STRESS-CORROSION CRACKING IN A NICKEL-BASE ALLOY PRE-HEATER EXPANSION BELLOWS [Stress – Corrosion Cracking In A Nickel – Base Alloy Pre – Heater Expansion Bellows]

Abstract

KOROSI RETAK TEGANG PADA PADUAN BERBASIS NIKEL BELLOWS EKSPANSI ALAT PEMANAS
MULA. Makalah ini menyajikan hasil analisa kerusakan pada sebuah bellows ekspansi yang pecah yang
terpasang pada sebuah alat pemanas mula (alat penukar kalor). Bellows tersebut merupakan jenis bellows
dengan lapisan pelat bergelombang tunggal, terdiri dari lima lilitan konvolut dan terbuat dari paduan nikel
dengan spesifikasi Inconel 625. Fluida yang dialirkan di dalam alat pemanas mula pada sisi tabung atau bejana
adalah uap pada suhu operasi 265 °C dan tekanan 51,0 kg/cm2g. Bellows tersebut dilaporkan pecah pada suatu
kecelakaan/insiden yang terjadi setelah alat pemanas mula tersebut dioperasikan selama lebih dari lima tahun.
Sejumlah benda uji disiapkan dari bellows yang pecah tersebut untuk pengujian laboratorium seperti uji
makroskopik, analisa komposisi kimia, uji metalografi, uji kekerasan, dan pengujian SEM (scanning electron
microscopy) yang dilengkapi dengan analisa EDS (energy dispersive spectroscopy). Hasil analisa kerusakan
yang diperoleh menunjukkan bahwa bellows ekspansi yang pecah tersebut utamanya telah mengalami retak
korosi tegangan (RKT) yang disebabkan oleh efek simultan antara tegangan tarik dan unsure korosif yaitu
sodium (Na) yang merupakan agen korosi kostik utama. RKT yang terjadi umumnya terkonsentrasi pada sisi
atas konvolut bellows, diawali dari dinding bagian dalam lengkungan konvolut bagian luar, dan selanjutnya
merambat ke arah luar dengan pola retak antar butir yang bercabang secara luas melalui batas butir austenit
material bellows. Tingkat dan kondisi retak yang terjadi sangat dipengaruhi oleh tingkat tegangan lentur tarik
yang terbentuk pada lengkungan konvolut, dan karenanya kebanyakan retak utama diketemukan terjadi pada
bagian paling atas lengkungan konvolut, dimana daerah tersebut mengalami tegangan tarik maksimum atau
tertinggi. Pada daerah dengan tegangan tarik yang lebih rendah atau tanpa tegangan tarik, pola kerusakan
yang terjadi kemudian berubah menjadi pola korosi antar butiran.

Abstract

This paper presents the results obtained from the failure analysis performed on a ruptured expansion bellows of a pre-heater. This bellows is a typical of single ply corrugated bellows consisting of five bellows convolutions and was made of Inconel 625, a standard specification for Ni-base alloy. The fluid circulated within the pre-heater on shell side was steam at the operating temperature and pressure of 265°C and 51.0 kg/cm²g, respectively. The bellows was reportedly ruptured during an accident occurred after the pre-heater had been in service for more than five years. A number of specimens were prepared from the ruptured bellows for laboratory examinations including macroscopic examination, chemical analysis, metallographic examination, hardness test, and SEM (scanning electron microscopy) examination equipped with EDS (energy dispersive spectroscopy) analysis. Results of the failure analysis obtained showed that the ruptured expansion bellows had experienced predominantly to stress corrosion cracking (SCC) caused by the simultaneous presence of tensile stress and a corrosive agent in which sodium (Na) was found being the major caustic corroding agent. Most of the SCC occurred were concentrated on the upper or top side of the bellows convolutions and initiated from the inner wall of the outer bend convolutions and subsequently propagated outward in intergranular manner with extensive branching through the austenitic grain boundaries of the bellows material. The severity of cracking was very much affected by the level of tensile bending stresses present on the bend convolutions, and therefore most of the main crack rupture was found to take place at the peak bend convolutions where the tensile stress was maximum or highest. In some area having less or no tensile stress, the damage pattern was predominantly altered into the intergranular corrosion. Other contributing factor that may have also caused the bellows material susceptible to SCC was likely due to high hardness value of the bellows material.