Bahan Baja Tahan Karat Khusus - Baja Tahan Karat Duplex

Baja tahan karat dupleks menggabungkan karakteristik baja tahan karat austenitik dan feritik. Dibandingkan dengan baja tahan karat feritik, ia memiliki plastisitas dan ketangguhan yang lebih tinggi, tidak ada kerapuhan suhu kamar, ketahanan korosi intergranular yang meningkat secara signifikan, dan kinerja pengelasan. Pada saat yang sama, ia mempertahankan kerapuhan 475 dan konduktivitas termal tinggi dari baja tahan karat feritik, dan memiliki karakteristik seperti superplastisitas. Dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik, ia memiliki kekuatan yang lebih tinggi dan ketahanan yang meningkat secara signifikan terhadap korosi intergranular dan korosi tegangan klorida. Baja tahan karat dua fase memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap korosi pitting dan juga merupakan baja tahan karat hemat nikel.

1. Perkembangan sejarah

Sejak kelahirannya di Amerika Serikat pada tahun 1940-an, baja tahan karat dupleks telah berkembang menjadi generasi ketiga. Fitur utamanya adalah kekuatan luluhnya dapat mencapai 400-550MPa, yang dua kali lipat dari baja tahan karat biasa, sehingga menghemat bahan dan mengurangi biaya pembuatan peralatan. Dalam hal ketahanan korosi, terutama di bawah lingkungan media yang keras seperti air laut dengan kandungan ion klorida tinggi, ketahanan terhadap korosi pitting, korosi celah, korosi tegangan, dan kelelahan korosi dari baja tahan karat dupleks secara signifikan lebih baik daripada baja tahan karat austenitik biasa, dan dapat dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik paduan tinggi.

2. Karakteristik kinerja

Karena karakteristik struktur dua fase, dengan mengendalikan komposisi kimia dan proses perlakuan panas dengan benar, baja tahan karat dupleks menggabungkan keunggulan baja tahan karat feritik dan austenitik. Ini menggabungkan ketangguhan dan kemampuan las yang sangat baik dari baja tahan karat austenitik dengan kekuatan tinggi dan ketahanan korosi tegangan klorida dari baja tahan karat feritik. Sifat-sifat superior inilah yang telah menyebabkan perkembangan pesat baja tahan karat dupleks sebagai bahan struktural yang dapat dilas. Sejak tahun 1980-an, ini telah menjadi kelas baja yang setara dengan baja tahan karat martensitik, austenitik, dan feritik. Baja tahan karat dua fase memiliki karakteristik kinerja berikut:

(1) Baja tahan karat dupleks yang mengandung molibdenum menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap korosi tegangan klorida di bawah tegangan rendah. Umumnya, baja tahan karat austenitik 18-8 rentan terhadap retak korosi tegangan dalam larutan klorida netral di atas 60 ° C. Penukar panas, penguap, dan peralatan lain yang terbuat dari jenis baja tahan karat ini dalam media industri klorida dan hidrogen sulfida jejak cenderung mengalami retak korosi tegangan, sementara baja tahan karat dupleks memiliki ketahanan yang baik.

(2) Baja tahan karat dupleks yang mengandung molibdenum memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi pitting. Ketika memiliki nilai ekivalen ketahanan pitting yang sama (PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%), potensi pitting kritis dari baja tahan karat dupleks mirip dengan baja tahan karat austenitik. Ketahanan korosi pitting dari baja tahan karat dupleks dan baja tahan karat austenitik setara dengan AISI 316L. Ketahanan terhadap korosi pitting dan celah dari baja tahan karat dupleks kromium tinggi yang mengandung 25% Cr, terutama nitrogen, melebihi AISI 316L.

(3) Memiliki ketahanan yang baik terhadap kelelahan korosi dan korosi aus. Cocok untuk pembuatan peralatan tenaga seperti pompa dan katup di bawah kondisi media korosif tertentu.

(4) Kinerja mekanis komprehensif yang baik. Memiliki kekuatan tinggi dan kekuatan kelelahan, dengan kekuatan luluh dua kali lipat dari baja tahan karat austenitik 18-8. Tingkat perpanjangan dari keadaan larutan padat mencapai 25%, dan nilai ketangguhan AK (alur berbentuk V) di atas 100J.

