Fase berbahaya apa yang mudah diendapkan dalam baja dupleks dalam rentang suhu tertentu

Baja tahan karat dupleks (DSS) banyak digunakan di sektor minyak dan gas, kimia, dan teknik lepas pantai karena kekuatannya yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi yang sangat baik. Namun, kinerja tinggi DSS bergantung pada keseimbangan struktur mikro austenit (γ) dan ferit (δ). Ketika DSS terkena atau dioperasikan dalam jangka waktu lama dalam kisaran suhu tertentu, fasa ferit terurai, memicu berbagai "fase yang merusak". Endapan ini sangat merusak ketangguhan mekanis dan ketahanan korosi material, sehingga menimbulkan ancaman signifikan terhadap keandalan aplikasi teknik.

1. Pembunuh Kerapuhan: Pengendapan Fase σ dan χ

Dari semua fase yang merusak, fase σ tidak diragukan lagi merupakan fase yang paling terkenal dan merusak.

Kisaran Suhu Curah Hujan: fase σ mengendap terutama antara 600°C dan 950°C, dengan kinetika presipitasinya mencapai puncaknya sekitar 800°C hingga 880°C.

Komposisi Kimia: fasa σ merupakan senyawa intermetalik yang kaya akan kromium (Cr) dan molibdenum (Mo). Ia terbentuk melalui dekomposisi δ ferit atau reaksi dekomposisi eutektoid pada antarmuka antara δ ferit dan γ austenit.

Dampak Kinerja: Pengendapan fase σ memiliki dampak dua arah pada sifat teknik DSS. Pertama, fasa σ sendiri merupakan fasa keras dan getas. Kehadirannya secara tajam mengurangi ketangguhan impak material, membuatnya rentan terhadap patah getas pada suhu rendah atau kondisi konsentrasi tegangan. Kedua, selama presipitasi, fasa σ mengkonsumsi sejumlah besar Cr dan Mo dari matriks ferit δ di sekitarnya, sehingga mengakibatkan daerah yang kekurangan Cr dan Mo di sekitar fasa σ. Daerah yang terkuras ini secara signifikan mengurangi ketahanan terhadap korosi, sehingga menjadi rentan terhadap korosi pitting dan intergranular.

Fase Chi juga merupakan senyawa intermetalik kaya Cr dan Mo yang biasanya terbentuk dalam kisaran suhu yang sama dengan fase σ (700°C hingga 900°C). Namun, fase χ biasanya mengendap sebagai fase metastabil pada awal penuaan, kemudian berubah menjadi fase σ yang lebih stabil. Dampak negatifnya terhadap properti serupa dengan fase σ, yang menyebabkan penggetasan dan penurunan ketahanan terhadap korosi.

2. Penggetasan pada Suhu 475°C: Ancaman Tersembunyi pada Suhu Rendah

Selain fase σ di daerah bersuhu tinggi, baja tahan karat dupleks juga mengalami zona bahaya pada suhu lebih rendah, yang dikenal dengan penggetasan 475°C.

Kisaran Suhu Curah Hujan: Fenomena ini terjadi antara 350°C dan 550°C, dengan tingkat keparahan puncak sekitar 475°C.

Mikromekanisme: Dalam kisaran suhu ini, fase delta ferit mengalami dekomposisi spinodal, terurai menjadi dua struktur ferit skala nano: fase α′ kaya kromium (α′ kaya Cr) dan fase α miskin kromium (α miskin Cr).

Dampak Kinerja: Pemisahan fase skala nano ini secara signifikan meningkatkan kekerasan dan kekuatan material, namun secara tajam menurunkan ketangguhan dampaknya. Meskipun penggetasan pada suhu rendah ini tidak terlalu parah dan lebih luas dibandingkan pengendapan fasa σ pada ketahanan terhadap korosi, fasa α′ yang kaya kromium juga dapat menyebabkan peningkatan kerentanan korosi pada media tertentu. Perlu dicatat bahwa dekomposisi spinodal biasanya memerlukan periode penuaan yang lama, namun kinetika presipitasi dapat dipercepat pada material yang dikerjakan dengan dingin.

3. Karbonitrida dan Austenit Sekunder

Selain endapan utama yang disebutkan di atas, fase merugikan lainnya dapat terbentuk dalam kondisi tertentu:

Karbida dan Nitrida: Antara 550°C dan 750°C, kromium karbida (Cr23​C6​) atau nitrida dapat mengendap. Meskipun kandungan karbon (C) DSS modern biasanya dijaga pada tingkat yang sangat rendah (≤0,03%), endapan ini mungkin masih terbentuk pada batas butir, mengonsumsi Cr dan menimbulkan risiko korosi antar butir.

Austenit Sekunder (γ2​): Selama pengendapan fase σ, dekomposisi ferit δ secara bersamaan membentuk austenit sekunder yang kaya nikel (γ2​). Meskipun γ2​ sendiri bukan merupakan fase yang merusak secara langsung, mekanisme pembentukannya terkait erat dengan pengendapan fase σ. Kehadirannya menandakan dekomposisi δ ferit, yang secara tidak langsung menandakan penurunan sifat material.