Pemilihan bahan untuk setiap lingkungan tertentu
secara langsung tergantung pada sifat material, terutama sifat yang dipengaruhi
oleh lingkungan yang khusus.
Sifat logam diklasifikasikan dalam hal Teknik,
Fisika dan Kimia properti. Ini dibagi lagi menjadi Struktur Sensitif atau
Struktur sifat sensitif. Tabel berikut ini menjelaskan sifat ini.
Tabel 1: sifat logam.
Pada artikel ini, kita prihatin hanya dengan
sifat mekanik struktur-sensitif logam. Logam disukai sebagai bahan
konstruksi karena mereka menawarkan kombinasi sifat mekanik yang unik dan tidak
ditemukan di antara non-logam. Logam umumnya kuat dan banyak dapat dimuat
atau stres tingkat sangat tinggi sebelum putus. Salah satu properti logam
yang menarik adalah kapasitas mereka untuk menunjukkan tingkat tinggi perilaku
elastis dalam kapasitas membawa beban awal mereka. Ini adalah properti
yang sangat penting untuk penggunaan efektif logam sebagai bahan konstruksi. Ketika
logam ini dimuat di luar jangkauan elastis, mereka menunjukkan set sifat
penting yang disebut keuletan dan ketangguhan. Properti ini dan bagaimana
mereka dipengaruhi oleh perubahan suhu adalah point dari artikel ini.
Pipeline Baja
Kami akan fokus pada
karbon dan paduan rendah baja. Dapat dicatat bahwa sebagian besar bahan
yang digunakan dalam rekayasa pipa konvensional berasal dari kelompok generik
ini. Tepat, itu adalah keuletan dan ketangguhan logam ini dan bagaimana
mereka dipengaruhi oleh variasi suhu yang subjek kita.Penekanan dilakukan pada
variasi di bawah suhu rendah. Untuk tujuan ini sangat penting untuk
mengetahui apa yang dimaksud dengan sifat logam ini dan dengan suhu rendah. Definisi
berikut dipahami oleh mekanika fraktur.
Daktilitas didefinisikan sebagai jumlah
deformasi plastik yang mengalami logam dalam melawan fraktur di bawah tekanan. Ini
adalah properti struktur-sensitif dan dipengaruhi oleh komposisi kimia.
Ketangguhan adalah kemampuan logam untuk berubah
bentuk secara plastis dan menyerap energi dalam proses sebelum patah. Properti
sensitif mekanik dan struktur ini adalah indikator seberapa logam diberikan
akan gagal pada saat penerapan stres luar kapasitas logam, dan apakah kegagalan
yang akan ulet atau rapuh. Hanya satu penilaian ketangguhan dapat dibuat
dengan beberapa tingkat akurasi yang memadai dari pengujian tarik biasa, dan
itu adalah menampilkan logam baik ulet atau perilaku getas. Dari itu dapat
diasumsikan bahwa logam menampilkan sedikit daktilitas tidak mungkin untuk
menampilkan kegagalan ulet jika stres melampaui batas-batasnya. Kegagalan
dalam hal ini akan menjadi rapuh.
Suhu logam yang ditemukan memiliki pengaruh
besar pada rapuh / perilaku ulet. Pengaruh suhu yang lebih tinggi pada
perilaku logam cukup besar. Kenaikan suhu sering dikaitkan dengan
peningkatan daktilitas dan yang sesuai yang menurunkan kekuatan luluh. Pecah
pada suhu yang tinggi sering intergranular, dan sedikit atau tidak ada
deformasi permukaan retak mungkin terjadi. Ketika diturunkan di bawah suhu
kamar, kecenderungan untuk fraktur meningkat getas.
ASTM E 616 mendefinisikan beberapa terminologi
yang berhubungan dengan Mekanika Fraktur dan Pengujian, seperti:
·
Fraktur Istilah ketat
didefinisikan sebagai permukaan yang tidak teratur yang terbentuk ketika logam
ini dibagi menjadi bagian-bagian yang terpisah. Jika fraktur telah
disebarkan hanya bagian perjalanan dalam logam dan logam masih dalam keadaan
utuh, itu disebut retak.
