Tiga Keluarga Berbeda Dalam Satu Nama
Baja kromium-nikel-molibdenum adalah deskripsi luas yang mencakup tiga bahan yang sangat berbeda. Yang pertama adalah baja struktural paduan yang dipadamkan dan ditempa yang diwakili oleh 40CrNiMo, digunakan untuk poros, roda gigi, dan bagian-bagian mesin yang bertekanan tinggi. Yang kedua adalah keluarga baja tahan karat austenitik yang diwakili oleh 316 dan 316L, digunakan untuk peralatan kimia dan proses. Yang ketiga adalah keluarga baja tahan karat dupleks, yang bejana tekan dan tingkat perpipaannya mencakup komposisi 2205 dan 2507, di mana fase ferit dan austenit masing-masing menempati sekitar setengah dari struktur.
Ketiganya mengandung kromium, nikel, dan molibdenum, namun tidak mampu menahan korosi dengan cara yang sama. Hanya dua keluarga tahan karat yang mengandalkan film pasif kaya kromium. Baja struktural paduan bergantung pada sifat mekaniknya dan harus dilindungi dengan pelapisan, pelapisan, atau penyisihan korosi setiap kali terkena lingkungan basah.
Peran Setiap Elemen Paduan
Kromium:di atas kira-kira 10,5 persen massanya membentuk lapisan oksida yang stabil dan dapat diperbaiki sendiri di permukaan. Film ini adalah dasar dari perilaku tahan karat.
Nikel:menstabilkan fase austenitik, meningkatkan ketangguhan dan keuletan pada suhu rendah dan berkontribusi terhadap ketahanan dalam mereduksi asam.
Molibdenum:secara substansial meningkatkan ketahanan terhadap korosi lubang dan celah di lingkungan bantalan klorida, dan meningkatkan ketahanan terhadap pengurangan serangan asam.
Nitrogen:memperkuat austenit dalam nilai austenitik dupleks dan paduan tinggi serta memberikan kontribusi yang kuat terhadap ketahanan pitting.
Efek gabungan dari tiga elemen tahan lubang dinyatakan sebagai angka ekuivalen ketahanan lubang, PREN, dihitung sebagai kromium ditambah 3,3 kali molibdenum ditambah 16 kali nitrogen, menggunakan persentase massa masing-masing elemen.
Kinerja Korosi Dibandingkan
| Keluarga dan kelas | Komposisi yang khas | PREN | Catatan layanan |
|---|---|---|---|
| Baja paduan 40CrNiMo | 0,40 C, 0,6 hingga 0,9 Cr, 1,25 hingga 1,65 Ni, 0,15 hingga 0,25 Mo | Tidak berlaku | Tidak ada film pasif; memerlukan pelapisan atau penyisihan korosi |
| austenitik 316L | Sekitar 17 Cr, 12 Ni, 2,5 Mo, rendah karbon | Sekitar 24 | Ketahanan korosi umum yang baik; risiko retak korosi pitting dan tegangan pada klorida panas |
| dupleks 2205, UNS S32205 | Sekitar 22 Cr, 5 Ni, 3 Mo, 0,17 N | 34 atau lebih tinggi | Kekuatan tinggi dengan lubang klorida yang sangat baik dan ketahanan terhadap korosi tegangan |
| 2507 super dupleks, UNS S32750 | Sekitar 25 Cr, 7 Ni, 4 Mo, 0,27 N | 40 atau lebih tinggi | Layanan air laut dan klorida yang agresif |
Nilai dupleks Cina yang setara adalah S22053 untuk komposisi 022Cr23Ni5Mo3N dan S25073 untuk komposisi 022Cr25Ni7Mo4N. Dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik standar, keluarga dupleks memiliki kekuatan yang jauh lebih tinggi dan ketahanan yang jauh lebih baik terhadap retak korosi tegangan klorida dan korosi antar butir, sekaligus mempertahankan ketangguhan dan kemampuan las yang baik.
Sifat Mekanik 40CrNiMo
40CrNiMo hingga GB/T 3077 adalah baja struktural paduan kromium-nikel-molibdenum dengan karbon dalam kisaran 0,37 hingga 0,44 persen, silikon 0,17 hingga 0,37 persen, mangan 0,50 hingga 0,80 persen, kromium 0,60 hingga 0,90 persen, nikel 1,25 hingga 1,65 persen dan molibdenum 0,15 hingga 0,25 persen. Minyak yang didinginkan pada suhu sekitar 850 derajat C dan ditempa pada suhu sekitar 600 derajat C menghasilkan kekuatan tarik minimum sebesar 980 MPa dan kekuatan luluh minimum sebesar 835 MPa, dengan kekuatan lelah dan ketangguhan yang membuatnya cocok untuk komponen bertekanan besar seperti poros, roda gigi, dan bagian penghubung.
