Failure Analysist on Tube SA 213 TP 304

5/7/2018 Failure Analysist on Tube SA 213 TP 304 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/failure-analysist-on-tube-sa-213-tp-304 1/9

Failure Analysist on Tube SA 213 TP 304

bona@e-steamboilers

Dear Pa' Winarto and all Material experts,

Kami sedang melakukan analisa terhadap crack pada material Tube SA213 TP 304, material ini buatan Korea, Permasalahannya muncul padasaat Tube ini sudah terpasang di Heat Exchanger dan dilakukan proseshydrostatic test.Pada saat hydro terdapat indikasi kebocoran pada lebih dari 180 tubes.Setelah tube kami bongkar dari Heat Exchanger, kami temukan cracklinier arah memanjang (longitudinal tube) dan pada posisi yangberbeda – beda (jarak crack dari area pengelasan sekitar 1000 mm

dan lebih). Pengelasan tube ke tube sheet menggunakan prosespengelasan GTAW. Melihat indikasi crack yang ada, apakah crack initimbul akibat proses pengelasan atau memang sudah ada impuritiespada material sejak awal ? Kami coba lakukan pengujian laboratoriumuntuk mencari tahu apakah secara mechanical dan chemicalproperties sesuai dengan spec SA 213 TP 304. Hasil pengujian Labmenunjukan bahwa Tensile,yield,elongation, hardness serta chemicalcomposition masih masuk dalam range yang diijinkan di SA 213 TP304. Hanya kadar Cr dan Ni yang lebih rendah dari spec. Pertanyaansaya adalah :

1. Apakah ada metode lain untuk mengetahui penyebab terjadinyacrack pada tube ini ? Karena dengan hasil mechanical dan chemicalproperties yang ada menunjukkan tidak ada indikasi bahwa materialtube SA 213 TP 304 tersebut bermasalah secara mechanical danchemical nya.2. Apakah pengaruh dari proses pengelasan GTAW bisa menyebabkancrack pada posisi yang jauh dari area pengelasan. (untuk area HAZtidak ditemukan indikasi crack).3. Apakah Laboratorium Material UI pernah menemukan kasus sepertiini dan melakukan penelitian penyebab terjadinya crack tersebut, jikaada mohon hasil penelitiannya bisa dishare sebagai bahanpembelajaran.4. Apakah Laboratorium UI bisa membantu kami melakukan analisaterhadap penyebab terjadinya crack dengan menggunakan sampletube yang ada dan berapa estimasi biaya yang diperlukan untukmelakukan analisa ini serta metode apa yang akan digunakan.

Terimakasih sebelumnya atas bantuan rekan-rekan sekalian.



farabirazy albiruni

Pak Bona,

Typical crack yang ditemukan seperti apa? single crack ato branchedcrack?

Umumnya, failure yang terjadi dalam waktu singkat disebabkan olehSCC yang menyerang austenitic SS, tapi perlu verifikasi metalographyuntuk memastikan karakter cracknya.

ir_winarto

Dear Pak Bona,

Untuk permasalahan Bapak mengenai tube crack (retak) pada material Tube SA 213 TP 304 (buatan Korea), dimana retak muncul pada saat Tube tersebut sudah terpasang di Heat Exchanger dan dilakukanproses hydrostatic test.

Dari Jumlah tube yang retak lebih dari 180 buah merupakan suatukerusakan yang amat besar. Bapak telah melakukan pengujianmekanis & "chemical composition" untuk meyakinkan bahwa materialtersebut sesuai spec-nya juga merupakan salah satu prosedur dariAnalisa kerusakan (failure analysis), Namun masih ada beberapa

prosedur yang harus dilakukan diantaranya: a) mengamati historicalbackground atau sejarah pembuatan dan perlakuan dari material tubeyang bocor dan beberapa pengamatan lain seperti pengamatan makrodan mikro dengan menggunakan mikroskop optik (untuk pembesarans/d 500X) dan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk pembesaran> 500X untuk mengamati struktur micro dan jejak dari retakan.

Dari beberapa pertanyaan Bapak dapat saya jawab secara singkat al:

1.Apakah ada metode lain untuk mengetahui penyebab terjadinyacrack pada tube ini ? Jawabnya : "Teknik Prosedur Analisa Kerusakan"

merupakan metoda baku yang umum dilakukan dalam menganalisamasalah tsb (menurut teknik tsb, ada 13 tahapan yang harus dilakukandan tidak semua tahapan-nya harus dilakukan, dimana salah satunyaadalah uji mekanis dan uji komposisi kimia).

