kimia-campur

Selasa, 29 Juni 2010

Suatu Pemahaman Baru dari Ketahanan Korosi Retak Tegang Intragranular dari Baja Pipa Saluran Melalui Studi Karakter Batas Bulir dan Tekstur Kristalografi

M.A. Arafin, J.A. Szpunar


Korosi retak tegang intragranular (IGSCC) telah lama menjadi suatu permasalahan yang serius berhubungan dengan pipa saluran industri. Diduga, peristiwa korosi jenis ini berkaitan dengan karakteristik struktur dari bahan pipa. Namun, sampai sekarang pengaruh dari karakteristik struktur yang mempengaruhi proses peretakan masih belum dimengerti secara jelas. Paper ini melaporkan beberapa temuan kunci pada karakter batas bulir dan tekstur kristalografi yang berkaitan dengan ketahanan terhadap IGSCC dari pipa baja API X65.

Mekanisme dari pembentukkan IGSCC pada pipa baja dapat diringkas sebagai berikut: saluran pipa di dalam tanah menggunakan perlindungan katodik untuk mencegah kehilangan logam-logam, tapi sayangnya arus katodik memecah air tanah menjadi ion-ion hidroksil dan dengan demikian menaikkan pH. pH larutan yang tinggi ini bereaksi dengan CO2 dan membentuk larutan kompleks karbonat-bikarbonat. Ketika konsentrasi karbonat larutan cukup tinggi untuk mempasifkan permukaan pipa, terjadilah retakan intergranular melalui mekanisme pelarutan anodik.

Tanpa melihat mekanisme, telah jelas bahwa kerentanan pipa saluran terhadap IGSCC adalah suatu ketergantungan bahan dan lingkungan. Oleh karena itu, sangatlah penting untuk mengidentifikasikan struktur-struktur batas bulir yang memfasilitasi atau memberikan ketahanan terhadap peretakan. Namun sayangnya informasi fundamental yang bisa digunakan untuk menghasilkan pipa-pipa saluran baja dengan ketahanan superior terhadap IGSCC masih belum terselidiki.

Telah diterima dengan baik bahwa batas-batas bulir bersudut besar yang acak (HAB) memiliki energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan sudut yang lebih kecil (LAB) dan batas-batas situs kisi khusus yang bertepatan (CSL), dan menyediakan jalur yang relatif mudah untuk terjadinya perambatan retakan. Berdasarkan studi yang telah dilakukan pada IGSCC dari nikel kemurnian tinggi, nikel austenitik, dan paduan stainless berbasis besi dan interlogam Ni3Al didapatkan bahwa batas-batas Σ1 (LAB) dan Σ3 mempunyai kekebalan terhadap IGSCC. Namun kita harus mengingat kembali bahwa kekebalan dari batas-batas bulir terhadap peretakan sangatlah dipengaruhi oleh pemisahan elemen-elemen pengotor maupun oleh kerasnya lingkungan yang diterima.

Pipa-pipa saluran baja API X65 biasanya digunakan dalam pipa saluran industri, merupakan feritik (mengandung unsur besi). Penelitian yang telah dilakukan oleh Venegas et al., didapatkan bahwa kebanyakan batas-batas Σ CSL rendah hingga Σ 33 tahan terhadap peretakan terinduksi hidrogen (HIC), walaupun yang terutama berperan adalah batas-batas Σ 13b, Σ 11 dan Σ 29a.

Telah diketahui bahwa tekstur memainkan peran kunci dalam jenis-jenis peretakan yang berbeda seperti peretakan lemah, peretakan terinduksi hidrogen (HIC), peretakan deformasi dan lain-lain. Oleh karena itu, akan menjadi menarik untuk mengetahui apakah tekstur kristalografi memiliki pengaruh pada IGSCC yang terjadi pada saluran pipa baja. Dari penelitian terdahulu (Alexandreanu dan Was) telah mempelajari pengaruh orientasi bulir pada IGSCC, tapi kesimpulan dari tekstur pada studi tersebut hanya terbatas pada perkiraan apakah peretakan bulir-bulir termasuk pada bulir-bulir yang memiliki orientasi yang serupa atau tidak, selain itu mereka juga mempelajari itu pada paduan austenitik berbasis nikel (Ni-16Cr-9Fe) yang tidak digunakan dalam pipa saluran industri. Mereka menyimpulkan bahwa batas-batas yang berkaitan dengan bulir-bulir yang memiliki orientasi yang tak sama rentan terhadap peretakan sedangkan yang serupa orientasinya lebih tahan terhadap peretakan. Pendekatan ini sangat terbatas pada nilai praktis karena ini tidak memasukkan aspek energi dari batas-batas yang mana merupakan penggerak utama untuk perambatan peretakan, tidak juga mengidentifikasikan batas-batas yang tahan peretakan yang dapat dihasilkan oleh tekstur-tekstur bulir tertentu.