3. Struktur dan Tipe

Baja tahan karat dua fase memiliki karakteristik dari baja tahan karat austenitik dan feritik karena struktur dua fasenya dari austenit dan ferit, dan kandungan kedua fase tersebut pada dasarnya sama. Kekuatan luluh dapat mencapai 400Mpa~550MPa, yang dua kali lipat dari baja tahan karat austenitik biasa. Dibandingkan dengan baja tahan karat feritik, baja tahan karat dupleks memiliki ketangguhan yang lebih tinggi, suhu transisi rapuh yang lebih rendah, ketahanan korosi intergranular yang meningkat secara signifikan, dan kinerja pengelasan; Pada saat yang sama, ia mempertahankan beberapa karakteristik baja tahan karat feritik, seperti kerapuhan 475, konduktivitas termal tinggi, koefisien ekspansi linier rendah, superplastisitas, dan magnetisme. Dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik, baja tahan karat dupleks memiliki kekuatan yang lebih tinggi, terutama kekuatan luluh yang meningkat secara signifikan, dan peningkatan signifikan dalam sifat-sifat seperti ketahanan korosi pitting, ketahanan korosi tegangan, dan ketahanan kelelahan korosi.

Baja tahan karat dual phase dapat diklasifikasikan menjadi empat jenis berdasarkan komposisi kimianya: tipe Cr18, tipe Cr23 (tidak termasuk Mo), tipe Cr22, dan tipe Cr25. Untuk baja tahan karat duplex Cr25, dapat dibagi menjadi tipe biasa dan baja tahan karat super duplex, di antaranya tipe Cr22 dan tipe Cr25 lebih umum digunakan. Baja tahan karat duplex yang digunakan di China sebagian besar diproduksi di Swedia, dengan grade spesifik termasuk 3RE60 (tipe Cr18), SAF2304 (tipe Cr23), SAF2205 (tipe Cr22), dan SAF2507 (tipe Cr25).

4. Klasifikasi

Jenis pertama termasuk dalam jenis paduan rendah, diwakili oleh grade UNS S32304 (23Cr-4Ni-0.1N), yang tidak mengandung molibdenum dalam baja dan memiliki nilai PREN 24-25. Ini dapat menggantikan AISI304 atau 316 dalam hal ketahanan korosi tegangan.

Jenis kedua termasuk dalam jenis paduan menengah, diwakili oleh grade UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0.15N), dengan nilai PREN 32-33. Ketahanan korosinya berada di antara AISI 316L dan baja tahan karat austenitik 6% Mo+N.

Jenis ketiga termasuk dalam jenis paduan tinggi, umumnya mengandung 25% Cr, serta molibdenum dan nitrogen, dan beberapa juga mengandung tembaga dan tungsten. Grade standar adalah UNSS32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N), dengan nilai PREN 38-39. Ketahanan korosi baja jenis ini lebih tinggi daripada baja tahan karat duplex dengan 22% Cr.

Jenis keempat termasuk dalam jenis baja tahan karat super duplex, mengandung molibdenum dan nitrogen tinggi. Grade standar adalah UNS S32750 (25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N), dan beberapa juga mengandung tungsten dan tembaga. Nilai PREN lebih besar dari 40, yang dapat digunakan dalam kondisi media yang keras dan memiliki ketahanan korosi dan kinerja mekanis yang komprehensif, sebanding dengan baja tahan karat super austenitik.

5. Karakteristik pengelasan

Baja tahan karat dual phase memiliki kinerja pengelasan yang baik. Dibandingkan dengan baja tahan karat feritik dan baja tahan karat austenitik, baja ini tidak memiliki zona terpengaruh panas pengelasan dari baja tahan karat feritik, yang sangat mengurangi plastisitas dan ketangguhan akibat pembesaran butir yang parah, juga tidak sensitif terhadap retak panas pengelasan seperti baja tahan karat austenitik.

Karena keunggulannya yang unik, baja tahan karat duplex banyak digunakan di bidang industri seperti peralatan petrokimia, peralatan pengolahan air laut dan air limbah, pipa minyak dan gas, mesin kertas, dll. Dalam beberapa tahun terakhir, baja ini juga telah dipelajari untuk digunakan dalam struktur penahan beban jembatan dan memiliki prospek pengembangan yang besar.