2.Apakah pengaruh dari proses pengelasan GTAW bisa menyebabkancrack pada posisi yang jauh dari area pengelasan ? Jawabnya: Sesuaiuraian dan pengamatan dari Bapak, dimana retakan tidak ditemukan



didaerah lasan (terutama HAZ & weld metal), maka menurut pendapatsaya bahwa lasan tsb bukan penyebab-nya.

3. Apakah Laboratorium Material UI pernah menemukan kasus sepertiini ? Jawabnya: "Laboratorium UI" (maaf bukan promosi-red dan maaf

kalau kata ini menyalahi aturan milis MIGAS), pernah menangani kasusretaknya tube jenis 304 ini namun sejarah dan kronologisnya sedikitberbeda, dimana kebocoran disebabkan akibat "over-expanding" saatinstalasinya (cold forming berlebih) dan bukan oleh pengelasan.

4.Apakah Laboratorium UI bisa membantu kami melakukan analisaterhadap penyebab terjadinya crack ? Jawabnya: Kami dengan senanghati "bisa" membantu, karena salah satu misi kami adalah"Pengabdian pada Masyarakat" untuk itu silahkan menghubungi via Tlpatau Fax di alamat kami di:http://www.metal.ui.ac.id/cmpfa/introduction.html

5. Dari kasus tsb. diatas, menurut hipotesa sementara dari saya,penyebabnya adalah SCC (stress corrosion Cracking) dan hal ini perludibuktikan dengan beberapa pengujian laboratorium.

Demikian semoga hal ini dapat menjawab pertanyaan Bapak Bona.

bona@e-steamboilers

Pa' Win, terimakasih atas jawabannya. Kami juga meyakini bahwacrack ini juga bukan disebabkan oleh faktor pengelasan dan prosesfabrikasi pada material (tidak ada proses expanding, semua tubedilaksanakan full weld).Mohon penjelasannya apa yang dimaksud dengan SCC (StressCorossion Cracking), bukankah SCC LEBIH dominan terjadi padaStainless Steel yang kaya akan Ni seperti 316 dan apa penyebabterjadinya SCC ? Bagaimana methode pengujian yang harus dilakukanuntuk mengetahui bahwa memang terjadi Stress Corossion Crackingsehingga kita bisa mencegah terjadinya SCC ini pada tube yang lain.

Terimakasih atas pencerahannya.

Sadikin, Indera

Pak Win,



Kok bisa Stress Corossion Cracking ya? Katanya terjadi setelah hydrotest.Seberapa lama hydro test dan seberapa korosif lingkungannyasehingga proses korosi bisa terjadi? Menurut saya bukan SSCpenyebabnya.

Kalau membaca deskripsi retak yang longitudinal, menurut saya ituakibat proses roll pelat yang tidak diikuti heat treatment yang benar.Akibatnya pada dinding pipa bagian luar terdapat residual tensilestress yang tinggi.Residual tensile stress ini bertambah besar lagi saat hydro test dimanapipa diberi tekanan tinggi.

Deskripsi Pak Bona bahwa crack tidak terjadi di daerah lasankemungkinan menunjukkan bahwa manufaktur melakukan heattreatment di sekitar lasan yang secara tidak langsung telah

melepaskan residual stress dari proses rolling pelat.

Muhammad Abduh

Pak Bona,

Apakah ada data struktur mikro (di dekat retakan dan jauh dariretakan)? Berdasarkan Norsok M-630, struktur mikro austenitic ssharus free dari precipitate/intermetallic phase.

andryansyah rivai

Pak Winarto,Saya kok bingung, hipotesa scc itu dasarnya apa?, kok sepertinya tidakada hubungannya dengan penjelasan yang diberikan sebelumnya?Maaf dan terimakasih,

farabirazy albiruni

Pak Andry,

Hipotesa kegagalan tube di sebabkan oleh SCC bukan tanpa alasanyang kuat.Ini memang sudah merupakan kelamahan dari material SS 304 yangmerupakan austenitic SS yang sangat rentan terhadap SCC. Melihat



pola kerusakan yang cukup besar dan random yang hampir menyerangseluruh tube, kemungkinan terbesar inisiasi SCC sudah terjadi sebelumtube diinstall menjadi heat exchanger.

Beberapa point penting yang perlu dilakukan verifikasi historical tube

adalah:

1. Review prosedur penyimpanan yang dilakukan. Saya seringmenemukan di beberapa company, pencucian tube sebelum di simpanmenggunakan deterjen.Untuk kasus Austenitic SS seperti 304 ini, hal ini tidak boleh dilakukankarena deterjen mengandung basa berupa NaOH dimana NaOHdiperoleh dari garam NaCl, sehingga masih mengandung ion Cl yangmerupakan unsur yang menginisiasi terjadinya SCC. Sebaiknya untuktube2 sejenis yang masih tersimpan, sorting indikasi SCC bisadilakukan dengan metode eddy current.