Pada penelitian lain yang dilakukan oleh King et al., telah ditunjukkan bahwa pada baja tahan karat austenitik disamping LAB dan batas-batas CSL dengan Σ rendah, batas-batas bulir yang berdekatan dengan indeks bidang {h k l} rendah bisa tahan terhadap IGSCC, seperti yang awalnya disarankan oleh Rohrer et al., bahwa beberapa batas mungkin memiliki sifat-sifat khusus. Dari penelitian ini, peneliti lain menyatakan memungkinkan bahwa batas-batas yang berhubungan dengan bulir-bulir dengan orientasi tertentu itu tahan terhadap IGSCC.

Patut untuk disebutkan di sini, karena IGSCC mengikuti jalur batas bulir, maka diperlukan kecenderungan untuk memusatkan pada karakter batas bulir, berdasarkan sudut misorientasi antara bulir-bulir tetangga (LAB dan HAB) dan definisi dari batas-batas CSL. Namun tekstur kristalografi bisa mengendalikan misorientasi bulir, dan oleh karena itu secara tak langsung mengendalikan struktur dan energi dari batas bulir. Untuk energi batas bulir, tidaklah semata-mata bergantung pada misorientasi antar bulir tapi juga dikendalikan oleh sumbu misorientasi dan tekstur. Dengan kata lain, untuk sudut misorientasi yang sama tapi berbeda sumbu rotasi energinya bisa sangat berbeda. Sehingga masih ada harapan bahwa tekstur lokal (orientasi bulir) di sekitar retakan mungkin dapat mempengaruhi perambatan atau penghentian retakan. Maka pada penelitian ini, bertujuan untuk menguji dan mengidentifikasikan peranan dari karakter batas bulir dan tekstur dalam perambatan atau penghentian retakan IGSCC pada pipa saluran baja API X65. Diharapkan, dari pemahaman yang lebih baik dari proses-proses tersebut dapat menjadi kunci dalam meningkatkan dan mengoptimalkan struktur dari pipa saluran baja.






Eksperimen

 Bahan
Sampel API X65 diambil dari pipa saluran yang digunakan untuk mengangkut gas alam dari Alberta menuju Kanada Timur dan USA, yang mengandung beberapa retakan IGSCC. Ketabalan dinding dari pipa diperkirakan 1 cm dengan komposisi seperti dalam tabel berikut.
C Mn Si S P Ni Cr Mo Cu V Nb Ti Al Fe
0.07 1.36 0.19 0.002 0.013 0.01 0.2 <0.01 <0.01 <0.01 0.04 <0.01 0.011 sisa  Studi mikrostruktur, tekstur mikro- dan meso- Sampel dipotong sepanjang bagian TD-ND seperti ditunjukkan Gambar 1. berikut. Gambar 1.Preparasi sampel untuk studi tekstur makro- dan mikro- (RP; Rolling Plane, RD; Rolling Direction, ND; Normal Direction, dan TD; Transverse Direction) Untuk digunakan dalam mikroskop optik, sampel digerus dengan kertas SiC sampai 1200 butir, kemudian disemir dengan pasta permata 3 dan 1 μm. Sampel dietsa dengan larutan nital 2 % kira-kira selama 40 detik dan diuji dengan Clemex Imaging System. Uji tekstur mikro- dan meso- dilakukan menggunakan Philips XL30 S FEG SEM dilengkapi dengan detektor EBSD dan TSL OIM Analysis Software. Sampel dipreparasi dengan cara penggerusan sampai 1200 butir, kemudian disemir dengan pasta suspensi permata 3 dan 1 μm dan akhirnya disemir kembali dengan slurry koloid silika 0,05 μm selama 6 jam.  Studi tekstur makro Pengukuran tekstur makro dilakukan pada lapisan-lapisan yang berbeda sepanjang daerah RD-TD untuk mempelajari ketidak-homogenan tekstur dan distribusi misorientasi batas bulir yang melalui ketebalan. Pengukuran dilakukan menggunakan difraktometer sinar-X Siemens D-500 yang dilengkapi dengan pengukur sudut tekstur. Menggunakan radiasi Mo, gambar kutub {1 1 0}, {2 0 0} dan {2 1 1} yang tak lengkap telah didapatkan dalam rentang kemiringan refleksi sampel 5o sampai 80o. Data eksperimen yang direkam dianalisis menggunakan TextTools Software. Hasil dan diskusi  Macam-macam SCC dalam pipa saluran baja Terdapat total 10 retakan dengan 6 di antaranya dengan panjang yang signifikan (>10% dari ketebalan pipa). Retakan-retakan besar tersebut sering bercabang-makro, dibelokkan, atau bercabang dan dibelokkan kemudian digabungkan dengan pembelokkan selanjutnya seperti yang ditunjukkan pada Gambar.2.