Masalah kinerja pengelasan yang sering muncul dengan "baja duplex ekonomis" bukanlah masalah. Namun, pengelasan baja duplex standar bukanlah masalah, dan terlepas dari proses yang digunakan, ada bahan pengelasan yang cocok untuk aplikasi ini. Dari perspektif metalografi, pengelasan 2101 (1.4162) bukanlah masalah sama sekali. Bahkan, lebih mudah untuk mengelas daripada baja duplex grade standar karena bahan ini sebenarnya dapat dilas menggunakan proses pengelasan asetilena. Untuk bahan baja duplex standar, proses ini harus selalu dihindari. Masalah sebenarnya yang dihadapi oleh pengelasan 2101 adalah bahwa viskositas kolam lelehan berbeda, sehingga daya basahnya sedikit lebih buruk. Ini memaksa operator untuk lebih banyak menggunakan pengelasan busur selama proses pengelasan, yang justru menjadi masalah. Meskipun dapat dikompensasi dengan memilih superalloy, kita sering ingin memilih bahan pengelasan yang sesuai.

6. Material dan grade

Banyak grade baja tahan karat duplex telah ditambahkan ke standar baru GB/T 20878-2007 "Grade Baja Tahan Karat dan Baja Tahan Panas dan Komposisi Kimia" di China. Misalnya: 14Cr18Ni11Si4AlTi 022Cr19Ni5Mo3Si2N, 12Cr21Ni5Ti. Lebih banyak grade dapat ditemukan dalam standar tersebut.

Selain itu, baja duplex 2205 yang terkenal setara dengan 022Cr23Ni5Mo3N di China.

Akhirnya, beberapa halaman web dan bahkan makalah secara keliru menyebut baja tahan karat duplex sebagai baja tahan karat duplex. Bifase mengacu pada keberadaan dua jenis struktur metalografi, bukan "orientasi" arah.

Komposisi kimia

7. Persyaratan untuk pemilihan bahan las

Bahan las yang digunakan untuk baja tahan karat dupleks dicirikan oleh struktur dupleks yang didominasi oleh austenit pada jahitan las, dengan elemen utama tahan korosi (kromium, molibdenum, dll.) memiliki kandungan yang setara dengan bahan dasar, sehingga memastikan ketahanan korosi yang sebanding dengan bahan dasar. Untuk memastikan kandungan austenit dalam las, biasanya perlu meningkatkan kandungan nikel dan nitrogen, yaitu, meningkatkan ekuivalen nikel sekitar 2% hingga 4%. Dalam bahan dasar baja tahan karat dupleks, umumnya terdapat sejumlah kandungan nitrogen, dan juga diinginkan memiliki kandungan nitrogen tertentu dalam bahan las, tetapi tidak boleh terlalu tinggi, jika tidak, porositas akan terjadi. Ini membuat kandungan nikel yang tinggi menjadi perbedaan utama antara bahan las dan bahan dasar.

Pilih batang las yang sesuai dengan komposisi kimia logam dasar sesuai dengan persyaratan yang berbeda untuk ketahanan korosi dan ketangguhan sambungan. Misalnya, saat mengelas baja tahan karat dupleks Cr22, batang las Cr22Ni9Mo3 seperti batang las E2209 dapat digunakan. Saat menggunakan batang las asam, penghilangan terak sangat baik dan jahitan las terlihat estetis, tetapi ketangguhan benturan rendah. Ketika ketangguhan benturan tinggi diperlukan untuk logam las dan pengelasan posisi penuh diperlukan, batang las alkali harus digunakan. Saat mengelas bagian bawah akar, batang las alkali biasanya digunakan. Ketika ada persyaratan khusus untuk ketahanan korosi logam las, elektroda alkali dengan komposisi baja super dupleks juga harus digunakan.

Untuk kawat las pelindung gas padat, sambil memastikan bahwa logam las memiliki ketahanan korosi dan sifat mekanik yang baik, perhatian juga harus diberikan pada kinerja proses pengelasan. Untuk kawat fluks berinti, ketika pembentukan las diharapkan indah, kawat fluks berinti tipe rutil atau titanium kalsium dapat digunakan. Ketika ketangguhan benturan tinggi atau pengelasan di bawah kondisi pembatasan tinggi diperlukan, kawat fluks berinti dengan alkalinitas tinggi harus digunakan.

Untuk pengelasan busur terendam, disarankan untuk menggunakan kawat las dengan diameter lebih kecil untuk mencapai pengelasan multi-lapisan dan multi-lintasan di bawah spesifikasi pengelasan kecil dan menengah, untuk mencegah kerapuhan zona yang terpengaruh panas las dan logam las, dan menggunakan fluks alkali yang sesuai.