Perbedaan Kinerja Flensa yang Dibuat dari Bahan Berbeda dalam Lingkungan Suhu Tinggi

Kinerja material flens pada kondisi suhu tinggi bervariasi secara signifikan berdasarkan faktor-faktor seperti ketahanan kekuatan, ketahanan oksidasi, ketahanan mulur, stabilitas termal, dan kompatibilitas kimia dengan media proses. Di bawah ini adalah evaluasi rinci berdasarkan kategori material tipikal.

1. Flens Baja Karbon (misalnya, Q235, Baja 20#)

Baja karbon umumnya cocok untuk aplikasi suhu rendah hingga sedang. Kekuatannya berkurang dengan cepat seiring dengan peningkatan suhu. Misalnya, kekuatan luluh baja 20# menurun dari sekitar 245 MPa pada suhu ruangan menjadi sekitar 180 MPa pada 400°C, yang mewakili kehilangan lebih dari 30%. Di atas 450°C, material menjadi semakin rentan terhadap pengasaran butir karena spheroidisasi perlit, yang pada akhirnya dapat menyebabkan kegagalan mulur.

Dalam hal ketahanan oksidasi, baja karbon berkinerja buruk. Oksidasi mulai meningkat di atas 300°C, dengan pembentukan skala oksida Fe₃O₄ yang longgar. Pada 500°C, laju oksidasi bisa lima kali lebih tinggi daripada pada 300°C. Jika senyawa sulfur atau uap air ada di lingkungan, korosi oksidasi semakin diperparah, membatasi keandalan material dalam kondisi tersebut.

2. Flens Baja Tahan Karat Austenitik (misalnya, 304, 316)

Baja tahan karat austenitik banyak digunakan dalam lingkungan suhu tinggi dan korosif karena ketahanan oksidasi dan stabilitas termalnya yang unggul. Tipe 304 dapat digunakan pada suhu hingga sekitar 870°C, sedangkan 316L, yang mengandung molibdenum, mempertahankan kekuatan yang baik (kekuatan luluh ≥120 MPa) hingga 650°C. Kandungan kromiumnya yang tinggi (18–20%) memungkinkan pembentukan lapisan pasif Cr₂O₃ yang padat yang secara signifikan memperlambat oksidasi. Misalnya, pada 800°C, laju oksidasi 304/316 lebih dari 90% lebih rendah daripada baja karbon.

Namun, baja tahan karat austenitik tidak tanpa batasan. Paparan yang lama dalam rentang suhu 450–850°C dapat menyebabkan sensitisasi, di mana karbida kromium mengendap di batas butir, menyebabkan korosi intergranular. Masalah ini dapat dikurangi dengan perlakuan stabilisasi, seperti menggunakan kelas yang distabilkan titanium seperti baja tahan karat 321.

Kekhawatiran lain adalah deformasi mulur. Di atas 650°C, laju mulur meningkat secara substansial, yang mengharuskan pengurangan tegangan desain yang diizinkan. Misalnya, pada 700°C, tegangan yang diizinkan dari 316L dapat turun hanya sekitar 15% dari nilainya pada suhu sekitar.

3. Flens Baja Tahan Karat Dupleks (misalnya, 2205, 2507)

Baja tahan karat dupleks menawarkan keseimbangan antara kekuatan dan ketahanan korosi, menjadikannya solusi hemat biaya dalam lingkungan suhu sedang tinggi yang melibatkan media agresif. Tipe 2205 biasanya digunakan pada suhu hingga 300°C, sedangkan 2507 dapat digunakan hingga 350°C. Pada 300°C, 2205 mempertahankan kekuatan luluh melebihi 400 MPa, yang hampir dua kali lipat dari baja tahan karat 304.