Gambar. 2. Contoh-contoh retakan SCC
(a) bercabang, digabungkan dan kemudian dibelokkan (b) dibelokkan
(ND adalah arah pipa normal dan TD adalah arah melintang pipa)

Seperti yang telah didiskusikan di awal, karena retakan-retakan itu adalah macam-macam intergranular, maka diharapkan bahwa jalur perambatan retakan sangat bergantung pada karakteristik batas bulir yang berhubungan.

 Distribusi karakter batas bulir
Empat daerah telah dipilih mulai dari tepi yang lebih luar sampai ke tengah dari ketabalan pipa. Didapatkan bahwa sejumlah batas bulir sudut besar terdapat lebih banyak pada tepi yang lebih luar kemudian berkurang secara bertahap seiring arah yang lebih dalam dari ketebalan pipa, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar.3.


Gambar.3. (a) diagram batang yang menunjukkan distribusi karakter batas bulir dari pipa dari tepi yang lebih luar ke arah ketebalan menengah (b) posisi dari ketebalan pipa yang diukur (1, 2, 3 dan 4 adalah 250 μm, 1,1 mm, 1,5 mm dan 2 mm dari permukaan pipa yang lebih luar).

Seperti dapat dilihat dengan menurunnya jumlah HAB, sejumlah batas-batas CSL mengalami peningkatan secara bertahap dari permukaan yang lebih luar ke arah tengah-tengah ketebalan pipa. Batas-batas CSL yang teramati dalam daerah tepi retakan adalah terutama Σ 3, Σ 11 dan Σ 13b seperti yang ditunjukkan dalam Gambar.4.


Gambar.4. Contoh-contoh distribusi batas CSL dalam daerah tepi retakan

Kecuali Σ 11 dan Σ 13b, tidak terdapat batas-batas Σ 3n pada titik spesifik perhentian retakan. Batas-batas Σ 3n dalam baja-baja karbon feritik rendah adalah tekstur utama yang terinduksi batas-batas bulir energi tinggi yang tak koheren karena benar-benar ganda/kelipatan ganda, secara umum tidak terjadi pada baja-baja tersebut, dan oleh karena itu tidak dapat dianggap sebagai batas-batas khusus yang tahan peretakan. Satu hal penting di sini adalah bahwa ada hubungan yang tak langsung dari energi batas bulir dengan nilai Σ dan oleh karena itu, ini tidak dapat dikatakan bahwa batas-batas CSL lain yang memiliki nilai Σ kurang dari 13b memiliki energi yang lebih rendah dan secara otomatis memenuhi persyaratan untuk dimasukkan ke dalam kategori khusus. Fraksi batas Σ 5, Σ 7 dan Σ 13a dalam sampel baja sangatlah kecil untuk secara positif disimpulkan memiliki kemampuan kerentanan terhadap peretakan. Namun demikian, disamping kekebalan dari batas-batas Σ 11 dan Σ 13b, batas-batas Σ 5 telah menampakkan ketahanan peretakan yang sama baik. Sayangnya, batas-batas Σ 7 dan Σ 13a tidak teramati pada persimpangan spesifik ganda tiga dimana retakan ditemukan mengalami perhentian, tidak juga hadir sepanjang jalur-jalur retakan, dan dengan demikian kekhususannya dalam menyediakan ketahanan terhadap IGSCC tidak bisa dipastikan.