·
Sebuah celah
didefinisikan sebagai dua permukaan bertepatan bebas dalam logam yang bergabung
bersama depan umum yang disebut ujung retak, yang biasanya sangat tajam.
·
Fraktur istilah digunakan
ketika pemisahan logam terjadi pada suhu relatif rendah dan daktilitas logam
dan ketangguhan performa adalah topik utama.
·
Pecahnya Istilah lebih
terkait dengan pembahasan pemisahan logam pada suhu yang tinggi.
Seperti disebutkan sebelumnya, dua tipe dasar
fraktur terjadi pada logam: ulet dan rapuh. Kedua mode mudah dikenali
ketika mereka terjadi dalam pengecualian, tapi patah tulang pada logam sering
dicampur morfologi dan yang tepat disebut mode campuran. Mekanisme
yang memulai fraktur adalah fraktur geser, fraktur pembelahan, dan patah
intergranular. Hanya mekanisme geser menghasilkan patah ulet. Dapat
dicatat bahwa seperti mode dibahas di sini, mekanisme kegagalan juga tidak
memiliki eksklusivitas.
Sebuah celah didefinisikan di atas sebagai dua
permukaan bertepatan bebas dalam logam yang bergabung bersama depan umum yang
disebut ujung retak, yang biasanya sangat tajam. Terlepas dari fraktur
yang ulet atau rapuh, proses fraktur dipandang sebagai memiliki dua langkah
utama:
1. Crack inisiasi,
dan
2. Retak.
Pengetahuan tentang dua langkah ini sangat
penting karena ada perbedaan yang nyata dalam jumlah energi yang dibutuhkan
untuk mengeksekusi mereka. Tingkat relatif energi yang dibutuhkan untuk
inisiasi dan propagasi untuk menentukan jalannya peristiwa yang akan terjadi
ketika logam terkena stres.
Ada beberapa aspek untuk mekanika fraktur yang
mengikat dengan subjek keuletan dan ketangguhan logam tapi artikel ini tidak
direncanakan untuk informasi rinci tentang mekanika fraktur. Oleh karena
itu, ini tidak dibahas secara rinci tetapi beberapa topik tertentu yang
berhubungan dengan yang tercantum dalam Tabel 2.
Tabel 2: Topik terkait mekanika fraktur.
·
Pengaruh axiality stres,
·
Crack teori penangkapan,
·
Representasi intensitas
stres,
·
Stres gradien,
·
Tingkat Strain,
·
Pengaruh Stres siklik,
·
Kelelahan Crack,
·
Crack Propagation, (KIC
= σ √ πa)
·
Teori Griffith mekanika
fraktur,
·
Irwin K = √ E x G,
·
Crack Surface
Displacement Mode,
·
Crack Tip Opening
Displacement (CTOD), (BS 5762-1979 dan BS 7448 bagian-I)
·
Metode R-Curve Uji
·
Metode pengujian
J-Integral,
·
Linear Elastic Fracture
Mechanics-(LEFM) (ASTM E 399),
·
Mekanika elastik plastik
Fracture (EPFM),
·
Nil Daktilitas Suhu
(NDT).
Meskipun topik pada Tabel 2 tidak umum
dipertimbangkan ketika memilih bahan yang cocok untuk pipa onshore, ini adalah
bagian penting dari pipa bawah laut dan teknologi riser. Bahkan, beberapa
spesifikasi (misalnya API 1104, DNV-OS F101 dll) menyarankan penggunaan mekanika
fraktur untuk menentukan perilaku kegagalan logam dalam layanan ini.
Kembali ke pembahasan sebelumnya kami,
menurunkan suhu logam sangat mempengaruhi perilaku fraktur.Kekuatan, keuletan,
ketangguhan dan properti lainnya yang berubah di semua logam ketika mereka
terkena suhu mendekati nol mutlak. Sifat-sifat logam pada suhu yang sangat
rendah adalah lebih dari bunga biasa karena jaringan pipa, dilas peralatan
tekanan dan kapal diharapkan untuk beroperasi secara memuaskan pada tingkat di
bawah suhu kamar. Sebagai contoh, suhu di bawah nol moderat dikenakan pada
peralatan untuk dewaxing minyak bumi dan untuk penyimpanan nitrogen, bahan
bakar gas cair dan pipa.
