Pengantar Pipa Boiler Baja 13CrMo4-5 / 1.7335
Klasifikasi Bahan
13CrMo4-5 (nomor bahan1.7335) adalahbukan baja karbontapi sebuahbaja-paduan kromium-molibdenum rendahdirancang khusus untuk layanan suhu tinggi di boiler dan bejana bertekanan. Materi ini mewakili sebuahkelas menengahantara baja karbon biasa dan baja dengan ketahanan mulur-paduan yang lebih tinggi, menawarkan kombinasi sifat yang seimbang untuk rentang suhu tertentu.
Klasifikasi yang Benar:
Rendah-Paduan Creep-Tahan Panas-Baja Tahan (1,25% Golongan Kromium)
Rincian Penunjukan Bahan:
13: Sekitar 1,3% kandungan kromium (sebenarnya kisaran 0,7-1,2%)
Kr: Unsur paduan kromium
Mo: Unsur paduan molibdenum
4-5: Menunjukkan kandungan kromium (~1%) dan molibdenum (~0,5%).
Sebutan Alternatif:Baja 1Cr-0,5Mo, 1,25Cr-0,5Mo (perkiraan komposisi)
Karakteristik dan Aplikasi Utama
Fitur Khas:
Peningkatan Resistensi Creep: Unggul dibandingkan baja karbon biasa pada suhu tinggi
Kemampuan Las yang Baik: Lebih baik dari baja kromium tinggi tetapi memerlukan perawatan lebih dari baja karbon
Resistensi Oksidasi: Lebih baik dibandingkan baja karbon karena kandungan kromium
Ketahanan terhadap Penggetasan Temper: Lebih baik dari beberapa nilai paduan yang lebih tinggi
Kemampuan Fabrikasi yang Baik: Dapat dibentuk dan dikerjakan dengan peralatan standar
Konteks Sejarah:
Dikembangkan pada pertengahan abad ke-20untuk aplikasi suhu menengah
Adaptasi Eropanilai serupa di AS seperti 1,25Cr-0,5Mo
Banyak digunakandi pembangkit listrik konvensional dan industri proses
Keandalan yang terbuktidengan riwayat layanan yang luas
Aplikasi Utama:
Drum keteldan header
Tabung superheaterdan mendukung
Perpipaan uappada pembangkit listrik konvensional
Tabung penukar panasdi kilang
Bejana tekanuntuk pemrosesan kimia
Komponen dalam sistem pemanas distrik
Kondisi Layanan Khas:
Kisaran Suhu: 450°C hingga 550°C(optimal 475-525°C)
Tekanan: Hingga150 batangkhas
Kehidupan Pelayanan: 100.000-150.000 jampada suhu desain
Rentang Ekonomi: Paling hemat biaya-untuk kemampuan suhunya
Spesifikasi Teknis
Tabel 1: Persyaratan Komposisi Kimia (EN 10216-2)
| Elemen | Rentang Standar (%) | Analisis Khas (%) | Peran Fungsional |
|---|---|---|---|
| Karbon (C) | 0.08 - 0.18 | 0.10 - 0.15 | Kekuatan, pembentukan karbida |
| Silikon (Si) | 0.10 - 0.35 | 0.15 - 0.30 | Deoksidasi |
| Mangan (Mn) | 0.40 - 1.00 | 0.60 - 0.90 | Kekuatan, kontrol sulfida |
| Fosfor (P) | ≤ 0,025 | ≤ 0,020 | Kontrol pengotor |
| Belerang (S) | ≤ 0,015 | ≤ 0,010 | Kontrol pengotor |
| Kromium (Cr) | 0.70 - 1.20 | 0.90 - 1.10 | Ketahanan oksidasi, kekuatan mulur |
| Molibdenum (Mo) | 0.40 - 0.60 | 0.45 - 0.55 | Ketahanan mulur, stabilisasi karbida |
| Nikel (Ni) | ≤ 0,30 | ≤ 0,25 | Elemen sisa |
| Aluminium (Al) | ≤ 0,040 | ≤ 0,030 | Penyempurnaan biji-bijian |
| Tembaga (Cu) | ≤ 0,30 | ≤ 0,25 | Elemen sisa |
| Vanadium (V) | -- | -- | Biasanya tidak ditambahkan |
| Niobium (Nb) | -- | -- | Biasanya tidak ditambahkan |
| Nitrogen (N) | ≤ 0,012 | ≤ 0,010 | Penambahan terkontrol |
Tabel 2: Sifat Mekanik Suhu Kamar
| Milik | Persyaratan Standar | Nilai Khas | Kondisi Tes |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Hasil (Rp0,2) | ≥ 310 MPa | 320-400 MPa | Dinormalisasi+Tempered |