 Perambatan, percabangan dan pembelokkan retakan – analisis lokal
Bulir-bulir penting yang terdapat dalam peta EBSD IQ (Gambar.5a) adalah bulir-bulir yang mempunyai misorientasi antara bulir-bulir sebelahnya. Beberapa persimpangan ganda tiga, untuk visualisasi yang lebih baik, juga ditampilkan secara skematik dalam Gambar.5b.



Gambar.5. Analisis karakter batas bulir untuk perambatan, percabangan dan pembelokkan retakan: (a) Peta EBSD IQ, (b) Analisis lokal (diambil dari gambar (a): R → HAB dan L → LAB)

Retakan telah bercabangn menjadi dua ketika telah mendekati bulir-bulir 7 dan 8. Didapatkan bahwa misorientasi antara bulir-bulir 7 dan 13, dan 7 dan 10 berturut-turut adalah 56,3o dan 41,2o, keduanya masuk ke dalam klasifikasi HAB (θ > 15o), keduanya juga bukan batas-batas khusus CSL. Oleh karena itu keduanya bisa diidentifikasikan sebagai batas-batas bulir energi tinggi yang menyediakan jalur perambatan retakan yang mudah, dan ini mungkin menjadi alasan kenapa retakan awal bercabang menjadi dua segmen. Retakan bercabang yang lebih rendah (lihat Gambar.5a) mengalami pembelokkan pada sudut hampir 45o, ditunjukkan dalam lingkaran, ketika ia telah mencapai bulir 30. Perhitungan misorientasi antara bulir-bulir 30 dan 31, dan 31 dan 32 telah mengungkapkan bahwa yang terakhir adalah batas dengan sudut rendah (θ = 12,3o) sedangkan misorientasi dari yang terdahulu adalah 36,1o yang mana adalah suatu HAB. Kemungkinan ini adalah alasan retakan mengambil jalur pembelokkan tajam walaupun batas antara bulir 31 dan 32 sangat mudah diorientasikan. Perubahan arah yang tajam kembali ditemui ketika retakan sampai pada persimpangan ganda tiga yang mengandung bulir-bulir 36, 37 dan 38. Diharapkan bahwa retakan akan melalui batas antara bulir 37 dan 38, tapi sebagai gantinya retakan memilih untuk patah hanya pada batas antara 36 dan 38 yang mana terorientasi yang tidak disukai dengan mengacu pada sumbu tegangan. Analisis CSL telah menampakkan bahwa batas Σ 11 secara jelas memiliki energi yang jauh lebih rendah daripada batas-batas acak bersudut besar, oleh karena itu tahan terhadap peretakan. Ketika retakan telah mencapai persimpangan ganda tiga yang dihubungkan dengan bulir-bulir 39, 40 dan 41, ia tampak melompati melewati batas-batas antara 39 dan 40 tanpa meretakkannya. Batas antara bulir-bulir 39 dan 40 adalah LAB (θ = 9o) tapi satu antara 40 dan 41 adalah HAB (θ = 43o) dan juga teroritentasi dengan baik. Berdasarkan pengertian konvensional dari karakteristik batas bulir ini tidak cukup jelas; namun, analisis tekstur telah menunjukkan bahwa bulir-bulir tersebut memiliki orientasi yang dekat terhadap bidang putar (RP) {1 1 0} dengan sumbu batas rotasi yang mungkin memainkan peran dalam menahan perambatan retakan sepanjang jalur. Retakan yang dibelokkan dilanjutkan dalam arah yang sama seperti batas-batas Σ 11 dan batas-batas khusus Σ 13b yang diorientasikan dengan baik, seperti yang diindikasikan dengan panah dalam Gambar.5a. Tidak ada retakan yang teramati antara bulir-bulir 100 dan 101 tapi ini kembali muncul dalam bulir selanjutnya. Batas antara bulir-bulir 100 dan 101 adalah batas Σ 5 dan ini mungkin yang menjadi alasan kenapa ini tidak mengalami pematahan, retakan kemungkinan mengambil jalur di bawah atau di atas dari permukaan yang diselidiki dimana energi batasnya lebih tinggi dan kembali ke permukaan pada bulir selanjutnya. Batas-batas CSL di luar Σ 13b khususnya tidak didapatkan sebagai tahan retakan, misalnya batas-batas Σ 17a dan Σ 29a teramati batas-batas retakan.