Temperatur yang lebih rendah terlibat dalam
layanan cryogenic di mana suhu logam jatuh ke -100 C (-150 F) dan di bawah. Layanan
cryogenic mungkin melibatkan penyimpanan gas industri cair seperti oksigen dan
nitrogen. Menuju bagian paling bawah dari skala temperatur, ada tantangan
nyata untuk logam yang digunakan dalam konstruksi peralatan untuk memproduksi
dan mengandung hidrogen cair dan helium cair, karena unsur-unsur dalam bentuk
cair yang semakin penting dalam teknologi baru. Helium dalam bentuk cair
hanya sedikit di atas nol mutlak, yaitu 1 Kelvin (-273,16 C atau - 459,69 F).
Nol mutlak (1 K) adalah suhu teoritis di mana
materi tidak memiliki energi kinetik dan atom tidak lagi menunjukkan gerak. Manusia
belum mendinginkan bahan nol mutlak, sehingga tidak diketahui bagaimana logam
akan berperilaku ketika didinginkan sampai kondisi batas ini.
Namun, komponen logam telah dibawa ke suhu
sangat dekat dengan nol mutlak, karena itu menyajikan sebuah tantangan khusus
untuk logam dan komponen dilas karena mereka akan diminta untuk melayani dalam
suhu yang sangat rendah ini.
Ketika didinginkan di bawah suhu kamar setiap
logam akan mencapai temperatur di mana energi kinetik akan diturunkan menjadi
nihil. Atom-atom dari elemen akan bergerak lebih dekat dan parameter kisi
akan menjadi lebih kecil. Semua perubahan ini akan mempengaruhi sifat
mekanik dari logam.
Kekuatan logam Pada Suhu
Rendah
Sebagaimana telah kita
lihat, karena suhu diturunkan dari suhu kamar, 75oF (24oC atau 297oK), nol
mutlak, 1oK, atom dari elemen bergerak lebih dekat bersama-sama oleh dimensi
dengan mudah diperparah dari koefisien ekspansi termal. Beberapa perubahan
terjadi sebagai akibat dari parameter kisi yang lebih kecil ini. Sebagai
contoh, modul elastis meningkat. Secara umum, kekuatan tarik dan kekuatan
luluh dari semua bahan meningkat karena suhu diturunkan ke suhu daktilitas
nihil (NDT), di mana hasil dan kekuatan tarik adalah sama (σo = σu). Perubahan
sifat ini adalah variabel dalam derajat untuk logam yang berbeda tetapi
perubahan tidak terjadi.
Ketika suhu rendah karbon atau paduan rendah
baja diturunkan, sesuai peningkatan kekuatan logam terjadi. Hal ini
dikaitkan dengan peningkatan resistensi terhadap aliran plastik. Karena
aliran plastik sangat tergantung pada sifat dari struktur kristal, akan logis
untuk mengasumsikan bahwa logam dengan jenis yang sama dari struktur akan
bereaksi sama.
Sebuah catatan penting: Materi dalam ASTM A 333
Kelas 1,3,4,6,9 dan 10 wajib memiliki minimal 10 ft-lbs diserap energi (nilai
impact) ini adalah sama dengan ASTM A 350 LF1, tapi. bahan ASTM A 350 LF2 dan
LF3 wajib memiliki minimal 12 ft-lbs diserap energi (nilai impact). Ini
adalah pada suatu suhu tertentu, masing-masing bahan tersebut.
Memilih Bahan Dari
Spesifikasi Dan buku kode
Ada beberapa spesifikasi
ASME / ASTM khusus dirancang untuk layanan suhu rendah, tetapi penting untuk
memeriksa apakah suhu uji yang ditentukan untuk logam yang digunakan dalam
penghitungan dengan suhu desain sistem. ASTM-A/ASME-SA105 bukanlah materi
suhu rendah, namun dapat digunakan untuk suhu rendah jika semua faktor-faktor
lain yang sesuai dengan persyaratan dan tes dampak tambahan pada bahan
dilakukan pada suhu yang dalam penghitungan dengan suhu desain.
