Pemilihan Material/Bahan Pada Perpipaan

Pemilihan bahan perpipaan adalah proses yang membutuhkan pertimbangan karakteristik material yang sesuai untuk layanan yang dibutuhkan. Bahan yang dipilih harus sesuai untuk media aliran dan kondisi suhu dan tekanan dengan aman. Umunya perpipaan pada industri menggunakan material logam. Kekuatan mekanik harus sesuai untuk layanan jangka panjang. Aplikasi suhu ekstrim dapat menimbulkan masalah pada material seperti patah getas pada suhu rendah, mulur dan teroksidasi.

Sifat Mekanis Bahan Pipa

Sifat mekanik sangat penting untuk proses desain. Sifat ini didefinisikan sebagai respon karakteristik suatu material terhadap gaya yang diberikan. Sifat dibagi dalam dua kategori umum, kekuatan dan keuletan. Beberapa sifat, seperti ketangguhan material, bergantung pada kekuatan dan keuletan. Sifat material yang paling banyak dikenal dan digunakan akan dijelaskan di paragraf selanjutnya.

Modulus Elastisitas/Young: Modulus elastisitas adalah rasio tegangan normal dengan regangan yang sesuai untuk tegangan tarik atau tekan. Rasio ini linier melalui berbagai tegangan, yang dikenal sebagai hukum Hooke. Perilaku bahan dalam kisaran ini adalah elastis (yaitu, jika beban yang diterapkan dilepaskan, material akan kembali ke bentuk aslinya, tanpa tekanan).

Yield Strength/Kekuatan Luluh: Ketika sebuah spesimen dibebani melebihi titik di mana keelastisan dapat dipertahankan spesimen akan mulai berubah bentuk menjadi plastis. Sebagian besar bahan tidak tiba-tiba berubah dari murni elastis menjadi murni perilaku plastik. Yield strength merupakan titik transisi antara deformasi plastis dan elastis dari suatu bahan.

Ultimate Tensile Strength/Kekuatan Tarik Ultimate: Kekuatan tarik ultimate merupakan beban maksimum yang diterapkan dibagi dengan luas penampang spesimen asli.

Hardness/kekerasan: Ini adalah ukuran kemampuan material untuk menahan deformasi, biasanya ditentukan oleh tes standar di mana ketahanan permukaan terhadap lekukan adalah diukur. Uji kekerasan yang paling umum ditentukan oleh jenis indentor dan ukuran, dan jumlah beban yang diterapkan.

Toughness/Ketangguhan: Fraktur tiba-tiba, menunjukkan sedikit keuletan di sekitar retakan, terjadi pada logam tertentu ketika beban diterapkan dengan cepat. Kemampuan bahan untuk menahan patah getas seperti itu adalah ukuran ketangguhan/toughness.

Sifat Fisik Bahan Pipa

Massa Jenis: Massa jenis adalah perbandingan antara massa suatu bahan dengan volumenya. Di bejana dan desain perpipaan, massa jenis bahan konstruksi versus kekuatannya per unit luas penampang sering menjadi pertimbangan penting.

Konduktivitas Termal: Ini adalah kemampuan karakteristik suatu material untuk ditransmisikan energi dalam bentuk panas dari sumber bersuhu tinggi ke titik yang lebih rendah suhu. Kemampuan untuk mentransmisikan panas biasanya dinyatakan sebagai koefisien konduktivitas termal (k) yang satuannya adalah kuantitas panas yang ditransmisikan melalui satuan tebal per satuan waktu per satuan luas per satuan perbedaan suhu.

Semakin rendah nilai k, semakin tahan material terhadap aliran termal energi. Isolator yang baik memiliki koefisien konduktivitas termal yang rendah. Konduktivitas termal adalah fungsi dari suhu material. Untuk misalnya, koefisien konduktivitas termal baja karbon menurun seiring dengan suhu meningkat, sehingga menurunkan kemampuannya untuk mentransfer energi panas. Stainless steel austenitik, di sisi lain, peningkatan nilai k dengan suhu. Namun, mereka tetap lebih rendah dari baja karbon dalam rentang suhu normal sistem perpipaan.

Ekspansi termal: Dinyatakan sebagai koefisien ekspansi linier, ekspansi termal adalah perbandingan antara perubahan panjang per derajat suhu, terhadap panjang pada suhu standar tertentu (seperti suhu kamar, atau titik beku air). Satuan koefisien adalah panjang pertumbuhan per satuan panjang per derajat suhu. Nilai koefisien bervariasi dengan suhu.