Beberapa tempat retakan lain, termasuk retakan bercabang yang lebih di atas dalam Gambar.5a, telah dipelajari yang mana mendukung pengamatan bahwa batas-batas LAB dan batas-batas khusus CSL, terutama Σ 11 dan Σ 13b dan mungkin Σ 5, adalah tahan retakan, dan penyimpangan dari arah linear ideal dari perambatan retakan terjadi ketika ujung retakan menemui batas-batas bulir misorientasi acak yang besar, yang mana secara umum memiliki energi yang besar.

 Peranan tekstur pada studi mikro tekstur IGSCC
Banyak retakan yang teramati berhenti pada daerah-daerah dimana fraksi HAB cukup besar, dan ini akan menjadi menarik untuk mengetahui apakah tekstur kristalografi berperan dalam perhentian retakan tersebut walaupun faktanya bahwa batas-batas bulir sudut besar tersedia untuk perambatan mereka. Dalam Gambar 6. distribusi karakter batas dengan seketika mendahului daerah ujung retakan yang menunjukkan kehadiran yang kuat dari batas-batas acak sudut besar, namun retakan mengalami penghentian. Persimpangan ganda tiga spesifik dimana retakan mengalami penghentian juga telah menunjukkan dua batas acak sudut besar yang tidak retak, seperti yang diperlihatkan secara skematik dalam Gambar 6c.



Gambar 6. Contoh HAB yang mendominasi daerah terhentinya retakan: (a) peta EBSD IQ, (b) GBCD dan (c) skematik dari percabangan ganda tiga yang menunjukkan segmen-segmen retakan dan yang tidak retak.


Pada baja-baja, ODF pada seksi φ2 = 45o menunjukkan komponen-komponen tekstur utama seperti yang ditunjukkan dalam Gambra 7a.



Gambar 7. Seksi φ2 = 45o dari ODF: (a) skematik dari komponen-komponen tekstur utama (b) Sepanjang jalur retakan dan (c) pada daerah yang dengan segera mendahului ujung retakan.

Oleh karena itu, dalam studi ini, ODF dari data scan EBSD telah dihitung pada perpotongan melintang sepanjang jalur retakan dan hanya di luar titik perhentian retakan untuk mengevaluasi peranan tekstur pada SCC. Seperti yang dapat dilihat bahwa memiliki intensitas tertinggi sepanjang jalur perambatan retakan (Gambar 7b) sementara itu mendominasi pada kasus yang terakhir (Gambar 7c). Dalam rangka untuk menguji kebenaran dari pengamatan ini, total 18 retakan dan area-area yang dengan segera mendahului ujung retakan juga diselidiki. Contoh-contoh yang mewakili dari gambar-gambar kutub terbalik, untuk daerah-daerah yang hanya di luar ujung retakan, ditunjukkan dalam Gambar 8 yang mana memperlihatkan tekstur , dan terkadang melebar ke tekstur .



Gambar 8. Contoh-contoh dari gambar kutub terbalik untuk daerah-daerah yang dengan segera mendahului ujung retakan.

Kebalikan dari daerah-daerah terhentinya retakan, daerah-daerah retakan terutama ditunjukkan oleh tekstur , sebagai pembuktian dalam Gambar 9. di mana ditunjukkan dua contoh yang mewakili.



