20# vs 25# – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
20# dan 25# adalah dua label penunjukan umum yang digunakan dalam beberapa standar regional (terutama praktik GB/GB/T China) untuk mengidentifikasi baja karbon biasa yang sering digunakan dalam rekayasa umum, poros, pengikat, dan struktur yang dilas. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan antara keduanya: material yang lebih murah dan lebih ulet versus grade karbon sedikit lebih tinggi yang memberikan kekuatan dan ketahanan aus yang lebih besar. Pilihan biasanya didorong oleh kapasitas beban yang diperlukan, kebutuhan pembentukan atau pengelasan, kemampuan mesin, dan batasan biaya.
Perbedaan utama antara 20# dan 25# adalah kandungan karbon mereka dan konsekuensi metalurgi dari perbedaan karbon tersebut — yang mengontrol kekuatan, keuletan, dan kemampuan pengerasan. Karena kedua grade secara kimiawi sederhana (baja karbon biasa atau paduan rendah), perancang membandingkan mereka secara langsung saat menentukan material untuk bagian di mana kompromi antara kekuatan dan ketangguhan harus seimbang dengan kemudahan fabrikasi.
1. Standar dan Penunjukan
- GB / GB/T (China): 20# (juga ditulis sebagai 20G dalam beberapa konteks), 25# (25G dll.) — baja karbon biasa yang digunakan untuk tujuan struktural dan mekanis umum.
- JIS (Jepang): Setara dengan grade JIS-SC atau SCr tergantung pada kimia yang tepat dan penggunaan yang dimaksudkan, tetapi pemetaan satu-ke-satu langsung tidak tepat.
- ASTM/ASME (AS): Tidak ada grade ASTM langsung dengan notasi “#”; baja yang sebanding adalah baja ringan karbon rendah seperti A36 atau AISI 1020/1025 tergantung pada tingkat C dan Mn yang tepat serta persyaratan properti.
- EN (Eropa): Grade setara jatuh ke dalam baja struktural non-paduan seperti keluarga S235/S275 tergantung pada tingkat properti mekanis.
- Klasifikasi: Baik 20# maupun 25# adalah baja karbon biasa (non-stainless, non-high-strength low-alloy) dalam praktik umum; mereka bukan baja alat, baja tahan karat, atau HSLA dalam bentuk standar mereka.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | 20# Tipikal (kisaran aproksimasi) | 25# Tipikal (kisaran aproksimasi) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | 0.17 – 0.24 wt% | 0.22 – 0.30 wt% |
| Mn (Mangan) | 0.25 – 0.60 wt% | 0.25 – 0.70 wt% |
| Si (Silikon) | ≤ 0.35 wt% (sering 0.02–0.30) | ≤ 0.35 wt% (sering 0.02–0.30) |
| P (Fosfor) | ≤ 0.035 wt% (maks) | ≤ 0.035 wt% (maks) |
| S (Belerang) | ≤ 0.035 wt% (maks) | ≤ 0.035 wt% (maks) |
| Cr (Krom) | biasanya ≤ 0.30 wt% | biasanya ≤ 0.30 wt% |
| Ni (Nikel) | jejak / tidak ditentukan | jejak / tidak ditentukan |
| Mo, V, Nb, Ti, B, N | tidak ditambahkan secara sengaja dalam grade standar; tingkat jejak mungkin ada | sama seperti 20# |
Catatan: Nilai adalah kisaran tipikal yang terlihat dalam spesifikasi gaya GB umum dan praktik pabrik. Batasan yang tepat dan elemen tambahan bervariasi dengan standar, pabrik, dan apakah produk dimaksudkan untuk ditempa, perlakuan panas, atau layanan khusus.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat - Karbon: Kontrol utama kekuatan dan kekerasan. Karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh serta kekerasan, tetapi mengurangi keuletan dan kemampuan pengelasan. - Mangan: Meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan tarik, dan menghilangkan oksigen dari baja. Mn juga mengimbangi embrittlement belerang sampai batas tertentu. - Silikon, Cr, Ni, Mo: Ketika hadir dalam jumlah kecil, mereka memodifikasi kemampuan pengerasan dan ketangguhan; dalam grade ini biasanya berada pada tingkat rendah dan bukan strategi pengerasan utama. - Impuritas (P, S): Dijaga rendah untuk mempertahankan ketangguhan dan ketahanan kelelahan; belerang dapat meningkatkan kemampuan mesin jika sengaja ditingkatkan dalam varian pemotongan bebas.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal yang digulung: - 20#: Sebagian besar ferrit dengan pearlit yang tersebar. Tingkat karbon yang lebih rendah berarti fraksi matriks ferritik yang lebih besar dan mikrostruktur yang lebih lembut dan lebih ulet. - 25#: Fraksi pearlit yang meningkat dibandingkan dengan 20#, menghasilkan struktur lamelar yang lebih halus ketika didinginkan dalam kondisi serupa; kepadatan dislokasi yang lebih tinggi setelah deformasi.
