃, waktu penahanan tidak kurang dari 10 menit, suhu temper 730~780℃, waktu penahanan tidak kurang dari satu jam.
2.3 Kinerja pengelasan
Sesuai dengan rumus ekuivalen karbon yang direkomendasikan oleh International Welding Institute, ekuivalen karbon baja T91 dihitung sebesar 2,43%, dan kemampuan las T91 yang tampak buruk.
Baja tidak cenderung untuk memanas kembali dan retak.
2.3.1 Masalah pada pengelasan T91
2.3.1.1 Retaknya organisasi yang mengeras di zona yang terkena panas
Kecepatan kritis pendinginan T91 rendah, austenit sangat stabil, dan pendinginan tidak terjadi dengan cepat selama transformasi perlit standar. Harus didinginkan ke suhu yang lebih rendah (sekitar 400 ℃) untuk diubah menjadi martensit dan organisasi kasar.
Pengelasan yang dihasilkan oleh zona yang terpengaruh panas dari berbagai organisasi memiliki kepadatan yang berbeda, koefisien ekspansi, dan bentuk kisi yang berbeda dalam proses pemanasan dan pendinginan pasti akan disertai dengan ekspansi dan kontraksi volume yang berbeda; di sisi lain, karena pemanasan pengelasan memiliki karakteristik yang tidak merata dan suhu tinggi, sehingga sambungan las T91 adalah tegangan internal yang sangat besar. Sambungan organisasi martensit kasar yang dikeraskan yang berada dalam keadaan tegangan kompleks, pada saat yang sama, proses pendinginan las difusi hidrogen dari las ke area dekat jahitan, keberadaan hidrogen telah berkontribusi pada kerapuhan martensit, kombinasi efek ini, mudah untuk menghasilkan retakan dingin di area yang dipadamkan.
2.3.1.2 Pertumbuhan biji-bijian di zona yang terkena panas
Siklus termal pengelasan secara signifikan memengaruhi pertumbuhan butiran di zona yang terpengaruh panas pada sambungan las, terutama di zona fusi yang berdekatan dengan suhu pemanasan maksimum. Ketika laju pendinginan rendah, zona yang terpengaruh panas yang dilas akan tampak memiliki susunan ferit dan karbida masif yang kasar sehingga plastisitas baja berkurang secara signifikan; laju pendinginan signifikan karena produksi susunan martensit yang kasar, tetapi plastisitas sambungan las juga akan berkurang.
2.3.1.3 Pembentukan lapisan lunak
Baja T91 yang dilas dalam keadaan temper, zona yang terkena panas menghasilkan lapisan pelunakan yang tak terelakkan, yang lebih parah daripada pelunakan baja tahan panas perlit. Pelunakan lebih nyata saat menggunakan spesifikasi dengan laju pemanasan dan pendinginan yang lebih lambat. Selain itu, lebar lapisan yang dilunakkan dan jaraknya dari garis fusi terkait dengan kondisi pemanasan dan karakteristik pengelasan, pemanasan awal, dan perlakuan panas pasca-pengelasan.
2.3.1.4 Retak korosi tegangan
Baja T91 dalam perlakuan panas pasca-las sebelum suhu pendinginan umumnya tidak kurang dari 100 ℃. Jika pendinginan pada suhu kamar dan lingkungan relatif lembab, mudah terjadi retak korosi tegangan. Peraturan Jerman: Sebelum perlakuan panas pasca-las, harus didinginkan hingga di bawah 150 ℃. Dalam kasus benda kerja yang lebih tebal, las fillet, dan geometri yang buruk, suhu pendinginan tidak kurang dari 100 ℃. Jika pendinginan pada suhu kamar dan kelembaban sangat dilarang, jika tidak mudah terjadi retak korosi tegangan.
2.3.2 Proses pengelasan
2.3.2.1 Metode pengelasan: Pengelasan manual, pengelasan kutub tungsten berpelindung gas, atau pengelasan otomatis kutub leleh dapat digunakan.
2.3.2.2 Bahan las: dapat memilih kawat las WE690 atau batang las.
Pemilihan material pengelasan:
(1) Pengelasan baja yang sama – jika pengelasan manual dapat digunakan untuk membuat batang las manual CM-9Cb, pengelasan berpelindung gas tungsten dapat digunakan untuk membuat TGS-9Cb, pengelasan otomatis tiang leleh dapat digunakan untuk membuat kawat MGS-9Cb;
(2) pengelasan baja yang berbeda – seperti pengelasan dengan baja tahan karat austenitik tersedia bahan habis pakai las ERNiCr-3.
2.3.2.3 Titik-titik proses pengelasan:
(1) pilihan suhu pemanasan awal sebelum pengelasan
Titik Ms baja T91 sekitar 400 ℃; suhu pemanasan awal umumnya dipilih pada 200 ~ 250 ℃. Suhu pemanasan awal tidak boleh terlalu tinggi. Jika tidak, laju pendinginan sambungan berkurang, yang dapat disebabkan oleh pengendapan karbida dan pembentukan organisasi ferit pada sambungan las pada batas butir, sehingga secara signifikan mengurangi ketangguhan impak sambungan las baja pada suhu ruangan. Jerman menyediakan suhu pemanasan awal 180 ~ 250 ℃; USCE menyediakan suhu pemanasan awal 120 ~ 205 ℃.
