Stainless and Heat-Resisting Crude Steel Production (in 000 metric tons)

Metallurgy and Materials Engineering Department University of Indonesia

2007

Karakteristik Dan Pemilihan Material

Ferritic Stainless Steel

Dr.-Ing. Bambang Suharno Dr. Ir. Sri Harjanto

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Stainless and Heat-Resisting Crude

Steel Production (in ‘000 metric tons)

14.3 27,800 -1.0 24,320 24,570 World total 17.5 14,680 5.1 12,498 11,897 Asia 13.4 3,050 -8.3 2,689 2,933 The Americas 19.4 370 -2.5 310 318 Central and Eastern

Europe 9.9 9,700 -6.4 8,823 9,422 Western Europe/Africa +/- % 2006 (e) +/- % 2005 2004 Region University of Indonesia

Karakteristik Ferritic Stainless Steel

ƒ Komposisi:

ƒ Interval kandunganCr : 10.5 – 30 % Cr (11.5 – 27 % Cr)

ƒ C dibuat rendah untuk memperbaiki ketangguhan dan meminimalisir sensitasi

ƒ Unsur tambahan:Mn, SidanMo, Si, Al, Ti, Nb ƒ Mo Æmemperbaiki ketahanan korosi pitting dan

crevice

ƒ Nb dan/atau Ti Æmengikat C dan N ƒ S atau SeÆmeningkatkanmachinability ƒ Struktur kristal:

ƒ umumnyaBCC (Body Centered Cubic)

University of Indonesia

Karakteristik Ferritic Stainless Steel

ƒ Sifat Mekanik:

ƒ Tidak termasuk ‘high strength steel’

ƒ Kekuatan luluh (kondisi anil) Æ 275 – 415 MPa

ƒ Sifatductilitydanformabilitynya baik.

ƒ Kekuatan pd temp tinggi <<< Austenitic Stainles Steel (effect brittleness)

ƒ Ketangguhannya terbatas ƒ Sifat Fisika:

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Ferritic Stainless Steel

Tiga generasi ferritic stainless steel :

Generasi I:

Kandungan C tidak terlalu rendah Æ dibutuhkan penstabil ferrite yg banyak, misal:

ƒType 430stainless steel (0.12% max C – 17%Cr) ƒType 446stainless steel (0.20% max C – 25 %Cr)

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Ferritic Stainless Steel (Generasi I)

KOMPOSISI KIMIA FERRITIC STAINLESS STEEL GENERASI I KOMPOSISI WT %

UNS TYPE C Cr Mo LAIN2

S42900 429 0.12 14.0-16.0 - -S43000 430 0.12 16.0-18.0 - -S43020 430F 0.12 16.0-18.0 0.6 0.06P;0.15 min S S43023 430FSe 0.12 16.0-18.0 - 0.15 min Se S43400 434 0.12 16.0-18.0 0.75-1.25 -S43600 436 0.12 16.0-18.0 0.75-1.25 Nb+Ta = 5x%C min S44200 442 0.2 18.0-23.0 -S44600 446 0.2 23.0-27.0 -University of Indonesia

Ferritic Stainless Steel

Generasi II :

ƒ Kandungan C & N lebih rendah ƒ Type 409stainless steel

(0.04%C-11%Cr-0.5%Ti).

ƒ Ti mengikat C dan N, sehingga tidak

terbentuk Cr-Carbida

ƒ Ti yg berlebih berperan sebagai penstabil ferrite Æ paduan 409 berfasa ferrite pada semua temperatur

University of Indonesia

Ferritic Stainless Steel (Generasi II)

KOMPOSISI KIMIA FERRITIC STAINLESS STEEL GENERASI II KOMPOSISI WT %

UNS TYPE C Cr Mo Ni LAIN2

S40500 405 0.08 11.5-14.5 0.1-0.3 Al S40900 409 0.08 10.5-11.75 0.5 Ti = 6xCmin to 0.75%max 409Cb 0.02 12.5 0.2 0.4 Nb S44100 441 0.02 18 0.3 0.7 Nb, 0.3 Ti AL433 0.02 19 0.3 0.4 Nb, 0.5 Si, 0.4 Cu AL466 0.01 11.5 0.2 0.2 Nb, 0.1 Ti AL468 0.01 18.2 0.2 0.2 Nb, 0.1 Ti YUS436S 0.01 17.4 1.2 0.2 Ti S43035 439 0.07 17-19 0.5 Ti = 0.2 + 4(C+N)min to 1.0max 12SR 0.2 12 1.2 Al, 0.3 Ti 18SR 0.04 18 2.0 Al, 0.4 Ti

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Ferritic Stainless Steel (Generasi III)

Generasi III:

ƒ Kandungan C & N dibawah 0.02 % ƒ Ada Stabilizer Ti dan Nb ƒ Type 444 (18%Cr-2%Mo) ƒ Superferritic stainless steel

- austenite-free pd semua temperatur

- dapat mengalami embrittlement karena pembentukan fasa intermetallic pada temp. tinggi. - Sensitive pd 4750_{C karena} pengendapan ά-phase serta embrittlement oleh σ & χ pd T tinggi.