Terlepas dari keunggulan kekuatannya, baja dupleks secara termal kurang stabil daripada kelas austenitik pada suhu tinggi. Di atas 350°C, fase feritik menjadi rentan terhadap pertumbuhan butir dan penurunan ketahanan mulur. Hilangnya integritas mekanis yang dipercepat ini membatasi kesesuaiannya untuk layanan suhu tinggi jangka panjang.

4. Flens Baja Paduan Kromium-Molibdenum (misalnya, 15CrMo, P91)

Baja paduan Cr-Mo dirancang khusus untuk lingkungan suhu tinggi dan tekanan tinggi seperti pembangkit listrik dan sistem boiler. Kinerja mekanisnya dalam kondisi tersebut jauh melebihi baja karbon dan baja tahan karat standar.

Baja 15CrMo, yang mengandung 1–1,5% kromium dan sekitar 0,5% molibdenum, cocok untuk suhu layanan hingga 550°C. Pada 500°C, ia masih mempertahankan kekuatan luluh di atas 200 MPa. Baja P91, paduan 9%Cr–1%Mo berkinerja tinggi, mampu beroperasi jangka panjang di bawah 650°C dengan ketahanan mulur yang sangat baik. Misalnya, pada 600°C selama lebih dari 100.000 jam, kekuatan mulur P91 tetap sekitar 100 MPa, dibandingkan hanya 40 MPa untuk 15CrMo.

Material ini menggabungkan kekuatan suhu tinggi dengan ketahanan oksidasi yang baik, menjadikannya sangat cocok untuk kondisi termal dan tekanan yang menuntut.

5. Flens Paduan Berbasis Nikel (misalnya, Inconel 625, Hastelloy C-276)

Paduan berbasis nikel mewakili tingkat kinerja tertinggi dalam lingkungan suhu ekstrem dan sangat korosif. Inconel 625 mempertahankan kekuatan tarik di atas 100 MPa bahkan pada 1093°C, sedangkan Hastelloy C-276 memberikan ketahanan oksidasi yang sangat baik hingga 1200°C. Paduan ini juga menawarkan ketahanan mulur yang luar biasa. Misalnya, pada 800°C, Hastelloy C-276 memiliki kekuatan mulur sekitar lima kali lipat dari baja tahan karat 316L.

Ketahanan korosinya yang luar biasa berasal dari kandungan nikel (≥50%), kromium (20–30%), dan molibdenum (10–16%) yang tinggi. Kombinasi ini memungkinkan ketahanan terhadap berbagai mekanisme degradasi, termasuk oksidasi, retak korosi tegangan, dan korosi intergranular—bahkan di lingkungan kimia yang paling agresif. Dalam aplikasi kimia batubara, misalnya, di mana penggas beroperasi pada 650°C dan mengandung H₂S dan CO₂, hanya paduan berbasis nikel yang dapat memberikan kinerja yang andal selama lebih dari 20 tahun masa pakai.

Kesimpulan

Dalam aplikasi suhu tinggi, pemilihan material untuk flens harus mempertimbangkan tidak hanya ambang batas suhu tetapi juga kinerja mekanis jangka panjang dan ketahanan korosi.

• Baja karbon ekonomis tetapi terbatas pada suhu yang lebih rendah dan lingkungan non-korosif.

• Baja tahan karat austenitik menawarkan peningkatan ketahanan korosi suhu tinggi tetapi sensitif terhadap sensitisasi dan mulur.

• Baja tahan karat dupleks memberikan kekuatan tinggi pada suhu sedang tetapi menurun dengan cepat pada suhu tinggi.

• Baja paduan Cr-Mo dioptimalkan untuk layanan suhu tinggi dan tekanan tinggi dengan ketahanan mulur yang kuat.

• Paduan berbasis nikel memberikan kinerja tak tertandingi dalam kondisi ekstrem, meskipun dengan biaya yang jauh lebih tinggi.

Evaluasi yang cermat terhadap suhu operasi, tekanan, dan komposisi media sangat penting untuk memilih material flens yang tepat untuk memastikan keselamatan, daya tahan, dan efektivitas biaya.