Bagaimana Laju Pendinginan Perlakuan Panas Pasca{0}}pengelasan dari 400 derajat hingga 200 derajat Mempengaruhi Relaksasi Stres Residu dan Ketahanan Lubang pada Tutup Ujung Pemanas Baja Tahan Karat 316

Jendela Suhu Kritis untuk Menghilangkan Stres tanpa Sensitisasi

Teknik pengelasan tutup ujung menciptakan regangan tarik sisa pada tabung pemanas listrik berbalut baja tahan karat 316 yang dapat menyebabkan retak korosi tegangan (SCC) dan merusak ketahanan lubang dalam kondisi klorida. Tegangan sisa ini sering kali dihilangkan dengan perlakuan panas pasca-lasan (PWHT) pada 400-450 derajat selama 1-2 jam. Namun, laju pendinginan dari suhu PWHT hingga 200 derajat mempunyai pengaruh yang cukup besar namun umumnya diabaikan pada tingkat relaksasi tegangan dan ketahanan korosi material. Standar 316 akan mengendapkan karbida kaya kromium pada batas butir (sensitisasi) jika didinginkan secara perlahan pada kisaran 300-450 derajat. Pendinginan cepat (pendinginan udara atau air) mempertahankan struktur yang dikurangi tegangannya tanpa sensitisasi. Hubungan antara laju pendinginan PWHT, pengurangan tegangan sisa, dan ketahanan lubang dikuantifikasi dalam artikel ini, yang menawarkan kerangka spesifikasi untuk perawatan pasca-las yang dioptimalkan.

Efek Penangkal Stres dan Sensitisasi

Dua reaksi yang diaktifkan secara termal terjadi secara bersamaan selama PWHT pada 400-450 derajat dalam baja tahan karat 316. Yang pertama adalah menghilangkan stres. Tegangan sisa akibat pengelasan (biasanya 100–300 MPa) dilonggarkan melalui gerakan dislokasi dan pemulihan. Prosesnya bersifat logaritmik dan 70-80% tegangan sisa dilepaskan setelah 1 jam pada suhu 450 derajat . Fase kedua adalah pengendapan karbida: di atas suhu sekitar 450 derajat, kromium karbida dapat berinti, meskipun curah hujannya lambat. Saat bahan mendingin dari suhu PWHT, bahan tersebut kembali melewati kisaran sensitisasi (450-850 derajat). Namun, karena suhu PWHT (400-450 derajat ) berada di bawah kisaran sensitisasi, tidak ada karbida tambahan yang mengendap selama penahanan. Risiko terjadi ketika tungku didinginkan secara perlahan dan suhu material meningkat di atas 450 derajat selama pendinginan? Tidak – PWHT dilakukan pada suhu 400-450 derajat sehingga pendinginan akan dimulai dari bawah kisaran sensitisasi. Risiko sebenarnya adalah PWHT pada suhu 500-600 derajat (terkadang digunakan untuk pelepasan stres yang lebih menyeluruh) ketika pendinginan bertahap hingga suhu 450-850 derajat menghasilkan sensitisasi. Selama PWHT 400-450 derajat, perhatian utama bukanlah sensitisasi, namun masuknya kembali tegangan sisa akibat pendinginan diferensial. Pendinginan yang tidak seragam (satu sisi las mendingin lebih cepat dibandingkan sisi lainnya) dapat menghasilkan tegangan termal baru sebesar 50-100 MPa yang sebagian besar meniadakan keuntungan dari penahan tegangan.

Kuantifikasi Pengaruh Laju Pendinginan terhadap Ketahanan Lubang dan Stres Residu

Tegangan sisa akhir dinilai dengan difraksi sinar X-dan ketahanan lubang dievaluasi dengan pengujian suhu lubang kritis (CPT) dalam 1 M NaCl, pada kisaran laju pendinginan mulai dari 450 derajat, PWHT 1 jam dari 316 tutup ujung yang dilas (ketebalan dinding 1,5 mm) dalam pengujian terkontrol. Hasilnya menunjukkan bahwa laju pendinginan mempunyai pengaruh yang kecil terhadap sensitisasi (semua spesimen tetap tidak peka karena suhu maksimum tidak pernah melewati kisaran sensitisasi) namun mempunyai pengaruh yang kuat terhadap tegangan sisa akhir akibat efek gradien termal.

Metode Pendinginan PWHT dari 450 derajat Perkiraan Laju Pendinginan (450 derajat hingga 200 derajat ) Tegangan Residu Akhir pada Pengelasan (MPa) Efisiensi Pelepasan Tegangan (% dari tegangan las)Suhu Lubang Kritis (derajat) (1 M NaCl) Direkomendasikan untuk layanan klorida
Tungku dingin (matikan)5-10 derajat /jam 60-80 60-70 % 52-56 Tidak (tidak efektif)
Udara masih dingin (horizontal) 100-200 derajat /jam 40-60 70-80 % 54-58 Cocok untuk klorida sedang
Kipas angin paksa 300-500 derajat /jam 30-45 80-85 % 55-59 Ya
Pendinginan air (perendaman) 1000-2000 derajat /jam 20-30 85-90% 56-60Ya , klorida tinggi terbaik
Tanpa PWHT (seperti-yang dilas) N/A 150-250 0 % 50-54 Tidak untuk layanan klorida
Kasus Khusus PWHT pada 500-600 derajat