Kalor jenis: Ukuran jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu derajat per satuan berat berat bahan.

Material Logam Pada Pipa

Logam dibagi menjadi dua jenis: besi, yang meliputi besi dan paduan besi-dasar; dan nonferrous, meliputi logam dan paduan lainnya. Metalurgi berkaitan dengan ekstraksi logam dari bijih dan juga dengan menggabungkan, merawat, dan memproses logam menjadi bahan teknik yang berguna.

Logam besi: salah satu logam yang paling umum, sangat jarang ditemukan di alam di bentuk murninya. Itu terjadi dalam bentuk oksida mineral (Fe2O3 atau Fe3O4), dan dengan demikian itu terdiri dari sekitar 6 persen dari kerak bumi.

Besi tuang: Besi kasar yang telah dilebur kembali dikenal sebagai besi tuang, istilah yang berlaku untuk besi memiliki karbon lebih dari 2 persen berat. Dibandingkan dengan baja, besi cor adalah lebih rendah dalam kelenturan, kekuatan, ketangguhan, dan keuletan. Di sisi lain, pemeran besi memiliki fluiditas yang lebih baik dalam keadaan cair dan dapat dilemparkan dengan memuaskan menjadi rumit bentuk. Ini juga lebih murah daripada baja. Jenis besi cor yang paling penting adalah besi cor putih dan abu-abu.

Baja/steel: Baja didefinisikan sebagai paduan besi dengan karbon tidak lebih dari 2,0 persen berat. Metode yang paling umum untuk memproduksi baja adalah dengan menghaluskan pig iron dengan oksidasi pengotor dan kelebihan karbon, yang memiliki afinitas lebih besar terhadap oksigen daripada besi.

Paduan Baja

Paduan baja karbon dengan elemen lain untuk mendapatkan berbagai macam sifat yang diinginkan adalah ilmu yang matang. Berikut ini merangkum efek yang diketahui dari menambahkan elemen tertentu ke baja.

Paduan Karbon: Secara umum, peningkatan kandungan karbon dari paduan baja menghasilkan yang lebih tinggi kekuatan dan kekerasan tertinggi tetapi dapat menurunkan keuletan dan ketangguhan. Karbon juga meningkatkan kecenderungan pengerasan udara dan kekerasan las. Dalam baja paduan rendah untuk aplikasi suhu tinggi, kandungan karbon biasanya terbatas pada a maksimum sekitar 0,15 persen untuk memastikan daktilitas optimal untuk pengelasan, memperluas, dan operasi lentur. Peningkatan kandungan karbon mengurangi konduktivitas termal dan listrik baja.

Nikel: Sebagai elemen paduan dalam baja paduan, nikel adalah penguat ferit dan ketangguhan dan larut dalam semua proporsi. Baja nikel mudah dikeraskan karena nikel menurunkan laju pendinginan kritis yang diperlukan untuk menghasilkan pengerasan pada pendinginan. Dalam baja yang diberi perlakuan panas, nikel meningkatkan kekuatan dan ketangguhan. Dalam kombinasi dengan kromium, nikel menghasilkan baja paduan yang memiliki nilai lebih tinggi impak dan ketahanan lelah daripada yang dapat diperoleh dengan baja karbon lurus.

Aluminium: Aluminium banyak digunakan sebagai deoxidizer dalam baja cair dan untuk: mengontrol ukuran butir. Ketika ditambahkan ke baja dalam jumlah terkontrol, itu menghasilkan ukuran butir yang halus.

Tembaga: Tembaga larut dalam baja dan memperkuat besi sebagai pengganti elemen. Penggunaan tembaga dalam paduan tertentu meningkatkan ketahanan terhadap atmosfer korosi dan meningkatkan kekuatan luluh. Namun, jumlah tembaga yang berlebihan (biasanya di atas 0,3 persen berbahaya bagi kinerja suhu tinggi karena elemen titik leleh yang lebih rendah memisahkan ke batas butir dan secara lokal meleleh (mencair), menyebabkan pemisahan intergranular di bawah tekanan yang diterapkan.

Degradasi Material Pada Pemakaian

Penuaan Sifat: Sejumlah baja yang telah mengumpulkan waktu layanan yang cukup diketahui mengalami perubahan dalam sifat mereka, biasanya merugikan mereka. Ini fenomena telah disebut penuaan, dan terjadi pada bahan yang diberi perlakuan panas atau pengerjaan dingin untuk mencapai tingkat kekuatan tinggi dan untuk digunakan pada suhu tinggi. Bahan-bahan ini berpotensi lebih rentan terhadap kegagalan setelah kondisi telah dikembangkan.