| Kekuatan Tarik (Rm) | 460 - 590 MPa | 480-550 MPa | Dinormalisasi+Tempered |
| Perpanjangan (A) | ≥ 22% | 24-30% | L₀=5.65√S₀ |
| Pengurangan Luas (Z) | -- | 60-75% | Melintang |
| Energi Dampak (KV) | ≥ 40 J (rata-rata) | 50-100 J | +20°C |
| Kekerasan | 140 - 195 HB | 150-180HB | Brinell |
Tabel 3: Sifat Suhu Tinggi
| Suhu (°C) | 400 | 450 | 475 | 500 | 525 | 550 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Minimal Rp0,2 (MPa) | 260 | 240 | 225 | 210 | 200 | 190 |
| Kekuatan Creep 10⁵h | 110 | 70 | 55 | 40 | 30 | 22 |
| Stres yang Diizinkan (MPa) | 96 | 68 | 55 | 43 | 33 | 25 |
| vs. 16Mo3 | +10% | +25% | +35% | +40% | +45% | +50% |
| vs.P460NH | +20% | +30% | -- | -- | -- | -- |
Tabel 4: Perbandingan dengan Nilai Baja Terkait
| Parameter | 13CrMo4-5 | 16Mo3 | 10CrMo9-10 | P460NH | X11CrMo5-1 |
|---|---|---|---|---|---|
| Nomor Bahan. | 1.7335 | 1.5415 | 1.7380 | 1.8949 | 1.7361 |
| Konten Chrome | 1% | <0.3% | 2.25% | <0.3% | 5% |
| Molibdenum | 0.5% | 0.3% | 1% | <0.08% | 0.5% |
| Hasil Minimum (MPa) | 310 | 280 | 280 | 460 | 280 |
| Suhu Maks (°C) | 560 | 550 | 580 | 550 | 600 |
| Ketahanan Merayap | Bagus | Sedang | Sangat bagus | Terbatas | Sangat bagus |
| Kemampuan las | Bagus | Bagus | Sulit | Bagus | Membutuhkan perawatan |
| Faktor Biaya | 1.4 | 1.0 | 1.8 | 1.3 | 1.7 |
Manufaktur dan Pengolahan
Proses Produksi:
teks
Oksigen Dasar/Tungku Busur Listrik → Perawatan Sendok → Pengecoran Kontinyu → Pembuatan Tabung (Mulus atau Dilas) → Normalisasi (900-950°C) + Tempering (650-700°C) → Pendinginan → Pengujian → Pemeriksaan Akhir
Persyaratan Perlakuan Panas:
Normalisasi: 900-950°C diikuti dengan pendinginan udara
Tempering: 650-700°C selama 1-2 jam
Pasca-Perlakuan Panas Pengelasan: Diperlukan untuk ketebalan > 10-15mm
Struktur Mikro Akhir: Ferit-perlit atau bainit bergantung pada laju pendinginan
Teknologi Pengelasan:
Karakteristik Pengelasan:
Pengerasan Sedang: Kurang dari baja kromium yang lebih tinggi
Sifat Logam Las yang Baik: Dengan prosedur yang benar
Diperlukan PWHT: Untuk sebagian besar aplikasi untuk menghilangkan stres
Kontrol Hidrogen: Penting untuk mencegah retak
Prosedur Pengelasan yang Direkomendasikan:
teks
Persyaratan Pra-pengelasan: • Tinjauan sertifikasi material • Kualifikasi prosedur pengelasan (WPQR) • Pemilihan logam pengisi Persyaratan Pemanasan Awal: • Minimum 150-200°C • Meningkat seiring ketebalan dan pengekangan Proses Pengelasan: • SMAW dengan elektroda hidrogen-dasar rendah • GTAW untuk lintasan akar (disarankan) • SAW untuk lapisan memanjang • GMAW dengan pelindung gas yang sesuai Suhu Interpass: • Maksimum: 250-300°C • Pantau terus Perlakuan Panas Pasca Pengelasan: • Suhu: 650-700°C • Waktu: 1-2 jam (minimal 1 jam/25 mm) • Laju Pemanasan/Pendinginan: ≤ 200°C/jam • Penting untuk menghilangkan stres dan pelunakan HAZ Bahan Pengisi: • Cocok: EN ISO 16834-A: G 42 4 M M1Mo • Umum elektroda: E9015-B3 (AWS) atau setara
Pertimbangan Desain
Keuntungan 13CrMo4-5:
Keandalan Terbukti: Sejarah layanan yang luas di industri tenaga listrik