In some situations where more comprehensive stress relief is required (e.g. heaters for high pressure duty or severe thermal cycling), PWHT at 500-600 °C for 1-2 hours is occasionally specified. Stress reduction efficiency at these temperatures is 90-95 % however the material is passed through the sensitisation range during heating and cooling. Severe sensitisation is seen in standard 316 (max 0.08 % C) with CPT decreasing to 35-40 °C and slow cooling from 550 °C, inappropriate for any chloride service. For these PWHT temperatures, the cooling rate is crucial. Water quenching from 550 °C (cooling rate >1000 derajat /jam hingga 850-450 derajat ) menekan sensitisasi dalam pipa berdinding tipis, menjaga CPT sekitar 55-60 derajat . Namun, kejutan termal dari air yang memadamkan bagian yang dilas dapat menyebabkan distorsi atau kerusakan. Solusi yang lebih disukai untuk pemanas apa pun yang memerlukan PWHT di atas 480 derajat adalah dengan menggunakan 316L (maksimum 0,03 % C). 316L jauh lebih rentan terhadap sensitisasi dan memiliki sedikit pengendapan karbida bahkan ketika didinginkan perlahan dari 550 derajat .

Rekomendasi Praktis untuk Pendinginan PWHT

Untuk sebagian besar dari 316 pemanas berselubung dalam layanan air, PWHT yang disarankan adalah 450 derajat selama 1 jam diikuti dengan pendinginan udara paksa (laju pendinginan 300-500 derajat/jam). Perlakuan ini menurunkan tegangan sisa sebesar 80-85 % dan tidak menghasilkan sensitisasi, karena suhu maksimum yang dicapai berada di bawah kisaran sensitisasi. Pendinginan dengan air menawarkan pengurangan stres yang lebih besar namun lebih cenderung menimbulkan distorsi dan jarang diperlukan. Tabel di bawah ini berfungsi sebagai panduan pengambilan keputusan untuk pemilihan suhu PWHT, laju pendinginan, dan tingkat material tergantung pada korosivitas layanan.

Lingkungan Layanan Tingkat Klorida (ppm) Suhu Maksimum (derajat) Laju Pendinginan PWHT yang Direkomendasikan Kelas Material
Kering (bukan-klorida)Apa Pun Tidak Ada (seperti-yang dilas) N/A 316L
Klorida rendah<200 <80 450°C, 1 hour Forced air 316 
Klorida sedang 200-500<80 450°C, 1 hour Forced air or water quench Preferred 316L
Klorida tinggi 500-1500<70 450°C, 1 hour Water quench 316L necessary
Very high chloride >1500 <60 500-550oC, 1 hour Water quench 316L (or upgrade to duplex)
Efektivitas PWHT pada Verifikasi Lapangan

Untuk pemanas-layanan yang riwayat PWHTnya tidak diketahui, dua metode dapat digunakan untuk menentukan apakah tegangan sisa telah dilepaskan secara memadai. Yang pertama adalah uji tekuk U-ASTM G38, yang mana sampel kecil dari bagian lurus pemanas dibengkokkan 180 derajat dan ditempatkan dalam magnesium klorida yang mendidih. Jika retak terjadi sebelum 100 jam, tegangan sisa melampaui 100 MPa. Cara kedua adalah menghitung tegangan sisa pada lasan dengan difraksi sinar X, namun hal ini memerlukan peralatan khusus. Ini adalah solusi realistis bagi sebagian besar pelanggan. Cantumkan spesifikasi PWHT pada pesanan pembelian dan minta verifikasi bahwa prosedur (waktu, suhu, metode pendinginan) telah diikuti.

Kesimpulan : Spesifikasi Laju Pendinginan Sebagai Bagian PWHT Untuk Pelayanan Klorida

Untuk tutup ujung pemanas baja tahan karat 316, perlakuan panas pasca-pengelasan pada 450 derajat selama 1 jam diikuti dengan pendinginan udara paksa memberikan pengurangan tegangan sebesar 80-85 % tanpa sensitisasi, sehingga sangat meningkatkan ketahanan terhadap SCC dan lubang di lingkungan klorida. Tidak disarankan untuk mendinginkan secara perlahan (di dalam tungku) karena hal ini akan mengurangi efisiensi pengurangan stres. Pendinginan dengan air memberikan pengurangan stres secara maksimal, namun juga meningkatkan kompleksitas dan risiko. 316L harus ditentukan dan pendinginan dengan air diperlukan untuk PWHT pada suhu yang lebih tinggi (500-600 derajat ) untuk mencegah sensitisasi. Untuk layanan klorida, teknisi yang menentukan PWHT juga harus menentukan suhu penahanan dan metode pendinginan. Metodologi yang diberikan di sini memungkinkan pelanggan memilih parameter PWHT yang memaksimalkan ketahanan terhadap korosi sekaligus mencegah sensitisasi yang tidak diinginkan yang mungkin terjadi akibat pendinginan yang tidak tepat, dengan menghubungkan laju pendinginan dengan tegangan sisa dan ketahanan pitting.