Karakteristik pengelasan baja tahan karat austenitik: Tegangan dan regangan elastis dan plastis yang signifikan terjadi selama pengelasan, namun retak dingin jarang terjadi. Sambungan las tidak menunjukkan zona pengerasan-atau pengerasan butiran secara signifikan, sehingga menghasilkan kekuatan tarik yang tinggi pada lapisan las.
Masalah utama dalam pengelasan baja tahan karat austenitik: Deformasi pengelasan yang signifikan; kerentanan terhadap retak panas karena karakteristik batas butir dan kepekaan terhadap jejak pengotor tertentu (seperti S dan P).
Gambar
Gambar
Lima Masalah Pengelasan Utama dan Tindakan Mitigasi untuk Baja Tahan Karat Austenitik
01
Pembentukan kromium karbida mengurangi ketahanan sambungan las terhadap korosi intergranular.
Korosi antar butir: Menurut teori penipisan-kromium, ketika lapisan las dan zona yang terkena dampak panas (HAZ) dipanaskan dalam kisaran suhu sensitisasi 450 derajat –850 derajat , kromium karbida mengendap di batas butir. Hal ini menciptakan zona-pengurasan kromium pada batasnya, menjadikannya tidak mampu menahan korosi secara efektif.
(1) Tindakan berikut dapat diambil untuk mengurangi korosi antarbutir pada lapisan las dan korosi pada zona sensitisasi logam tidak mulia:
A. Mengurangi kandungan karbon pada logam dasar dan logam las. Tambahkan elemen penstabil (seperti Ti atau Nb) ke logam dasar untuk membentuk karbida tipe MC-, sehingga mencegah pembentukan Cr₂₃C₆.
B. Buat struktur mikro-fasa ganda pada lapisan las yang terdiri dari austenit dan sejumlah kecil ferit. Kehadiran ferit menghaluskan struktur butir dan meningkatkan total luas batas butir, sehingga mengurangi jumlah pengendapan kromium karbida per satuan luas batas butir.
Kromium memiliki kelarutan yang lebih tinggi dalam ferit, sehingga Cr₂₃C₆ lebih disukai terbentuk dalam fase ferit daripada menghabiskan kromium pada batas butir austenit. Selain itu, ferit yang tersebar dalam matriks austenit bertindak sebagai penghalang, mencegah korosi menyebar ke material di sepanjang batas butir.
C. Kontrol waktu tinggal dalam kisaran suhu sensitisasi. Sesuaikan siklus termal pengelasan untuk meminimalkan waktu yang dihabiskan antara 600 derajat dan 1000 derajat; metode pengelasan dengan kepadatan-energi-tinggi (seperti pengelasan busur plasma) dapat dipilih untuk tujuan ini. Gunakan masukan panas pengelasan yang lebih rendah; bersihkan bagian belakang lasan dengan argon atau gunakan lapisan tembaga untuk meningkatkan laju pendinginan sambungan las; meminimalkan jumlah permulaan dan penghentian busur untuk menghindari pemanasan berulang; dan, untuk pengelasan multi-pass, las permukaan yang akan bersentuhan dengan media korosif terakhir bila memungkinkan.
D. Lakukan perawatan larutan pasca-pengelasan atau stabilisasi anil (850 derajat –900 derajat ) diikuti dengan pendinginan udara untuk memastikan pengendapan karbida penuh dan mempercepat difusi kromium.
Gambar
(2) Serangan-garis pisau (suatu bentuk korosi lokal) pada sambungan las; upaya pencegahan berikut dapat dilakukan:
Karena tingginya difusivitas karbon, ia terpisah pada batas butir selama pendinginan, menciptakan keadaan lewat jenuh, sedangkan Ti dan Nb tetap berada di dalam butir karena difusivitasnya yang rendah. Ketika sambungan las dipanaskan kembali dalam kisaran suhu sensitisasi, karbon lewat jenuh mengendap pada batas butir dalam bentuk Cr₂₃C₆.
A. Mengurangi kandungan karbon. Untuk baja tahan karat yang mengandung unsur penstabil, kandungan karbon tidak boleh melebihi 0,06%.