(2) pilihan saluran pengelasan / suhu interlayer
Suhu interlayer tidak boleh lebih rendah dari batas bawah suhu pemanasan awal. Namun, seperti halnya pemilihan suhu pemanasan awal, suhu interlayer tidak boleh terlalu tinggi. Suhu interlayer pengelasan T91 umumnya dikontrol pada 200 ~ 300 ℃. Peraturan Prancis: suhu interlayer tidak melebihi 300 ℃. Peraturan AS: suhu interlayer dapat berada di antara 170 ~ 230 ℃.
(3) pilihan suhu awal perlakuan panas pasca pengelasan
T91 memerlukan pendinginan pasca-las hingga di bawah titik Ms dan ditahan selama periode tertentu sebelum perlakuan tempering, dengan laju pendinginan pasca-las 80 ~ 100 ℃ / jam. Jika tidak diisolasi, susunan austenitik sambungan mungkin tidak sepenuhnya berubah; pemanasan tempering akan mendorong presipitasi karbida di sepanjang batas butir austenitik, yang membuat susunannya sangat getas. Namun, T91 tidak dapat didinginkan hingga suhu ruangan sebelum tempering setelah pengelasan karena retak dingin berbahaya saat sambungan lasnya didinginkan hingga suhu ruangan. Untuk T91, suhu awal perlakuan panas pasca-las terbaik 100 ~ 150 ℃ dan ditahan selama satu jam dapat memastikan transformasi susunan yang lengkap.
(4) suhu temper perlakuan panas pasca pengelasan, waktu penahanan, pemilihan laju pendinginan temper
Temperatur temper: Kecenderungan retak dingin baja T91 lebih signifikan, dan dalam kondisi tertentu, rentan terhadap Retak tertunda, sehingga sambungan las harus ditempa dalam waktu 24 jam setelah pengelasan. Keadaan pasca-pengelasan T91 dari organisasi martensit bubut, setelah temper, dapat diubah menjadi martensit temper; kinerjanya lebih unggul daripada martensit bubut. Temperatur temper rendah; efek temper tidak terlihat; logam las mudah menua dan rapuh; suhu temper terlalu tinggi (lebih dari garis AC1), sambungan dapat diaustenisasi lagi, dan dalam proses pendinginan berikutnya untuk dipadamkan kembali. Pada saat yang sama, seperti yang dijelaskan sebelumnya dalam makalah ini, menentukan suhu temper juga harus mempertimbangkan pengaruh lapisan pelunakan sambungan. Secara umum, suhu temper T91 730 ~ 780 ℃.
Waktu penahanan: T91 memerlukan waktu penahanan temper pasca pengelasan minimal satu jam untuk memastikan organisasinya sepenuhnya berubah menjadi martensit temper.
Laju pendinginan temper: Untuk mengurangi tegangan sisa sambungan las baja T91, laju pendinginan harus kurang dari lima ℃/menit.
Secara keseluruhan proses pengelasan baja T91 pada proses pengendalian suhu dapat diringkas pada gambar dibawah ini:
Proses kontrol suhu dalam proses pengelasan tabung baja T91
III. Pemahaman tentang ASME SA213 T91
3.1 Baja T91, berdasarkan prinsip paduan, terutama menambahkan sejumlah kecil niobium, vanadium, dan elemen jejak lainnya, secara signifikan meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan oksidasi dibandingkan dengan baja 12 Cr1MoV, tetapi kinerja pengelasannya buruk.
Baja 3.2 T91 memiliki kecenderungan lebih besar terhadap retak dingin selama pengelasan dan perlu dipanaskan terlebih dahulu hingga 200 ~ 250 ℃, menjaga suhu interlayer pada 200 ~ 300 ℃, yang secara efektif dapat mencegah retak dingin.
3.3 Perlakuan panas pasca pengelasan baja T91 harus didinginkan hingga 100~150℃, isolasi satu jam, suhu pemanasan dan temper hingga 730~780℃, waktu isolasi tidak kurang dari satu jam, dan terakhir, kecepatan pendinginan hingga suhu ruangan tidak lebih dari 5℃/menit.
IV. Proses Pembuatan ASME SA213 T91
Proses pembuatan SA213 T91 memerlukan beberapa metode, termasuk peleburan, penusukan, dan penggulungan. Proses peleburan harus mengendalikan komposisi kimia untuk memastikan pipa baja memiliki ketahanan korosi yang sangat baik. Proses penusukan dan penggulungan memerlukan kontrol suhu dan tekanan yang tepat untuk mendapatkan sifat mekanis dan akurasi dimensi yang dibutuhkan. Selain itu, pipa baja perlu diberi perlakuan panas untuk menghilangkan tekanan internal dan meningkatkan ketahanan korosi.
V. Aplikasi ASME SA213 T91
Bahasa Indonesia: ASME SA213 T91 adalah baja tahan panas kromium tinggi, terutama digunakan dalam pembuatan superheater dan reheater suhu tinggi dan bagian bertekanan lainnya dari boiler pembangkit listrik subkritis dan superkritis dengan suhu dinding logam tidak melebihi 625°C, dan juga dapat digunakan sebagai bagian bertekanan suhu tinggi dari bejana tekan dan tenaga nuklir. SA213 T91 memiliki ketahanan mulur yang sangat baik dan dapat mempertahankan ukuran dan bentuk yang stabil pada suhu tinggi dan di bawah beban jangka panjang. Aplikasi utamanya meliputi boiler, superheater, penukar panas, dan peralatan lainnya dalam industri tenaga listrik, kimia, dan minyak bumi. Ini banyak digunakan dalam dinding berpendingin air industri petrokimia dari boiler bertekanan tinggi, tabung ekonomizer, superheater, reheater, dan tabung.