Biaya-Efektif: Ekonomis untuk kisaran suhunya
Kemampuan Fabrikasi yang Baik: Dapat ditekuk, dibentuk, dan dikerjakan dengan mudah
Perilaku yang Dapat Diprediksi: Baik-memahami sifat material
Penerimaan Kode: Diterima secara luas di semua kode desain utama
Batasan dan Tindakan Pencegahan:
Batas Suhu: Tidak cocok di atas 560°C untuk-layanan jangka panjang
Risiko Grafitisasi: Potensi pada kondisi tertentu setelah perpanjangan layanan
Persyaratan PWHT: Seringkali wajib untuk pengelasan bertekanan-yang mengandung
Kekuatan Sedang: Lebih rendah dari beberapa bahan alternatif
Batas Oksidasi: Mungkin memerlukan perlindungan di lingkungan yang agresif
Parameter Desain:
Faktor Keamanan: Biasanya 1,5 pada kekuatan pecah mulur
Tunjangan Korosi: 1-2mm tergantung pada lingkungan layanan
Suhu Desain Minimum: -10°C (lebih rendah dengan pengujian dampak)
Pertimbangan Kelelahan: Penting untuk komponen layanan siklik
Karakteristik Mikrostruktur
Transformasi Fase:
Suhu Austenitisasi: 900-950°C
Laju Pendinginan Kritis: Sedang
Produk Transformasi: Perlit, kemungkinan bainit
Respon Tempering: Karbida stabil (M₃C, M₇C₃)
Stabilitas-Jangka Panjang:
Pengkasaran Karbida: transformasi M₃C ke M₇C₃
Risiko Grafitisasi: Dalam rentang suhu tertentu (jarang)
Spheroidisasi: Degradasi mutiara seiring berjalannya waktu
Kavitasi Merayap: Setelah layanan-suhu tinggi dalam waktu lama
Jaminan Mutu dan Standar
Persyaratan Sertifikasi:
EN 10204 3.1 atau 3.2 sertifikat material
Ketertelusuran penuh ke nomor panas/lot
Analisis kimia lengkap
Laporan pengujian mekanis (suhu kamar)
Laporan-pengujian yang tidak merusak
Catatan perlakuan panas
Standar yang Berlaku:
Standar Produk: EN 10216-2 (mulus), EN 10217-2 (dilas)
Standar Bahan: EN 10028-2
Standar Pengujian: EN ISO 6892-1, EN ISO 148-1
Standar Pengelasan: EN ISO 15614-1
Kode Desain: EN 12952, EN 13480, ASME Bagian I
Pengujian Khusus (sesuai kebutuhan):
Pengujian Merayap: Untuk aplikasi kritis
Survei Kekerasan: Logam induk, HAZ, dan logam las
Pemeriksaan Struktur Mikro: Penilaian ukuran butir
Pengujian Tikungan: Untuk kualifikasi prosedur pengelasan
Kinerja dan Pemeliharaan Layanan
Mekanisme Degradasi:
Orang aneh: Faktor pembatas-kehidupan primer pada suhu desain
Oksidasi: Sisi eksternal dan-uap
Grafitisasi: Dalam HAZ las setelah servis yang sangat lama (jarang terjadi)
Kelelahan Termal: Pada komponen dengan perputaran suhu
Korosi: Di lingkungan agresif tertentu
Inspeksi dan Pemantauan:
Inspeksi Visual Reguler: Untuk degradasi permukaan
Pengujian Ultrasonik: Untuk deteksi kerusakan creep
Mikroskop Replikasi: Untuk penilaian mikrostruktur
Pengujian Kekerasan: Untuk mendeteksi pelunakan
Pemeriksaan Dimensi: Untuk pengukuran regangan mulur
Penilaian Sisa Hidup:
Berdasarkan riwayat pengoperasian (suhu, waktu)
Pengukuran regangan mulur
Evaluasi mikrostruktur
Pengujian sampel dalam kasus kritis
Pertimbangan Ekonomi
Faktor Biaya:
Biaya Bahan: 30-40% lebih banyak dari baja karbon
Biaya Fabrikasi: Peningkatan sedang karena persyaratan pengelasan
Biaya Siklus Hidup: Menguntungkan karena masa pakai lebih lama pada suhu
Tersedianya: Bagus di pasar Eropa
Total Biaya Kepemilikan:
teks