2. Kecenderungan SCC semakin meningkat dengan meningkatnyatemperatur dan prosentasi ion Cl-. Please review grafik SCC yangdikeluarkan oleh fabrikan seperti Sandvik agar lebih jelas pada posisimana di garfik tersebut material SS 304 akan terkena SCC. Untukmengetahui ada tidaknya distribusi ion Cl di permukaan tube,pengujian EPMA (Electron Probe Micro Analysis) perlu di lakukan.

3. Residual stress selalu ada pada seamless tube SS. Kenapa? Karenaumumnya setelah fabrikasi tube tidak dilakukan proses heat treatmentresidual stress atau yang lainnya karena akan mempengaruhi

ketahanan korosi material SS.

Dua kombinasi, adanya tegangan (bisa aktif atau residual yang berupatensile stress) dan unsur pengkorosi seperti ion Cl akan menyebabkankegagalan SCC pada material SS austenitic seperti 304 ini.

ricky mar

Hipotesa dari scc itu biasanya kita ambil dari mechanical properties

dan fluid service properties. Didalam NACE 0175 juga ada pernyataan untuk material2 yang bisadigunakan selama dalam service dan kemungkinan SCC terjadi nyakecil.Seperti hardness yang harus di bawah 22 HRc. Kalo failure nya sudah terjadi, kita bisa ambil sample dari tube.



Kita lakukan micro structure pada tube yg terindikasi SCC. Buatmaterial 304 SS, yg tadinya mungkin berfasa austenit kalo pemakaiannya diatas temperature tertentu, akan terjadi precipitat sepertiChrome carbide di batas butir.

Indikasi2 seperti ini kita bisa lihat melalui structure mikro tube tsb. Kita juga bisa melihat apakah retak nya transgranular atauintergranular.Kemudian kita juga bisa melihat ini SCC atau pitting atauapun moduslainnya.Bisa saja pada akhirnya kesimpulan material dari manufactur nyamemang jelek kualitasnya. Kemudian kita bisa lakukan microhardness dengan vickers, untukmelihat distribusi kekerasan disekitar daerah failure.

Maaf kalo gk nyambung ya bpk2. Namanya juga mahasiswa yangmasih belajar :)

farabirazy albiruni

Pak Ricky,

NACE MR 0175 bukanlah guidance untuk pemilihan material yang

tahan terhadap SCC. Umumnya NACE MR 0175 digunakan bersama2dengan API 941 (Nelson Curve) dan API 942 untuk seleksi materialyang digunakan dalam lingkungan gas hydrogen dan rentan terkenahydrogen attack. Terkenanya material oleh SCCbukan disebabkan oleh embrittlement seperti pada kasus hydrogenattack atauhydrogen embritllement sehingga harus di batasi tingkat kekerasannyaseperti yang terdapat dalam API 942. Mekanisme keduanya berbedasecara prinsip meskipun Hydrogen Embrittlement oleh sebagianresercher di anggap kelas dari SCC. Saya belum pernah menemukanliteratur yang membahas adanya SCC temperatur tinggi (> 200 degree

C), jadi kemungkinan adanya presipitat yang disebutkan tidak akanpernah terbentuk. Hal ini berbeda dengan hydrogen yang semakinmeningkat PoFnya seiring kenaikan temperatur.

Simplenya, retak SCC itu khas. Branched crak atau retak bercabang.Kalau crack itu yang ditemukan, kemungkinan tube material terkenaSCC.Tinggal menelusuri dari mana unsur pengkorosi itu bisa terdapat



di material, apakah dari proses delivery, penyimpanan, atau saatinstalasi dan pengujian.

Muhammad Abduh

Sepertinya begitu Pak Ricky,

Untuk analisa kegagalan lebih disukai metode yang sederhana.Misalkan dengan audit teknik menggunakan code-code yang sesuai(TEMA, ASME. ASTM, Norsok, dll), heat exchanger apakah sudahmemenuhi standar apa belum dan criticality-nya spt apa (desain,fabrikasi, material, storage dan handling). Ini cukup paper work dankita bisa mendapat kesimpulan yang obyektif dan tidak spekulatif.Misalkan compliance levelnya rendah (jelek kualitasnya) maka

kegagalan sudah pasti akan terjadi.