Respons perlakuan panas: - Normalisasi: Kedua grade merespons normalisasi dengan pemurnian butir; 25# akan menghasilkan fraksi volume pearlit yang lebih tinggi dan kekuatan yang sedikit lebih tinggi setelah normalisasi dibandingkan dengan 20#. - Pendinginan dan tempering: Karena keduanya adalah baja karbon biasa paduan rendah, kemampuan pengerasan mereka terbatas. 25# mencapai kekerasan yang lebih tinggi setelah pendinginan dibandingkan 20# di bawah tingkat pendinginan yang setara karena karbon yang lebih tinggi, tetapi tidak ada yang mencapai kemampuan pengerasan baja paduan sedang tanpa tambahan paduan. - Pemrosesan termo-mekanis: Penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat dapat meningkatkan kekuatan dan memperhalus mikrostruktur; 25# biasanya akan mencapai tingkat kekuatan yang lebih tinggi melalui pemrosesan semacam itu tetapi dengan sedikit kehilangan keuletan.
4. Sifat Mekanis
| Sifat | 20# Tipikal (digulung/normalkan) | 25# Tipikal (digulung/normalkan) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | ~350 – 500 MPa (kisaran kerja tipikal) | ~400 – 560 MPa (lebih tinggi rata-rata) |
| Kekuatan luluh (MPa) | ~215 – 315 MPa | ~245 – 370 MPa |
| Peregangan (%) | ~26 – 40% | ~18 – 30% (berkurang dibandingkan 20#) |
| Ketangguhan impak (J, kualitatif) | Umumnya baik pada suhu ruang; ketangguhan suhu rendah yang lebih baik dibandingkan 25# | Baik pada suhu ruang; lebih rendah dari 20# dalam kondisi yang diproses serupa |
| Kekerasan (HB) | ~110 – 160 HB | ~130 – 180 HB |
Catatan: Ini adalah kisaran representatif untuk kondisi panas-digulung atau dinormalisasi. Nilai spesifik tergantung pada kimia yang tepat, ketebalan bagian, dan pemrosesan termal/mekanis. 25# umumnya lebih kuat dan lebih keras karena karbon yang lebih tinggi dan peningkatan pearlit, sementara 20# umumnya lebih ulet dan lebih tangguh dalam kondisi yang sebanding.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan baja karbon biasa terutama dikendalikan oleh kandungan karbon dan kemampuan pengerasan. Karbon yang lebih tinggi meningkatkan risiko pembentukan martensit yang keras dan rapuh di zona yang terpengaruh panas (HAZ) dan dengan demikian meningkatkan kerentanan terhadap retak dingin.
Rumus penilaian yang berguna (panduan kualitatif): - Setara Karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (lebih konservatif): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - 20# (C lebih rendah) biasanya akan menunjukkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah dibandingkan 25#, yang menunjukkan kemampuan pengelasan yang lebih mudah, kebutuhan pemanasan awal yang berkurang, dan risiko retak HAZ yang lebih rendah. - 25# (C lebih tinggi) sering kali memerlukan praktik pengelasan yang lebih hati-hati — pemanasan awal, suhu antar-lapisan yang terkontrol, dan perlakuan panas pasca-las dalam aplikasi kritis — terutama untuk bagian yang lebih tebal. - Mikro-paduan dapat meningkatkan kemampuan pengerasan bahkan pada total kandungan paduan yang rendah; karena kedua grade umumnya adalah baja karbon biasa, efek paduan terbatas dibandingkan dengan baja HSLA.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik 20# maupun 25# bukanlah stainless; ketahanan korosi mirip dan buruk dibandingkan dengan baja tahan karat. Strategi perlindungan termasuk pengecatan/pelapisan, galvanisasi celup panas, elektroplating, pelumasan, atau primer penghambat korosi.
- PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja non-stainless ini, tetapi rumus untuk perbandingan stainless adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Catatan pemilihan: Jika ketahanan korosi diperlukan daripada baja karbon yang dioptimalkan biaya, menentukan grade stainless atau paduan tahan korosi adalah pendekatan yang benar daripada mengandalkan 20# atau 25# dengan pelapisan ketika kinerja jangka panjang atau lingkungan agresif diperlukan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Pembentukan dan pembengkokan: 20# lebih toleran dalam operasi pembentukan karena kekuatan luluh yang lebih rendah dan peregangan yang lebih tinggi; sedikit pemulihan dan gaya pembentukan yang lebih rendah adalah tipikal.
