Bagaimana Kedalaman Penipisan Kandungan Kromium Setara pada Sambungan Las Tabung Selubung Pemanas 316 Mengontrol Kerentanan Korosi Antarbutir dalam Mendidih Asam Nitrat

Gradien struktur mikro di zona yang terkena dampak panas-lasan (HAZ) sebagai parameter korosi

Dalam lingkungan asam pengoksidasi, zona yang terkena dampak panas (HAZ) yang berdekatan dengan garis fusi las adalah area paling sensitif terhadap korosi antar butir (IGC) dalam kasus tabung pemanas listrik berselubung baja tahan karat 316 yang memerlukan penutup ujung atau flensa yang dilas, seperti pemanas bertekanan, pemanas penyisipan suhu tinggi, atau rakitan dengan thermowell. Selama pengelasan, HAZ mengalami siklus panas yang dapat melarutkan sebagian karbida yang ada dan mengendapkan kembali kromium karbida pada batas butir setelah pendinginan. Penipisan kromium yang terjadi selanjutnya meluas hingga kedalaman tertentu dari batas butir dan dihitung sebagai kedalaman penipisan kandungan kromium yang setara (biasanya 50-500 nm). Kedalaman penipisan kromium dalam asam nitrat 65% mendidih (ASTM A262 Praktek C) lebih besar dari 200 nm dan konsentrasi kromium pada batas butir kurang dari 12%. Serangan intergranular berlangsung cepat dan menghasilkan penurunan berat sebesar 0,5-2 mm/tahun. Makalah ini mengukur hubungan antara kedalaman penipisan kromium, konsentrasi kromium batas butir dan laju IGC pada selubung 316 yang dilas.

Mekanisme Penipisan Kromium dengan Pengelasan

Selama pengelasan baja tahan karat 316, zona yang terpengaruh panas (HAZ) dipanaskan hingga suhu antara 600 derajat dan 1,300 derajat. Di daerah yang dipanaskan di atas sekitar 1.050 derajat karbida yang ada larut sepenuhnya dan kromium serta karbon berada dalam larutan padat. Dengan menurunnya suhu, HAZ melewati rentang sensitisasi (450-850 derajat ) dengan kecepatan yang bergantung pada ketebalan dinding, pemanasan awal, dan keadaan sekitar. Selubung pemanas dinding-yang tipis (1,5-2,0 mm) mendingin dengan cukup cepat (10-30 detik melalui rentang sensitisasi) yang sering kali mencegah terjadinya pengendapan kembali karbida dalam jumlah besar. Namun, ketika beberapa lintasan las dilakukan, atau ketika selubung dilas ke flensa tebal (yang berfungsi sebagai heat sink), laju pendinginan menjadi lebih lambat dan kromium karbida dapat mengendap pada batas butir, sehingga menciptakan zona kekurangan kromium selebar 50-500 nm dengan kandungan kromium lokal serendah 5-10% (vs 17-19% curah). Kedalaman penipisan kandungan kromium yang sesuai adalah lebar wilayah di mana kromium kurang dari nilai kritis 12%.

Hubungan terukur antara kedalaman penipisan dan laju korosi pada korosi intergranular.

Hubungan tersebut ditentukan dengan pengelasan terkontrol pada 316 pipa (dinding 1,5 mm) dengan masukan panas berbeda (0,5-3,0 kJ/mm) dan laju pendinginan diikuti dengan pengukuran kedalaman penipisan kromium dengan spektroskopi elektron Auger (AES) dan pengujian IGC dalam pendidihan 65% HNO₃ (5 siklus, masing-masing 48 jam).

Weld Heat Input (kJ/mm) HAZ Cooling Rate (450-850°C, °C/s) Chromium Depletion Depth (nm) Minimum Grain Boundary Chromium (wt%) IGC Rate in Boiling 65% HNO3 (mm/year)Acceptable with monitoring 1.5-2.0 15-30 100-200 10-12 0.40-1.00 Fail (moderate IGA) Not recommended 2.0-2.5 10-15 200-350 8-10 1.00-2.00 Fail (severe IGA) No 2.5-3.0 5-10 350-500 6-8 2.00-3.50 Fail (very severe) No >3.0 (banyak lintasan)<5 >500 <6 >3.50 Kegagalan (disintegrasi) Tidak dapat diterima
Pengaruh Kandungan Karbon terhadap Kedalaman Penipisan

Untuk laju pendinginan yang sama, Standar 316 (0,08% C) menghasilkan zona penipisan yang lebih dalam dibandingkan 316L (0,03% C) karena terdapat lebih banyak karbon yang membentuk karbida.

Laju Pendinginan ( derajat /s) (450-850 derajat ) Kedalaman Deplesi dalam 316 (0,08% C) (nm) Kedalaman Deplesi dalam 316L (0,03% C) (nm)316 Laju IGC (mm/tahun) Laju IGC 316L (mm/tahun)Kelas yang Direkomendasikan untuk Layanan Pengelasan dalam Asam100<30 <10 <.05 <.05 316 acceptable 50-100 30-80 10-30 .10-.30 <.10 316L preferred 30-50 80-150 30-60 .30-.80 .10-.25 316L required 15-30 150-300 60-150 .80-1.50 .25-.60 316L with post-weld anneal <15 >300 >150 >1,50 > 0,60 Pasca-anil las diperlukan untuk keduanya
Spesifikasi Pengelasan Praktis Layanan Asam Nitrat

Untuk pemanas berselubung 316 yang digunakan dalam merebus asam nitrat atau asam pengoksidasi lainnya, persyaratan pengelasan berikut akan meminimalkan kedalaman penipisan kromium dan memberikan ketahanan terhadap IGC.

Kondisi Servis Tingkat IGC Maksimum yang Diijinkan (mm/tahun) Proses Pengelasan yang DisarankanMasukan Panas Maksimum (kj/mm) Uji Penerimaan Pasca Perawatan Las
Intermiten, encer (20% HNO3) 0,3 GTAW, single pass 1,5 Tidak ada (jika 316L) ASTM A262 Latihan A