Untuk mencari physical root cause (SCC, IGC, residual stress pitting,sensitization, embrittlement) diperlukan studi yang lebih mendalamdan harus didukung data-data yang cukup supayakesimpulannya tidak spekulatif, obyektif dan berimbang karenamenyangkut pihak yang terlibat (user, supplier, fabricator).

Karena masing-masing modus kegagalan/korosi spesifik, salahmengambil kesimpulan root cause maka feedback/rekomendasi yangdiberikan akan salah juga.

Btw ini pak ricky yang di abu-dhabi ya..?

ricky mar

Pak abhie terima kasih atas koreksinya. Sangat berguna bagi kitaanak2 muda seperti saya ini.Kalau saya bisa mengemukan pendapat, mudah2 an kali ini gk salahlagi.:)

SCC itu parameter nya salah satunya operating temperaturekalo di NACE 0175 memang hanya mengatur max hardness pak. Tp kalau bpk baca di DNV M-001(http://www.ivt.ntnu.no/ipm/und/fag/k_i/robmat/Forelesningsmatriell/13.10.2004%20NORSOK%20M-001.pdf) disitu ada table ttg limitationoperating temperature dan fluid service nya untuk tiap2 material.



SCC itu akan terjadi kalau ada stress + corrosion.Kalau salah satu tidakada maka tidak akan terjadi SCCStress bisa diakibatkan tegangan sisa setelah process welding, tidakadanya PWHT stlh process welding. ataupun cold working lainnya.

Kemudian corrosion bs terjadi di batas butir. Jadi operating temperature yang tinggi akan memicu terbentunyacarbide2 (CrC). Kemudian bisa kemungkinan ion2 Cl akan menyerangdaerah2 yg miskin Cr.Karena ada tegangan sisa tadi kemudian ada korosi dan ada stressyang bekerja terjadilah SCC.

farabirazy albiruni

Thank Pak Ricky atas infonya.

* Tp kalau bpk baca di DNV M-001(http://www.ivt.ntnu.no/ipm/und/fag/k_i/robmat/Forelesningsmatriell/13.10.2004%20NORSOK%20M-001.pdf ) disitu ada table ttg limitationoperating temperature dan fluid service nya untuk tiap2 material.*

Saya sudah liat tabel yang dimaksud di Norsok ini. untuk austeniticstainless steel, saya boleh bilang bahwa norsok mengadopsi tabeltersebut dari kurva scc yang dikeluarkan oleh sandvik, dimana 304disamakan gradenya dengan 316. Dalam tabel itu (yang meskipun

menyatakan untuk H2S environment), konsentrasi ion Cl bervariasi dantemperatur dibatasi sampei 120 degree C.

* SCC itu akan terjadi kalau ada stress + corrosion.Kalau salah satutidak ada maka tidak akan terjadi SCC Stress bisa diakibatkantegangan sisa setelah process welding, tidak adanya PWHT stlhprocess welding. ataupun cold working lainnya.

*Benar, SCC adalah kombinasi antara stress dan unsur pengkorosi. Tapi harus diingat, stressnya harus berupa tensile stress dan bukancompressive stress. Untuk SS, umumnya unsur pengkorosinya adalah

ion Cl. Benar juga bahwa stress bisa berupa residual stress yang bisadisebabkan oleh pengelasan maupun cold working.

* Kemudian corrosion bs terjadi di batas butir. Jadi operating temperature yang tinggi akan memicu terbentunyacarbide2 (CrC). Kemudian bisa kemungkinan ion2 Cl akan menyerangdaerah2 yg miskin Cr.

http://www.ivt.ntnu.no/ipm/und/fag/k_i/robmat/Forelesningsmatriell/13.10.2004%20NORSOK%20M-001.pdf






Karena ada tegangan sisa tadi kemudian ada korosi dan ada stressyang bekerja terjadilah SCC.* Yang ini bukanlah mekanisme SCC. Ini adalah intergranular corrosionyang juga khas terjadi di stainless steel akibat adanya perbedaan

konsentrasi Cr (umumnya akibat pengelasan), dan menghasilkan crackyang intergranular, sementara SCC menghasilkan crack transgranular.Operating temperatur yang tinggi pada material, failure akan lebih didominasi oleh creep dan bukan oleh intergranular corrosion. SCC bolehdianggap sebagai salah satu jenis dari aqueos corrosion karena unsurpengkorosi yang terlibat harus dalam bentuk ion.

Mudah2an cukup jelas dari saya..

Failure Analysist on Tube SA 213 TP 304

Documents

Transcript of Failure Analysist on Tube SA 213 TP 304