Demikian pula, ASTM A 106 pipa (grade A, B atau
C) harus diperiksa untuk suhu uji karena ASTM A 106 ditetapkan sebagai
"suhu tinggi" material dan berhak uji dampak bahkan tidak termasuk
dalam persyaratan non-wajib. Hal yang sama halnya dengan ASTM A 105 bahan
ditempa dibahas di atas. Mengenai ASTM A 333 kelas 1, 3, 4, 6, 9 dan 10
pipa untuk nilai dampak yang dapat diterima dan suhu uji mereka, spesifikasi
harus dirujuk sebelum sewenang-wenang menggunakan mereka untuk setiap rentang
suhu layanan. ASTM A 350 LF1 (-20 F), LF2 (-50 F), LF 3 (-150 F) cocok
untuk layanan suhu rendah ke batas yang ditetapkan oleh spesifikasi, tetapi
harus memeriksa nilai penyerapan energi tertentu Cv untuk memastikan itu dalam
penghitungan dengan parameter desain sistem.
Sebuah pilihan informasi harus dibuat. Ada
beberapa bahan plat boiler berkualitas ditentukan oleh spesifikasi ASTM dan
kode ASME tetapi tidak semua cocok untuk layanan suhu rendah. Beberapa
begitu dirancang metallurgically bahwa mereka tidak cocok untuk layanan suhu
rendah. Bahan plat sesuai dengan ASTM A 515 spesifikasi adalah contoh. Sebagian
besar logam yang cocok untuk suhu rendah umumnya diuji untuk 32oF (0 C) kecuali
ditentukan lain. Jadi, anggapan umum bahwa semua materi ASME baik
sampai-20oF tidak akan benar, kecuali jika diuji dan laporan uji materi
sehingga menyatakan.
Mandat API yang pipa PSL2 diuji pada 32oF (0 C)
atau suhu yang lebih rendah seperti yang disepakati antara pembeli dan produsen
dan diharapkan memiliki 20 ft-lbf (27 J) diserap energi. Hal yang sama
tidak berlaku untuk pipa PSL1. Dalam kedua kasus, penting untuk menentukan
apa yang suhu pengujian yang sebenarnya dan insinyur apa tanggung jawab harus
memastikan bahwa suhu uji dalam penghitungan dengan suhu desain sistem.
Di antara pipeliners, pertanyaan yang sering
dimunculkan jika, dalam merancang pipa terkubur, kita perlu mempertimbangkan
suhu rendah. Jawabannya tidak metalurgi karena tidak berhubungan dengan
harta benda sebanyak itu geografis dan lingkungan, yaitu kondisi desain. Data
yang diberikan oleh pengguna (klien) dan spesifikasi harus dikonsultasikan.
Umumnya, pipa terkubur tidak akan dikenakan suhu
yang sangat rendah kecuali dimakamkan di permafrost, hati-hati sehingga tidak
ada yang spesifik di luar pertimbangan desain umum akan diperlukan. Namun,
pedoman umum dalam kasus tersebut harus melihat sifat produk, analisis risiko,
kebocoran produk, dan akan penurunan tekanan pada titik tertentu mengurangi
suhu untuk apa yang dianggap sebagai kisaran suhu rendah.
Jika ada alasan untuk mengharapkan suhu yang
lebih rendah, kemudian menentukan sejauh mana suhu yang lebih rendah akan
terjadi selama kehidupan pelayanan. Jika suhu pernah di kisaran rendah
kritis, akan lebih bijaksana untuk mengidentifikasi kondisi tersebut dan
membawa mereka ke account saat memilih materi.