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Aplikasi Ferritic Stainless Steel

Aplikasi SS 430 (Generasi I)

ƒ Produk Flat Rolled (plate, sheet and coil) ƒ Refrigerator cabinet panels

ƒ Linings for dish washers

Aplikasi 409 (generasi II)

ƒ Automotive exhaust systems ƒ Catalytic converters

University of Indonesia

Permasalahan Ferritic SS

ƒ Kegagalan pada transisi ulet-getas

ƒPermasalahan serius pada aplikasi struktural. ƒJika C+N < 0.015%, temp. transisi dapat

dijaga di bawah temp. kamar.

ƒAkan tetapi, jika kandungan interstisi sangat rendah dari standard, baja ini masih rentan terhadap penggetasan dengan terbentuknya fasaα’ dan σ. Tidak direkomendasikan digunakan pada sekitar 325oC.

University of Indonesia

Permasalahan Ferritic SS

ƒ Laju sensitasi tinggi (khususnya di HAZ)

ƒ Terjadi setelah pemanasan pada 900oC, seperti pada HAZ las-lasan.

ƒ Sensitasi pada kisi bcc (ferritic) lebih cepat dibanding kisi fcc (austenitic).

ƒ Sensitasi dapat diatasi dengan anil pada temp. 650-850oC, memungkinkan atom Cr berdifusi ke daerah kekurangan Cr di sekitar batas butir karbida. ƒ Paduan dapat distabilkan dengan penambahan Ti dan

Nb yang membentuk karbida stabil dalam matriks Æ mencegah pembentukan Cr23C6 atau Cr7C6.

Metallurgy and Materials Engineering Department University of Indonesia

2007

Karakteristik Dan Pemilihan Material

Austenitic Stainless Steel

Dr.-Ing. Bambang Suharno Dr. Ir. Sri Harjanto

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Austenitic Stainless Steels

Komposisi:

ƒChromium-nickel steel digunakan secara luas dan dikenal dengan nama 18-8 (Cr-Ni) steel. [16-25% Cr]

ƒTipikal: 18%Cr, >8%Ni, <0.1%C Struktur kristal:

ƒFCC (face centered cubic) Sifat Mekanika:

ƒYS: ~ 240 MPa; UTS: 585 MPa

ƒ Ketangguhannya baik (pada Temp tinggi dan rendah) ƒ Kekuatan rendah hingga moderat.

ƒ Keuletan dan mampu bentuk baik. ƒ Mampu las baik.

ƒ Harga relatif tinggi (sebab mengandung Nikel)

University of Indonesia

Austenitic Stainless Steels

ƒ Sifat Fisika-kimia:

ƒUmumnya ketahan korosi sangat baik.

ƒKecuali pada lingkungan khlorida

ƒKetahanan panas baik

ƒketahanan creep dan oksidasi pada temperatur tinggi yang baik.

ƒNon Magnetik University of Indonesia

Aplikasi Austenitic SS

ƒ Sangat luas. ƒpipes, heat

exchangers, tanks for food, chemical, pharmaceutical, offshore and paper industries.

ƒ Baja dengan paduan

yang lebih tinggi untuk lingkungan yang lebih agresif.

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Penggunaan Austenitic SS

ƒ

Heat exchanger tubes

ƒ

Pipe systems within

ƒ

Off shore

ƒ

Chemical and Petrochemical

ƒ

Hydrometallurgy

ƒ

Desalination

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Komposisi Kimia Austenitic SS

University of Indonesia

Komposisi Kimia Austenitic SS

University of Indonesia

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Sifat Mekanik Austenitic SS

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Sifat Mekanik Austenitic SS

University of Indonesia

Penguatan Austenitic SS

ƒ Penguatan dengan unsur dalam larutan padat

ƒN digunakan sebagai atom penguat interstisi dan bukan C. (Mengapa..?)

ƒUntuk mempertahankan kelarutan N tanpa terjadi presipitasi, perlu ditambah atom substitusi.

ƒAtom substitusi juga berperan sebagai penstabil austenit, yi: Mn.

ƒMendoorong pada pengembangan AISI seri 200: baja Cr-Mn-Ni-N

University of Indonesia

Permasalahan Austenitic SS

ƒ Chloride Stress corrosion cracking:

ƒFenomena terjadi pada kombinasi tegangan (kerja atau sisa) dan ion klorida.

ƒKegagalan terjadi melalui retakan transgranular.

ƒJenis retakan ini, tipikal terjadi pada baja SS dengan kandungan Ni tinggi.

ƒPenanggulangannya: kurangi tegangan dan menghilangkan ion klorida dari larutan yang kontak dengan SS, meskipun hal ini sulit.

University of Indonesia

Department of Metallurgy and Materials Engineering UI

Permasalahan Austenitic SS

ƒ Pengerjaan dingin Austenitic SS.

ƒDapat diatasi dengan pengerjaan-hangat 700-900oC.

ƒAkan lebih efektif dengan penambahan Nb untuk menghambat rekristalisasi melalui presipitasi NbC atau NbN.

ƒKemudian pemanasan kembali pada 850oC setelah pengerolan.

ƒHasilnya, perbaikan struktur terhadap pelunakan pada temperatur tinggi.