B. Gunakan prosedur pengelasan yang sesuai. Pilih masukan panas pengelasan yang lebih rendah untuk mengurangi waktu tinggal zona panas berlebih pada suhu tinggi, dan berhati-hatilah untuk menghindari "sensitisasi suhu-menengah" selama pengelasan.
Untuk pengelasan-dua sisi, manik las yang bersentuhan dengan media korosif harus diendapkan terakhir (inilah alasan mengapa pengelasan internal dilakukan setelah pengelasan eksternal untuk pipa las-berdiameter, tebal-berdinding besar). Jika hal ini tidak memungkinkan, parameter pengelasan dan geometri las harus disesuaikan untuk meminimalkan pemanasan sensitisasi pada zona panas berlebih yang akan bersentuhan dengan media korosif.
C. Pasca-perlakuan panas las. Lakukan perawatan larutan atau perawatan stabilisasi setelah pengelasan.
Gambar
02
Retak Korosi Stres
Langkah-langkah berikut dapat diambil untuk mencegah retak korosi tegangan:
A. Pemilihan material yang benar dan penyesuaian komposisi las yang tepat. Baja tahan karat austenitik Cr-Ni dengan kemurnian tinggi, baja tahan karat austenitik-silikon Cr-Ni dengan kemurnian tinggi, baja tahan karat austenitik-austenitik feritik, dan baja tahan karat-kromium feritik tinggi menunjukkan ketahanan yang baik terhadap korosi tegangan; logam las dengan struktur duplex austenit-ferit juga menawarkan ketahanan yang baik.
B. Menghilangkan atau mengurangi tegangan sisa. Lakukan perlakuan panas pelepas-tegangan las-pasca, dan gunakan metode mekanis seperti pemolesan, shot peening, dan peening (memalu) untuk mengurangi tegangan sisa permukaan.
C. Desain struktural yang rasional untuk menghindari konsentrasi tegangan yang signifikan.
Gambar
03
Retak panas pengelasan (retak pemadatan las,-retakan pencairan zona yang terkena dampak panas)
Kerentanan retak panas terutama bergantung pada komposisi kimia, struktur mikro, dan sifat bahan. Nikel (Ni) mudah membentuk senyawa-titik leleh-rendah atau eutektik dengan pengotor seperti belerang (S) dan fosfor (P); pemisahan unsur-unsur seperti boron (B) dan silikon (Si) juga mendorong perengkahan panas.
Lapisan las cenderung membentuk struktur butiran kolumnar kasar dengan arah yang kuat, yang memfasilitasi pemisahan kotoran dan elemen berbahaya. Hal ini mendorong pembentukan film cair intergranular secara kontinyu, sehingga meningkatkan kerentanan terhadap keretakan panas. Pemanasan yang tidak-seragam selama pengelasan dapat menghasilkan tegangan tarik yang signifikan, yang selanjutnya mendorong pembentukan retakan panas.
Tindakan pencegahan:
A. Kontrol secara ketat kandungan pengotor berbahaya seperti S dan P.
B. Sesuaikan struktur mikro logam las. Lasan dengan struktur mikro dupleks (dua{2}}fasa) menunjukkan ketahanan retak yang baik; fase delta (δ) pada lasan menghaluskan butir, menghilangkan arah austenit fase tunggal-, dan mengurangi pemisahan pengotor berbahaya pada batas butir. Selain itu, fase δ dapat melarutkan S dan P dalam jumlah yang lebih besar dan menurunkan energi antarmuka, sehingga menghambat pembentukan lapisan cairan antar butir.
C. Sesuaikan komposisi paduan logam las. Meningkatkan kandungan Mn, C, dan N secara tepat dalam-baja austenitik fase tunggal, dan menambahkan elemen jejak seperti cerium (Ce), zirkonium (Zr), atau tantalum (Ta)-yang menyempurnakan struktur mikro las dan memurnikan batas butir-dapat mengurangi kerentanan retak panas.
D. Langkah-langkah proses. Minimalkan panas berlebih pada kolam las untuk mencegah pembentukan butiran kolumnar kasar; menggunakan masukan panas rendah (energi linier rendah) dan manik las-lintang-penampang kecil.