Pertimbangan serupa berlaku untuk pipa di atas
tanah dan komponen. Katup di atas tanah flensa dan pipa lebih terkena
cuaca dan juga membawa produk serupa. Oleh karena itu, mereka memiliki
kecenderungan lebih besar untuk menghadapi suhu rendah dalam kehidupan
pelayanan mereka. Pertanyaan-pertanyaan berikut harus ditanyakan dan
dijawab: Apakah mereka terisolasi? Apakah mereka dipanaskan? Apakah
ada kemungkinan depressurization yang akan mengakibatkan penurunan suhu yang
luas, dll? Ada beraneka ragam faktor yang mempengaruhi pemahaman tentang
perilaku material dalam kondisi stres yang ekstrim.Semua faktor yang mungkin
harus diidentifikasi dan ditangani.
Kesimpulan
Pertanyaan kami telah
mencoba untuk mengeksplorasi lebih kompleks daripada diskusi ini yang merupakan
upaya untuk menyederhanakan pemahaman dasar tentang subjek. Diskusi ini
dimaksudkan untuk membawa keluar pentingnya pembaca subjek dan langsung ke sumber
daya yang tersedia untuk masalah pemilihan bahan.
Penting Informasi
Tambahan
The sub-ambien
ketergantungan suhu yield kekuatan σo (Rp0.2) dan ultimate σu kekuatan tarik
dalam logam bcc ditunjukkan pada Gambar 1. Pertimbangkan grafik, bahan
yang ulet sampai suhu yang sangat rendah, titik A, di mana YS sama dengan UTS
material (σo = σu). Titik A merupakan suhu NDT untuk bahan cacat-bebas. Kurva
BCD merupakan kekuatan fraktur spesimen yang mengandung cacat kecil
(<0 .1mm="" adalah="" adi="" c="" cacat="" dengan="" di="" f="" fraktur="" ke="" kecil.="" kekuatan="" mana="" merupakan="" nbsp="" ndt="" o.="" sesuai="" span="" spesimen="" suhu="" tertinggi="" titik="" uhu="" untuk="" yang="">
Kehadiran cacat kecil
menimbulkan NDT baja sekitar 200 ° F (110 ° C). Meningkatkan ukuran cacat
menurunkan kurva fraktur stres, seperti dalam kurva EF, sampai dengan
meningkatkan ukuran cacat kurva membatasi fraktur stres hjkl tercapai. Di
bawah NDT yang stres aman membatasi adalah 5,000-8,000 psi (~ 35 sampai 55
MPa).
Di atas NDT yang stres
diperlukan untuk propagasi stabil cacat panjang (JKL) meningkat tajam dengan
meningkatnya suhu. Ini adalah kurva temperatur retak-penangkapan (CAT). Kurva
CAT mendefinisikan suhu tertinggi di mana perambatan retak tidak stabil dapat
terjadi pada setiap tingkat stres. Fraktur tidak akan terjadi untuk setiap
titik di sebelah kanan kurva CAT.
Suhu di atas yang menekankan elastis tidak dapat
menyebarkan crack adalah transisi fraktur elastis (FTE).Suhu mendefinisikan
FTE, pada titik K, ketika kurva CAT melintasi Kekuatan Yield, kurva σo. Fraktur
transisi plastik (FTP) adalah suhu di mana kurva CAT melintasi Ultimate Tensile
Strength kurva σu (titik L).Di atas suhu ini, materi berperilaku seolah-olah
itu adalah cacat-bebas, untuk retak apapun, tidak peduli seberapa besar, tidak
bisa menyebarkan sebagai fraktur yang tidak stabil.
Penulis
Ramesh Singh adalah insinyur utama senior untuk Gulf
Interstate Engineering, 16010 Barkers Titik Lane, Houston, TX 77079. Dia
mengkhususkan diri dalam bahan, pengelasan dan korosi. Dia lulus dari
California Coast University dengan gelar master ilmu (2003) dalam manajemen
rekayasa dan memperoleh pendidikan metalurgi dasarnya (1984) dari Angkatan
Udara Technical Institute di India. Dia terdaftar dengan Dewan Teknik di
Inggris dan merupakan anggota dari The Welding Institute, Cambridge Inggris.
Sumber: http://www.pipelineandgasjournal.com/selection-pipe-material-low-temperature-service-0?page=show
Tidak ada komentar:
Posting Komentar