- Pekerjaan dingin: 25# mengeras lebih cepat dan mungkin memerlukan gaya pembentukan yang lebih tinggi dan kontrol alat yang lebih ketat.
- Kemampuan mesin: Meningkatkan kandungan karbon dan pearlit dalam 25# biasanya meningkatkan kekuatan dan kekerasan; kemampuan mesin tergantung pada mikrostruktur dan tingkat belerang/fosfor. Secara umum, 25# bisa sedikit lebih sulit untuk diproses (gaya pemotongan lebih tinggi, keausan alat lebih cepat) dibandingkan 20# dalam kondisi yang identik.
- Penyelesaian permukaan: Kedua grade dapat digiling permukaannya, dipoles, atau dilapisi. Kekerasan yang lebih tinggi dari 25# mungkin memerlukan pemilihan alat penggilingan yang lebih agresif.
8. Aplikasi Tipikal
| 20# (penggunaan umum) | 25# (penggunaan umum) |
|---|---|
| Komponen struktural, pipa diameter kecil, fabrikasi umum di mana keuletan dan kemampuan pengelasan diprioritaskan | Poros, sumbu, baut, dan bagian di mana kekuatan atau ketahanan aus yang lebih tinggi diperlukan |
| Rangka mesin, rakitan yang dilas, tempa tujuan umum | Gigi tugas menengah dan bagian aus yang sedikit terbebani (ketika tidak diperlukan paduan) |
| Bagian yang diproduksi dengan biaya rendah, komponen yang dicat atau dilapisi | Komponen yang memerlukan kekerasan lebih tinggi setelah perlakuan panas atau pengerasan kerja |
Rasional pemilihan: - Pilih 20# ketika pembentukan, pengelasan, keuletan, dan biaya adalah perhatian utama. - Pilih 25# ketika kekuatan lebih tinggi, peningkatan moderat dalam ketahanan aus, atau penampang yang lebih kecil yang memerlukan kapasitas beban yang lebih tinggi penting dan praktik pengelasan yang terkontrol dapat diterapkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: 20# umumnya sedikit lebih murah dibandingkan 25# berdasarkan per ton karena karbon yang lebih rendah (perbedaan biaya produksi kecil tetapi harga pasar biasanya lebih menguntungkan grade C lebih rendah). Delta biaya adalah moderat.
- Ketersediaan: Kedua grade tersedia secara luas dalam batang, pelat, lembaran, dan tempa di daerah di mana baja GB/China dijual. 20# mungkin lebih umum disimpan dalam inventaris tujuan umum; 25# umumnya tersedia untuk aplikasi mekanis.
- Bentuk produk: Batang bulat, pelat panas-digulung, dan pipa yang dilas adalah umum. Waktu tunggu dan ketersediaan tergantung pada prioritas produksi pabrik dan permintaan regional.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | 20# | 25# |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Baik (C lebih rendah, lebih mudah) | Sedang (C lebih tinggi, lebih hati-hati) |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Ketangguhan/keuletan lebih baik pada kekuatan lebih rendah | Kekuatan lebih tinggi, keuletan lebih rendah relatif terhadap 20# |
| Biaya | Lebih rendah / ekonomis | Sedikit lebih tinggi |
Pilih 20# jika: - Desain membutuhkan kemampuan pengelasan yang baik dan keuletan tinggi (misalnya, struktur yang dilas secara luas, pembentukan kompleks). - Sensitivitas biaya dan kemudahan fabrikasi adalah prioritas. - Bagian terkena beban impak atau memerlukan ketangguhan suhu rendah yang lebih baik dalam aplikasi baja karbon sederhana.
Pilih 25# jika: - Kekuatan atau kekerasan lebih tinggi diperlukan tanpa beralih ke baja paduan sedang. - Ukuran atau geometri komponen memerlukan kapasitas beban yang lebih tinggi dengan peningkatan berat yang terbatas. - Rencana fabrikasi mencakup prosedur pengelasan yang terkontrol (pemanasan awal, bahan habis pakai yang sesuai) atau bagian akan diperlakukan panas/ditemper untuk mencapai properti target.
Catatan penutup: Keputusan 20# vs 25# pada dasarnya adalah kompromi kandungan karbon: kekuatan dan kekerasan yang sedikit lebih tinggi dengan mengorbankan keuletan dan kemampuan pengelasan. Untuk aplikasi kritis di mana baik kekuatan yang lebih tinggi dan ketangguhan yang dapat diandalkan diperlukan, pertimbangkan untuk menentukan grade paduan sedang yang dirancang atau material HSLA dengan properti yang terdokumentasi daripada hanya mengandalkan peningkatan karbon.