Perilaku korosinya adalah seperti pada baja paduan, bukan baja tahan karat. Kandungan kromium jauh di bawah tingkat yang dibutuhkan untuk film pasif yang stabil, sehingga paparan kelembaban, klorida atau kondensat asam yang tidak terlindungi akan menghasilkan korosi umum yang cepat. Dalam prakteknya material dilindungi dengan pelapisan, pengecatan, peminyakan atau dengan desain dalam batas korosi.
Aturan Seleksi dan Kesalahan Umum
Austenitic 316L tidak kebal terhadap retak korosi tegangan klorida. Risiko meningkat seiring dengan suhu, konsentrasi klorida, dan tekanan yang diterapkan, dan kadar klorida biasanya terbatas pada kadar klorida sedang jauh di bawah titik didih atmosfer.
Nilai dupleks menawarkan kekuatan tinggi dengan ketahanan terhadap klorida, namun kisaran suhu layanannya terbatas karena fase ferit dapat mengalami penggetasan pada suhu tinggi.
Jangan pernah mencampur keluarga dalam sistem basah tanpa mempertimbangkan sambungan galvanik. Komponen tahan karat yang dipadukan dengan baja karbon atau baja paduan akan mempercepat serangan terhadap material yang kurang mulia.
Sensitisasi di zona yang terkena dampak panas pada tingkat yang tidak stabil dapat dihindari dengan menggunakan bahan karbon rendah atau bahan yang distabilkan dan dengan mengontrol masukan panas pengelasan.
Lapisan film pasif dapat rusak di celah-celah dan di bawah endapan, sehingga drainase, pembersihan, dan desain sambungan sama pentingnya dengan pemilihan paduan.
Tentukan paduan berdasarkan nomor, bukan berdasarkan deskripsi. Baja kromium-nikel-molibdenum dapat berarti salah satu dari tiga kelompok di atas, dan konsekuensi korosi jika memilih baja yang salah sangatlah parah.
Pertanyaan Umum
T: Apakah 40CrNiMo merupakan baja tahan karat?
Tidak. Ini adalah baja struktural paduan yang dipadamkan dan ditempa dengan kromium kurang dari satu persen. Ia memiliki kekuatan tinggi dan ketahanan lelah yang baik tetapi tidak memiliki film pasif tahan karat, sehingga harus dilindungi dari korosi.
T: Apa yang dimaksud dengan PREN?
Angka setara ketahanan lubang, dihitung sebagai kromium ditambah 3,3 kali molibdenum ditambah 16 kali nitrogen. Nilai yang lebih tinggi menunjukkan ketahanan yang lebih baik terhadap korosi lubang dan celah di lingkungan klorida.
T: Mengapa baja tahan karat dupleks lebih baik daripada baja tahan karat 316L dalam hal klorida?
Nilai dupleks mengandung lebih banyak kromium, molibdenum dan nitrogen, yang meningkatkan PREN menjadi 34 atau lebih tinggi pada tahun 2205 dan 40 atau lebih tinggi pada tahun 2507. Mereka juga memiliki struktur dua fase yang jauh lebih tahan terhadap retak korosi tegangan klorida dibandingkan nilai austenitik.
T: Berapa batas suhu servis untuk baja tahan karat dupleks?
Batas atas ditentukan dengan penggetasan fase ferit dan umumnya dijaga di bawah sekitar 250 hingga 300 derajat C tergantung pada tingkat dan spesifikasi yang berlaku. Batas bawah ditentukan oleh persyaratan ketangguhan.
T: Apakah molibdenum meningkatkan ketahanan terhadap semua jenis korosi?
Tidak. Ini paling efektif melawan korosi lubang dan celah pada klorida dan melawan asam pereduksi. Ia tidak mencegah serangan oleh media pengoksidasi kuat atau oksidasi suhu tinggi, yang bergantung pada unsur lain.
T: Bagaimana cara menentukan kadar kromium-nikel-molibdenum pada pesanan?
Dengan penunjukan kelas yang tepat dan standar bentuk produk, misalnya 316L hingga ASTM A240, atau dupleks 2205 hingga ASTM A240 dengan UNS S32205. Nama deskriptif saja tidak cukup untuk pemilihan bahan.