Gambar 9. Contoh-contoh dari gambar kutub terbalik untuk daerah retakan

Oleh karena itu, ini menunjukkan bahwa retakan cenderung untuk mengikuti batas-batas bulir yang berhubungan dengan tekstur bulir-bulir dan mengalami penghentian ketika mereka bertemu batas-batas yang berhubungan dengan tekstur-tekstur bulir atau . Penting untuk disebutkan di sini bahwa daerah-daerah terhentinya retakan dengan fraksi batas yang lebih besar juga menunjukkan tekstur-tekstur dan yang dominan karena batas-batas Σ 11 dan Σ 13b, sebagian besar hadir pada daerah-daerah tersebut, yang secara ideal didefinisikan dengan sumbu rotasi/ sudut misorientasi berturut-turut /50,48o dan /27,8o, fraksi yang mana bisa dinaikkan secara signifikan melalui kehadiran tekstur-tekstur bulir dan .

 Studi tekstur mikro melalui ketebalan pipa
Studi tekstur mikro telah dilakukan pada sampel yang tidak mengalami peretakan dari pipa yang sama dengan tujuan untuk menguji lebih lanjut peranan karakter batas bulir dan tekstur kristalografi yang diamati melalui studi tekstur mikro yang dipersembahkan di awal. Distribusi misorientasi batas bulir telah dihitung untuk lapisan-lapisan yang berbeda (bagian RD-TD) sepanjang ketebalan pipa menggunakan ODF yang didapatkan dari pengukuran tekstur sinar-X. Prosedur untuk memperkirakan beberapa distribusi telah dijelaskan oleh Morawiec et al., dan modul perhitungan terdapat dalam software TexTools. Perubahan fraksi batas bulir sudut besar, dalam rentang 25 – 55o, dari permukaan pipa ke arah permukaan yang lebih dalam ditunjukkan dalam Gambar 10.


Gambar 10. Fraksi-fraksi HAB yang melalui ketebalan pipa

Batas-batas CSL adalah juga batas-batas misorientasi bersudut besar yang bisa jatuh dalam rentang yang dipilih tapi fraksi dari batas-batas tersebut (kecuali jenis Σ 3n) didapatkan menjadi sangat rendah dalam sampel ini (maksimum 6% sampai untuk Σ 13b); Oleh karena itu, fraksi yang dilaporkan dari batas-batas bersudut besar bisa dianggap sebagai batas-batas acak bersudut besar.

Jelas dari Gambar 10, bahwa fraksi batas bulir bersudut besar sangat tinggi pada permukaan pipa dan tidak menurun dalam beberapa jalan dari permukaan yang lebih luar ke permukaan yang lebih dalam. Namun, pada sampel ini hanya sedikit korosi lubang yang teramati pada permukaan lapisan dan tak ada retakan yang terdaftar.

Seperti yang disebutkan di awal, banyak retakan yang teramati, dalam spesimen retakan kami telah terhenti walaupun ketika fraksi HAB cukup tinggi, tapi pengamatan yang lebih dekat pada tekstur memperlihatkan bahwa dan telah mendominasi pada daerah-daerah yang dengan seketika mendahului ujung retakan tersebut dengan tanpa melihat distribusinya dari permukaan pipa dan fraksi-fraksi dari batas-batas bersudut besar; sedangkan tekstur mendominasi sepanjang jalur perambatan retakan. Pengamatan tersebut dikonfirmasi lebih lanjut dengan mempelajari tekstur melalui ketebalan dari sampel yang tidak retak dari pipa yang sama yang mana HAB acak mendominasi di seluruh ketebalan, analisis sinar-X tekstur makro telah menunjukkan bahwa tekstur sangatlah lemah (kira-kira 0,5 kali intensitas acak) pada permukaan, namun tekstur memiliki intensitas yang paling tinggi, dan serat seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 11, telah didefinisikan dengan baik.



Gambar 11. ODF pada seksi φ2 = 45o pada 150 μm di bawah permukaan sampel yang tidak retak.