”Penuaan” dalam hal ini tidak boleh disamakan dengan istilah yang sama yang digunakan untuk mewakili perlakuan panas yang disengaja dilakukan untuk beberapa jenis paduan nonferrous. Dalam konteks yang dibahas di sini, penuaan mengacu pada kemajuan yang biasanya sangat lambat reaksi metalurgi yang terjadi pada sejumlah paduan saat pada suhu operasi untuk waktu yang lama.

Komponen yang mengalami waktu pakai yang cukup lama mengandung material yang telah menua seiring berjalannya waktu. Materi minat khusus adalah materi yang secara teratur mengalami suhu operasi yang lebih tinggi; misalnya, baja feritik di atas 900 F (482 C) dan stainless steel austenitik pada atau di atas 1000 F (538 C). Sebuah studi disponsori oleh ASME Boiler and Pressure Vessel Code berusaha untuk mengidentifikasi dan mengukur efek ini. Upaya tersebut merupakan hasil dari kekhawatiran akan seismik yang mendekati akhir masa pakainya beban dalam boiler nuklir suhu tinggi.

Temper Embrittlement: Temper embrittlement adalah fenomena yang terjadi pada baja karbon dan baja paduan ketika berada pada kisaran suhu kira-kira antara 660 dan 1020 F (350 dan 550 C). Sifat yang paling terpengaruh secara signifikan adalah ketangguhan. Waktu terjadinya hal tersebut adalah fungsi komposisi kimia baja, kondisi perlakuan panas, riwayat fabrikasi, dan suhu pakai. Degradasi paling parah terjadi pada daerah las. Karena penggunaan baja Cr–Mo secara berlebih dalam petrokimia dan boiler pembangkit listrik, sebagian besar penelitian terkonsentrasi pada kelompok bahan ini.

Telah diakui selama beberapa tahun bahwa kerentanan baja terhadap temper embrittlement adalah karena keberadaan dan jumlah elemen jejak antimon (Sb), fosfor (P), timah (Sn), dan arsen (As), dengan P dan Sn memiliki pengaruh. Elemen lain yang dapat berkontribusi untuk mengurangi ketangguhan adalah silikon, mangan, dan tembaga. Efek menguntungkan dapat diperoleh dengan penambahan molydbenum dan aluminium. Ketergantungan yang jelas dari keparahan dan chemistry temper embrittlement telah menyebabkan perkembangan sejumlah faktor penggetasan.

Serangan Hydrogen: Serangan hidrogen adalah salah satu masalah terpenting dengan bahan yang digunakan dalam sintesis amonia, penyulingan minyak, dan peralatan gasifikasi batubara. Ketika karbon dan baja paduan rendah ditahan dalam hidrogen pada suhu tinggi dan tekanan untuk jangka waktu yang lama, bahan-bahan ini dapat mengalami efek merendahkan terhadap sifat keruntuhan tarik dan rangkaknya. Ini disertai dengan formasi celah intergranular, lecet pada permukaan, dan hilangnya kandungan karbon (dekarburisasi). Fenomena ini disebut serangan hidrogen dan umumnya dikaitkan dengan pembentukan metana (CH4) di dalam baja.

Grafitisasi:

Grafitisasi adalah proses nukleasi dan pertumbuhan yang bergantung pada waktu dan suhu, di mana besi karbida dalam bentuk perlit pertama spheroidizes, dan kemudian bentuk nodul grafit. Ada dua tipe umum:

1. Pembentukan nodul grafit yang tersebar secara acak dan relatif seragam di baja. Ini agak mengurangi kekuatan mekanik suhu kamar, tapi tidak mempengaruhi kekuatan creep-rupture pada suhu tinggi.
2. Formasi grafit terkonsentrasi paling sering di sepanjang tepi zona las yang terpengaruh panas. Ini disebut sebagai grafit rantai, karena bidang nodul ada sejajar dengan kontur butiran las.

Pembentukan nodul-nodul ini, ketika disejajarkan melalui dinding tekanan bagian, menciptakan bidang kelemahan, tunduk pada pecah. Fraktur khas terjadi tanpa peringatan sebelumnya.

>>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR KONSTRUKSI LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Nayyar, Mohinder L. 2000. Piping Handbook: Seventh Edition. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc.

Author: admin