Misalnya, baja austenitik tipe 25-20 rentan terhadap retak likuifaksi. Langkah-langkah untuk memitigasi hal ini termasuk membatasi secara ketat kandungan pengotor dan ukuran butiran pada logam dasar, menggunakan-metode pengelasan dengan kepadatan energi tinggi, menggunakan masukan panas rendah, dan meningkatkan laju pendinginan sambungan. Gambar
04
Penggetasan Sambungan Las
Untuk baja-tahan panas, keuletan sambungan las harus dipastikan untuk mencegah-penggetasan suhu tinggi; untuk baja-suhu rendah, diperlukan ketangguhan-suhu rendah yang baik untuk mencegah patah getas pada sambungan las pada suhu rendah.
Gambar
05
Deformasi Pengelasan yang Signifikan
Karena konduktivitas termal yang rendah dan koefisien muai panas yang tinggi, deformasi pengelasan cenderung signifikan; perlengkapan dapat digunakan untuk mencegah hal ini. Pemilihan metode dan bahan pengelasan untuk baja tahan karat austenitik:
Baja tahan karat austenitik dapat dilas dengan menggunakan metode seperti pengelasan Tungsten Inert Gas (TIG), pengelasan Metal Inert Gas (MIG), Plasma Arc Welding (PAW), dan Submerged Arc Welding (SAW).
Baja tahan karat austenitik memiliki titik leleh rendah, konduktivitas termal rendah, dan resistivitas listrik tinggi; oleh karena itu, arus pengelasan yang lebih rendah digunakan. Lapisan las yang sempit dan manik las yang sempit harus digunakan untuk meminimalkan-waktu tunggu pada suhu tinggi, mencegah pengendapan karbida, mengurangi tegangan penyusutan las, dan menurunkan kerentanan terhadap retak panas.
Komposisi bahan habis pakai pengelasan-khususnya elemen paduan seperti Cr dan Ni-harus lebih tinggi dibandingkan logam dasar. Bahan habis pakai pengelasan yang mengandung sejumlah kecil (4% –12%) ferit digunakan untuk memastikan ketahanan retak yang baik (terhadap retak dingin, retak panas, dan retak korosi akibat tegangan) pada lapisan las.
Ketika keberadaan fase ferit dalam lapisan las dilarang atau tidak mungkin, bahan habis pakai pengelasan yang mengandung unsur paduan seperti Mo dan Mn harus dipilih.
Kadar C, S, P, Si, dan Nb pada bahan habis pakai pengelasan harus dijaga serendah mungkin; Meskipun Nb dapat menyebabkan retak solidifikasi pada lapisan las austenitik penuh, keberadaan sejumlah kecil ferit pada lapisan las dapat secara efektif mencegah hal ini.
Bahan habis pakai pengelasan yang mengandung Nb biasanya dipilih untuk struktur las yang memerlukan stabilisasi pasca-lasan atau-penghilangan tegangan. Pengelasan busur terendam digunakan untuk pelat dengan ketebalan-sedang; hilangnya Cr dan Ni yang terbakar dapat dikompensasi dengan transfer elemen paduan dari fluks dan kawat las.
Karena penetrasi yang dalam, kehati-hatian harus dilakukan untuk mencegah retak panas di bagian tengah lapisan las dan menghindari penurunan ketahanan korosi di zona-yang terkena dampak panas (HAZ). Perhatian harus diberikan pada pemilihan kabel las yang lebih tipis dan masukan panas yang lebih rendah; kawat las harus memiliki kandungan Si, S, dan P yang rendah.
Kandungan ferit dalam lapisan las baja tahan karat{0}}tahan panas tidak boleh melebihi 5%. Untuk baja tahan karat austenitik dengan kandungan Cr dan Ni melebihi 20%, kawat las mangan tinggi (6%–8%) dan fluks basa atau netral harus digunakan; ini mencegah pengambilan silikon di lasan dan meningkatkan ketahanan retak.
Fluks yang dirancang khusus untuk baja tahan karat austenitik menghasilkan pengambilan silikon minimal dan dapat mentransfer elemen paduan ke dalam las untuk mengkompensasi kerugian akibat terbakar, sehingga memenuhi persyaratan sifat las dan komposisi kimia.