Tidak seperti hasil EBSD ang memperlihatkan tekstur yang sangat lokal, pengukuran tekstur sinar-X telah dilakukan dengan spesimen 2,2 cm x1,38 cm untuk memperlihatkan tekstur mikroskopik. Hal yang untuk dipertimbangkan di sini adalah tekstur dan memiliki intensitas lebih besar, berturut-turut 5 kali dan 3 kali, daripada tekstur dalam sampel yang tak retak. Jika hasil ini ditafsirkan dalam hubungan dengan fakta bahwa sampel ini tidak memiliki retakan walaupun ia telah menemui kondisi perlakuan yang sama dan lama penyebaran yang sama dengan sampel yang retak, kesimpulan bahwa tekstur dan bisa tahan terhadap perambatan retakan tampak dibenarkan.

Kehadiran tekstur yang kuat, maupun tekstur serat , pada daerah ketebalan menengah dari sampel yang tidak retak digambarkan dalam Gambar 12. Walaupun tahan terhadap IGSCC, tekstur dihubungkan dengan kemungkinan peretakan yang lebih besar;



Gambar 12. ODF pada seksi φ2 = 45o pada daerah ketebalan menengah dari sampel yang tidak retak.

Namun, SCC diawali pada permukaan dimana tekstur yang tahan retakan akan mencegah nukleasi dan pertumbuhan retakan, dengan syarat bahwa sampelnya cukup tipis. Oleh karena itu, ini dapat disimpulkan bahwa retakan-retakan bisa dihentikan baik melalui penggabungan fraksi besar LAB dan batas-batas khusus CSL atau melalui penciptaan tekstur-tekstur dan yang menutupi permukaan pipa.

 Ketahanan perambatan retakan untuk tekstur-tekstur baja dan
Dalam rangka untuk memahami lebih baik bagaimana tekstur-tekstur dan mencegah perambatan retakan, sumbu-sumbu rotasi dari batas-batas dalam daerah terhentinya retakan telah ditentukan. Energi-energi relatif batas bulir dari baja API X65 tidak diketahui untuk sumbu misorientasi yang berbeda, namun Hayakawa dan Szpunar telah memperkirakan energi-energi tersebut untuk baja Fe-3%Si. Pada baja ini, sumbu-sumbu misorientasi dan (baik untuk jenis-jenis batas miring dan memutar), terutama dihubungkan dengan bulir-bulir dan , memiliki energi batas bulir yang lebih rendah daripada sumbu misorientasi yang dihubungkan dengan tekstur bulir . Ini benar untuk kedua batas-batas bersudut kecil dan besar. Batas-batas bulir dari baja API X65 juga diharapkan menunjukkan hasil yang serupa karena komposisinya juga didominasi oleh Fe (~98% berat).

Perhitungan-perhitungan serupa, walaupun untuk batas-batas bersudut kecil hanya dalam aluminium murni, juga telah diperlihatkan oleh Yang et al.,. Sumbu/distribusi sudut misorientasi pada daerah terhentinya retakan, suatu sampel yang mewakili yang mana ditunjukkan dalam Gambar 13., tentu saja telah menampakkan bahwa sumbu-sumbu rotasi dari batas-batas bulir tersebut terutama adalah dan . Ini lagi-lagi mengindikasikan bahwa batas-batas yang terhubung dengan tekstur bulir-bulir dan lebih disukai untuk menahan perambatan retakan.


Gambar 13.Sumbu/distribusi misorientasi sudut dari batas-batas bulir pada daerah terhentinya retakan

Satu pengecualian untuk dicatat di sini adalah bahwa batas-batas Σ 5 didefinisikan dengan sumbu rotasi/pasangan sudut misorientasi /36,87o. Ini menyarankan bahwa suatu puncak energi mungkin terdapat pada diagram energi batas bulir relatif vs sudut misorientasi pada 36,87o untuk sumbu batas rotasi . Namun, seperti yang disebutkan di awal, fraksi batas-batas Σ 5 tidak cukup besar untuk meyakinkan kekebalannya terhadap IGSCC, dan karenanya kemungkinan konfigurasi energi yang rendah dari batas-batas Σ 5 harus dipertimbangkan hanya sebagai prediksi. Dengan menarik, batas-batas CSL lain yang teramati pada jalur perambatan retakan seperti Σ 17a, Σ 27a harus memiliki sumbu rotasi yang mendukung kebenaran dari energi batas bulir yang diperkirakan dan ini dapat diterapkan pada baja API X65. Seseorang mungkin berargumen bahwa Σ 19 dan Σ 21a juga memiliki sumbu-sumbu rotasi berturut-turut dan , dan oleh karena itu akan memiliki energi yang rendah, dengan demikian mungkin bisa menahan retakan. Tapi batas-batas tersebut tidak teramati pada titik retakan terhenti untuk menandakan kekhususan batas-batas tersebut dalam menyediakan ketahanan terhadap IGSCC, tidak juga teramati sepanjang jalur perambatan retakan.