Biaya Awal: Sedang Biaya Pemasangan: Sedang Biaya Perawatan: Rendah hingga Sedang Biaya Penggantian: Sedang Masa Pakai: 20-25 tahun pada umumnya Keekonomian Keseluruhan: Sangat menguntungkan untuk aplikasi yang dirancang
Pedoman Seleksi
Kapan 13CrMo4-5 Sesuai:
Persyaratan Suhu: rentang pengoperasian 475-525°C
Proyek Ekonomi: Ketika keseimbangan biaya-kinerja sangat penting
Desain Terbukti: Untuk komponen dengan riwayat servis yang telah ditetapkan
Dibutuhkan Fabrabilitas yang Baik: Bentuk kompleks atau pengelasan ekstensif
Kepatuhan Kode: Proyek menggunakan kode desain Eropa
Kapan Mempertimbangkan Alternatif:
Di bawah 475°C: P460NH atau sejenisnya mungkin lebih ekonomis
Di atas 525°C: Pertimbangkan 10CrMo9-10 atau serupa
Layanan Sangat Siklik: Mungkin memerlukan pemilihan material yang berbeda
Lingkungan yang Parah: Dibutuhkan lebih banyak-bahan tahan korosi
Tekanan Sangat Tinggi: Mungkin diperlukan material berkekuatan lebih tinggi
Spesifikasi Setara:
| Standar | Kelas Setara | Catatan |
|---|---|---|
| ASTM | A335 P11 | Komposisi serupa, sifat berbeda |
| ASME | SA335 hal11 | Bagian I dan VIII dapat diterima |
| KERIUHAN | 15CrMo5 | Sebutan Jerman yang lebih tua |
| ISO | 12CrMo4-5 | Spesifikasi serupa |
Aplikasi dan Tren Modern
Penggunaan Saat Ini:
Pembangkit Listrik Konvensional: Masih banyak digunakan pada fasilitas yang ada
Proyek Perpanjangan Hidup: Penggantian komponen yang menua
Boiler Industri: Untuk proses pembangkitan uap
Tanaman Kogenerasi: Gabungan sistem panas dan tenaga
Integrasi Terbarukan: Cadangan dan penyeimbang daya
Prospek Masa Depan:
Penggantian Bertahap: Dengan material baru di-pabrik berefisiensi tinggi
Penggunaan Lanjutan: Di pasar retrofit dan pemeliharaan
Aplikasi Khusus: Dimana sifat spesifiknya optimal
Standardisasi: Masih termasuk dalam semua kode desain utama
Analisis Komparatif dengan Alternatif Utama
vs. 16Mo3:
Keuntungan: Kekuatan mulur yang lebih baik di atas 475°C
Kerugian: Biaya lebih tinggi, pengelasan lebih rumit
Poin Keputusan: ~475°C suhu pengoperasian
vs.P460NH:
Keuntungan: Sifat-suhu tinggi yang unggul
Kerugian: Menurunkan kekuatan suhu ruangan
Poin Keputusan: Persyaratan suhu vs. tekanan
vs.X11CrMo5-1:
Keuntungan: Kemampuan las yang lebih baik, biaya lebih rendah
Kerugian: Kemampuan suhu lebih rendah
Poin Keputusan: batas suhu pengoperasian 525°C
Ringkasan:13CrMo4-5 mewakili amateri-yang mapan dan dapat diandalkanuntuk aplikasi suhu menengah di industri tenaga dan proses. Diakombinasi seimbang antara ketahanan mulur, kemampuan fabrikasi, dan biayatelah menjadikannya apilihan standaruntuk drum boiler, header, dan sistem perpipaan yang beroperasi pada kisaran 475-525°C selama beberapa dekade. Meskipun material baru menawarkan peningkatan kinerja suhu tinggi, 13CrMo4-5 terus dikhususkan untuk aplikasi yang rekam jejaknya telah terbukti, ketersediaannya baik, dan nilai ekonomisnya yang menguntungkan memberikan solusi optimal. Perhatian yang tepat untukprosedur pengelasan dan perlakuan panassangat penting untuk keberhasilan penerapannya, namun persyaratan ini tidak seketat baja paduan tinggi, sehingga dapat diakses oleh berbagai pabrikator dan operator.
