Bagan P91 PWHT

Baja P91 adalah material yang menarik untuk power boiler dan aplikasi suhu tinggi lainnya, menawarkan kombinasi yang sangat baik dari sifat mekanik pada suhu yang lebih tinggi seperti kekuatan, ketahanan mulur, dan ketangguhan impak Charpy.

Penelitian terbaru menunjukkan bahwa kondisi yang berbeda untuk normalisasi dan tempering (NT) pada pengelasan baja P91 dapat menghasilkan sifat mekanik yang optimal pada HAZ tanpa memerlukan perlakuan panas pasca pengelasan.

Kekerasan

SA 335 grade 91 adalah baja martensitik kromium-molibdenum tinggi yang dimodifikasi yang dirancang untuk temperatur tinggi pada pembangkit listrik dan aplikasi berkinerja tinggi lainnya, seperti pengelasan. Baja ini memiliki kekuatan mulur dan ketangguhan yang baik serta ketahanan terhadap korosi dan kemampuan las; namun, selama pengelasan atau perlakuan panas pascapanen (PWHT), kekerasannya dapat menurun yang menyebabkan keretakan atau kegagalan dini.

Studi tentang efek dari berbagai proses pengelasan, jenis kawat pengisi dan suhu preheat/interpass pada P91 dulunya jarang terjadi; namun, baru-baru ini telah menjadi lebih umum untuk memperbaiki pipa P91 dengan lasan yang berbeda menggunakan proses pengelasan yang sama dan logam pengisi seperti lasan asli; hal ini membutuhkan tingkat kekerasan HAZ yang lebih rendah daripada logam induknya; bagaimana hal ini dapat dicapai dalam waktu yang masuk akal dalam PWHT masih harus diselidiki lebih lanjut.

Beberapa proyek pembangkit listrik melaporkan adanya retakan tipe IV pada HAZ las mereka selama operasi. Retakan ini kemungkinan besar disebabkan oleh PWHT yang tidak memadai. Investigasi kami menyimpulkan bahwa PWHT pada suhu 750 derajat Celsius selama dua jam sangat ideal untuk mengurangi kekerasan pada HAZ las sekaligus memberikan struktur mikro yang memadai dan perbedaan kekerasan yang dapat diterima dengan logam induk.

Kekuatan Merayap

Kekuatan mulur p91 mengukur seberapa besar tekanan yang dapat ditahan oleh material sebelum berubah bentuk, dengan ketahanan mulur yang bergantung pada faktor-faktor seperti ukuran butir dan suhu pengoperasian serta komposisi kimia yang memengaruhi suhu transformasi dan sifat-sifat lain dari komposisinya.

Untuk menetapkan batas mulur suatu logam, perancang menggunakan rasio antara tegangan putus dan kurva deformasi tegangan, yang diekstrapolasi hingga 100.000 jam, dan menghitung laju mulur minimum selama jangka waktu tersebut. Tegangan putus mengukur tegangan putus titik akhir serta tegangan yang diperlukan untuk mencapai titik ini - dilaporkan sebagai nilai tegangan dan waktu.

Baja p91 tahan panas martensitik (9Cr-1Mo-V-Nb) umumnya digunakan di pembangkit listrik berbahan bakar fosil untuk header boiler dan komponen lainnya karena ketahanan korosi uap yang sangat baik, laju ekspansi termal yang rendah, konduktivitas termal yang tinggi, dan kemampuan mengelasnya; namun kegagalan dalam layanan pada komponen yang dibuat dari logam ini telah dilaporkan setelah durasi layanan yang relatif singkat.

Kegagalan terjadi karena berkurangnya sifat kekuatan mulur akibat area berbutir halus di zona yang terpengaruh panas (HAZ).

Ketangguhan Charpy

Baja P91 sangat ideal untuk digunakan pada komponen pembangkit listrik jangka panjang yang beroperasi pada suhu tinggi, termasuk yang terpapar pada creep dan ketahanan beban termal, keuletan yang tinggi, dan ekspansi termal yang minimal. Karena ketahanan oksidasinya turun di bawah 610 derajat Celcius, aplikasinya untuk pembangkit listrik menjadi terbatas. Selain itu, ketangguhan benturan yang buruk membatasi penggunaannya di bawah beban dinamis; untuk meningkatkan properti ini lebih lanjut, disarankan untuk melakukan perlakuan panas pasca-las (PWHT). DIN EN 288-3 menyediakan pengujian mekanis pada spesimen HAZ las nyata, di mana perambatan retak melalui setiap subzona berbeda tergantung pada struktur mikronya dan menghasilkan variasi energi tumbukan di antara pengujian.

Las busur logam berpelindung multi-lintasan dari baja P91 dan P22 menghasilkan ketangguhan impak yang buruk pada zona fusi las (FGHAZ). Hal ini disebabkan oleh akumulasi martensit yang tidak ditempa di area ini karena PWHT yang tidak tepat.

Penelitian telah menunjukkan efek tingkat hidrogen yang dapat berdifusi dan durasi PWHT pada sifat mekanik dan gradien kekerasan las. Pandey dkk. menyelidiki pengaruh faktor ini terhadap struktur mikro dan sifat tarik untuk pengelasan pelat P91 yang dilas multi-lintasan menggunakan SMAW dengan empat tingkat hidrogen yang berbeda, menunjukkan hidrogen yang dapat terdifusi dan durasi PWHT yang lebih tinggi menghasilkan sifat tarik yang lebih baik tetapi ketangguhan benturan yang lebih rendah.

Ketahanan Korosi

Baja grade 91 dikenal dengan ketahanan korosinya yang sangat baik; namun, martensit yang diinduksi oleh tegangan dan kerusakan mulur dapat menyebabkan terjadinya korosi. Perlakuan panas pascalasan (PWHT) dapat membantu mengurangi efek ini; namun, metode ini mungkin tidak selalu layak atau hemat biaya, terutama selama perbaikan dalam layanan.

Sebagai bagian dari tujuannya untuk mengembangkan prosedur perbaikan las untuk grade 91 tanpa PWHT, penelitian yang dilakukan dalam proyek ini difokuskan untuk menyelidiki perilaku metalurgi material selama proses pengelasan dan perlakuan panas, dengan mengevaluasi struktur mikro spesimen las dan HAZ yang dihasilkan setelah pengelasan; uji mekanis kemudian dilakukan pada las nyata untuk mengukur ketangguhan HAZ.

Perbandingan juga dilakukan pada teknik pengelasan yang berbeda, dengan fokus pada efeknya terhadap temperatur pemanasan awal/interpass dan arus pengelasan. Elektroda dengan diameter yang sesuai dengan yang ditemukan di grade 91 terbukti paling cocok untuk mengembangkan prosedur pengelasan tanpa PWHT; menggunakan kombinasi elektroda SMAW berdiameter 3,2 mm (1/8 inci, lapisan pertama) dan 4,0 mm (5/32 inci, lapisan kedua) menghasilkan penghalusan yang signifikan sementara penempaan terbatas di dalam HAZ.

Perlakuan panas pascapanen pada sambungan las TIG antara baja P22 dan baja grade 91 menggunakan logam pengisi Inconel 625 paling baik dilakukan pada suhu 750 derajat Celsius selama 2 jam untuk mendapatkan kompromi yang optimal antara kekerasan antarmuka dan sifat logam las, sekaligus mempertahankan sifat mekanik yang tinggi pada spektrum temperatur yang luas.