 Anisotropi modulus Young untuk baja-baja , dan
Anisotropi dari perhitungan modulus elastik telah dilakukan untuk baja bertekstur , dan dalam rangka untuk memperkirakan kekerasan relatifnya.

Kristal-kristal kubus memiliki sumbu-sumbu tiga lipatan dan tiga perempat lipatan dari simetri, dan hanya ada tiga konstanta kekakuan elastik yang independen. Tiga koefisien kekakuan elastik independen untuk α-Fe yang dikenal , C11 = 233,1 GPa, C44 = 117,83 GPa dan C12 = 135,44 GPa. Koefisien C dari ODF dan konstanta kekakuan elastik dapat digunakan untuk mendapatkan anisotropik modulus Young untuk material-material yang diberikan, misalnya koefisien-koefisien C dari tekstur yang mendominasi baja dapat didapatkan dari ODFnya; Koefisien-koefisien tersebut bersama dengan tiga koefisien-koefisien kekakuan elastik kemudian bisa digunakan untuk mendapatkan anisotropi modulus Young untuk tekstur baja . Modul perhitungan modulus elastik pada software TexTools telah digunakan untuk melakukan perhitungan.

Ini dibuktikan dari Gambar 14. bahwa modulus elastik lebih besar pada baja bertekstur (maksimum 230 GPa) daripada baja-baja bertekstur dan (maksimum 210 dab 170 GPa). Ini seharusnya membuktikan bahwa baja bertekstur lebih mudah untuk meretak.



Gambar 14. Anisotropi modulus untuk tekstur-tekstur yang mendominasi baja-baja (a) (b) (c)


Kesimpulan

Disamping peranan karakter batas bulir pada IGSCC dari baja pipa saluran, suatu pemahaman baru dari ketahanan peretakan bergantung pada tekstur telah didapatkan, yang mana akan bertindak sebagai panduan untuk menghasilkan baja-baja dengan ketahanan IGSCC yang superior. Kesimpulan-kesimpulan dari studi ini dapat dirangkum sebagai berikut:

1. Karakter batas bulir memainkan peranan kunci pada IGSCC baja pipa saluran. Batas-batas sudut rendah dan batas-batas khusus CSL (Σ 11, Σ 13b, dan kemungkinan Σ 5) adalah tahan retakan sementara itu batas-batas bulir acak bersudut tinggi rentan terhadap peretakan.
2. Batas-batas CSL di luar jenis Σ 13b tidak ditemukan secara khusus dalam menyediakan ketahanan terhadap perambatan peretakan integranular. Walaupun fraksi-fraksi dari beberapa bulir adalah sangat kecil dalam sampel yang diselidiki, beberapa dari batas-batas tersebut teramati pada jalur retakan dan tidak pada titik terhentinya retakan.
3. Retakan bercabang dan pembelokkan terutama dikendalikan melalui struktur dari batas-batas bulir pada persimpangan dimana penyimpangan tersebut berasal dari jalur awal perambatan retakan yang terjadi.
4. Baik studi tekstur makro- dan mikro- meyakinkan bahwa tekstur kritalografi sangat mempengaruhi IGSCC pada baja pipa saluran. Batas-batas tekstur bulir dan yang dihubungkan dengan sumbu-sumbu rotasi dan , menyediakan ketahanan tinggi terhadap IGSCC sementara itu batas-batas tekstur bulir adalah yang paling rentan.
5. Studi ini mengindikasikan bahwa permulaan dan diikuti perambatan IGSCC mungkin dapat dicegah baik melalui penyediaan suatu fraksi yang besar dari batas-batas sudut kecil dan batas-batas khusus CSL pada permukaan pipa atau melalui modifikasi tekstur permukaan.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar