A36 vs A572 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
ASTM A36 dan ASTM A572 adalah dua jenis baja struktural yang paling umum ditentukan dalam konstruksi, fabrikasi, dan industri berat. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan biaya, kemampuan pengelasan, kemampuan pembentukan, dan kinerja mekanis yang diperlukan saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum meliputi: (1) apakah kekuatan hasil yang lebih tinggi membenarkan biaya material premium dan potensi perubahan pada prosedur pengelasan atau pembentukan, dan (2) apakah ketangguhan yang lebih baik atau pengurangan berat (melalui bagian yang lebih tipis) diperlukan untuk desain tertentu.
Perbedaan praktis antara kelas-kelas ini terletak pada kinerja mekanis yang dicapai melalui strategi paduan dan pemrosesan yang berbeda: A36 adalah baja struktural karbon tradisional dengan kimia yang relatif sederhana dan perilaku yang dapat diprediksi, sementara A572 adalah keluarga baja paduan rendah berkekuatan tinggi (HSLA) yang diproduksi untuk memberikan kekuatan hasil yang lebih tinggi dan sering kali ketangguhan yang lebih baik melalui paduan yang terkontrol dan pemrosesan termomekanis. Insinyur membandingkan keduanya karena keduanya melayani peran struktural yang sama tetapi dengan trade-off yang berbeda dalam kekuatan, duktilitas, kemampuan pengelasan, dan biaya.
1. Standar dan Penunjukan
- ASTM/ASME:
- ASTM A36/A36M — Baja struktural karbon (umumnya disebut A36).
- ASTM A572/A572M — Baja struktural paduan rendah berkekuatan tinggi (tersedia dalam beberapa kelas seperti 42, 50, 55, 60, 65; Kelas 50 adalah yang paling umum).
- EN: Spesifikasi yang kira-kira setara ada dalam standar Eropa (misalnya, S275 untuk baja struktural umum berkekuatan rendah; S355 dan kelas HSLA untuk kekuatan lebih tinggi), tetapi kesetaraan satu-ke-satu tidak tepat.
- JIS/GB: Standar Jepang dan Cina memiliki baja struktural yang sebanding, tetapi pengguna harus membandingkan persyaratan mekanis dan kimia daripada mengandalkan kesetaraan nama langsung.
- Klasifikasi: A36 — baja struktural karbon; A572 — HSLA (baja paduan rendah berkekuatan tinggi).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Komposisi tipikal (wt%) — panduan umum. Batas kimia yang tepat tergantung pada subklausa ASTM tertentu dan kelas A572 yang dipilih; konsultasikan sertifikat pabrik untuk toleransi yang kritis untuk pengadaan.
| Elemen | A36 (tipikal) | A572 (tipikal, misalnya, Kelas 50 dan kelas terkait) |
|---|---|---|
| C (karbon) | hingga ~0.25–0.26 (rendah–sedang) | umumnya lebih rendah atau maksimum yang serupa (misalnya, hingga ~0.23) |
| Mn (mangan) | ~0.60–1.20 (digunakan untuk kontrol kekuatan) | biasanya lebih tinggi atau lebih ketat; umumnya sekitar 0.8–1.6 |
| Si (silikon) | ≤ ~0.40 (deoksidator) | serupa atau sedikit lebih tinggi tergantung pada praktik pabrik |
| P (fosfor) | ≤ ~0.04 (batas kotoran) | ≤ ~0.04 (kontrol kotoran serupa) |
| S (sulfur) | ≤ ~0.05 (batas kotoran) | ≤ ~0.05 (serupa) |
| Cr (krom) | biasanya tidak ditambahkan secara sengaja (jejak) | mungkin ada dalam jumlah kecil dalam beberapa kimia HSLA |
| Ni (nikel) | tidak tipikal (jejak) | tidak tipikal kecuali untuk varian khusus |
| Mo (molybdenum) | tidak tipikal | kadang-kadang digunakan dalam jumlah jejak untuk kemampuan pengerasan dalam varian HSLA tertentu |
| V (vanadium) | tidak tipikal | sering hadir dalam jumlah mikro paduan kecil (ratusan ppm) |
| Nb (niobium, kolumbium) | tidak tipikal | mungkin digunakan sebagai elemen mikro paduan (jejak hingga beberapa ratus ppm) |
| Ti (titanium) | tidak tipikal | mungkin ditambahkan dalam beberapa baja untuk kontrol butir (jejak) |
| B (boron) | tidak tipikal | tidak tipikal; jejak hanya dalam baja khusus |
| N (nitrogen) | residual | terkontrol; dapat berinteraksi dengan Ti/Nb untuk penguatan presipitasi |
Catatan: - A36 pada dasarnya adalah baja struktural karbon polos dengan paduan yang terbatas. A572 adalah keluarga baja HSLA di mana penambahan elemen mikro paduan yang terkontrol (V, Nb, Ti) dan kontrol yang lebih ketat terhadap Mn dan Si memungkinkan kekuatan hasil yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih baik tanpa meningkatkan ekuivalen karbon secara signifikan. - Komposisi tepat A572 bervariasi berdasarkan kelas (42, 50, dll.) dan berdasarkan pabrik; pengadaan harus menentukan kelas dan meminta laporan uji material (MTR).
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi dapat mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan ketika tinggi. - Mangan meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan tarik serta mempromosikan deoksidasi. - Elemen mikro paduan (V, Nb, Ti) memperhalus ukuran butir dan menghasilkan penguatan presipitasi yang meningkatkan kekuatan hasil tanpa peningkatan besar dalam karbon. - Penambahan kecil Cr, Mo, Ni (ketika ada) meningkatkan kemampuan pengerasan dan kinerja suhu tinggi tetapi jarang ditemukan dalam A36/A572 standar.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- A36: Mikrostruktur tipikal yang digulung adalah ferit dengan perlit—berbutir kasar dibandingkan dengan baja HSLA. A36 umumnya disuplai dalam kondisi digulung panas. Ini tidak dimaksudkan untuk perlakuan panas yang signifikan; sifat dicapai dalam keadaan digulung. Normalisasi dapat memperhalus ukuran butir dan sedikit meningkatkan kekuatan dan ketangguhan.
- A572: Diproduksi dengan kimia yang terkontrol dan sering dengan penggulungan termomekanis atau pendinginan yang dipercepat untuk menghasilkan mikrostruktur ferit-perlit atau ferit akicular yang lebih halus dan presipitat yang bermanfaat (karbonitrida V, Nb, Ti). Mikrostruktur yang diperhalus ini memberikan kekuatan hasil yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih baik dibandingkan dengan baja karbon polos dengan ketebalan serupa.
- Respons perlakuan panas:
- Normalisasi: kedua kelas dapat dinormalisasi untuk memperhalus ukuran butir; A572 biasanya merespons lebih baik karena presipitat mikro paduan mengontrol pertumbuhan butir.
- Quench dan tempering: biasanya tidak diterapkan pada A36 atau A572 standar dalam praktik struktural; jika baja yang dikuatkan dan ditempa diperlukan, spesifikasi yang berbeda digunakan.
- Pengolahan termomekanis (TMCP): A572 dapat diproduksi dengan TMCP untuk memanfaatkan penggulungan dan pendinginan yang terkontrol untuk memaksimalkan kekuatan dan ketangguhan tanpa paduan berat.
4. Sifat Mekanis
Tabel: Sifat mekanis tipikal (kondisi pabrik; nilai mewakili minimum umum atau rentang — periksa spesifikasi ASTM dan laporan uji pabrik).
| Sifat | A36 (tipikal) | A572 (tipikal, Kelas 50 sebagai perwakilan) |
|---|---|---|
| Kekuatan hasil (minimum) | 36 ksi (≈250 MPa) | 50 ksi (≈345 MPa) |
| Kekuatan tarik (rentang tipikal) | ~58–80 ksi (≈400–550 MPa) | ~65–90 ksi (≈450–620 MPa) |
| Peregangan (dalam 2 in / 50 mm) | umumnya ≥20% (tergantung pada ketebalan) | umumnya ≥18% (bervariasi dengan kelas dan ketebalan) |
| Ketangguhan impak (Charpy V-notch) | biasanya tidak wajib kecuali ditentukan; sedang | sering ditentukan pada suhu untuk layanan kritis; dapat lebih unggul ketika TMCP digunakan |
| Kekerasan | sedang (nilai Rockwell B tipikal untuk baja karbon rendah–sedang) | umumnya lebih tinggi tetapi masih dapat diproses/dibentuk; kekerasan bervariasi dengan kelas dan pemrosesan |
Interpretasi: - A572 (terutama Kelas 50) memberikan kekuatan hasil minimum yang jelas lebih tinggi dibandingkan A36, memungkinkan pengurangan berat desain atau ukuran bagian yang lebih kecil untuk beban yang sama. - Duktilitas (peregangan) sering kali sebanding, meskipun material berkekuatan lebih tinggi terkadang menunjukkan peregangan yang sedikit lebih rendah; pemrosesan A572 modern sering kali mempertahankan ketangguhan yang baik dan duktilitas yang dapat diterima. - Ketangguhan (ketahanan impak pada suhu rendah) sering kali lebih baik dikontrol dan ditentukan untuk aplikasi A572, terutama ketika digunakan dalam struktur kritis.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan tergantung pada kandungan karbon, ekuivalen karbon (kemampuan pengerasan), dan keberadaan elemen mikro paduan. Dua parameter empiris yang umum digunakan ditunjukkan di sini untuk interpretasi.
-
IIW ekuivalen karbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm Internasional (untuk prediksi kemampuan pengelasan dan kerentanan retak dingin yang lebih rinci): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - A36 biasanya memiliki ekuivalen karbon yang rendah dan secara luas dianggap mudah dilas dengan proses standar (SMAW, GMAW, FCAW). Suhu pra-panas dan antar-passing umumnya sedang kecuali untuk bagian yang sangat tebal atau layanan yang sensitif terhadap hidrogen. - Kelas A572, meskipun memiliki kekuatan lebih tinggi, dirancang agar tetap dapat dilas. Mikro paduan dalam jumlah terkontrol meningkatkan kekuatan tanpa peningkatan besar dalam $CE_{IIW}$. Namun, kelas yang lebih kuat, bagian yang lebih tebal, atau peningkatan kandungan mangan dan mikro paduan dapat meningkatkan kemampuan pengerasan dan memerlukan prosedur pengelasan yang lebih hati-hati (pra-panas, kontrol input panas, bahan konsumabel rendah-hidrogen) untuk menghindari kerentanan retak. - Nasihat praktis: Untuk struktur kritis, tentukan perlakuan panas pasca pengelasan (jika diperlukan), kontrol suhu pra-panas dan antar-passing, dan konfirmasi prosedur pengelasan dengan catatan kualifikasi prosedur (PQR).
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik A36 maupun A572 standar bukanlah baja tahan karat. Keduanya memerlukan perlindungan permukaan untuk lingkungan korosif.
- Strategi perlindungan umum:
- Galvanisasi celup panas (pelapisan seng) untuk ketahanan korosi atmosfer jangka panjang.
- Primer pabrik, pengecatan lapangan, atau pelapis industri khusus untuk lingkungan yang parah.
- Cladding atau sistem dupleks jika diperlukan untuk kondisi agresif.
- Formula PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) untuk baja tahan karat: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini tidak berlaku untuk A36 dan A572 karena kimia mereka tidak memiliki kandungan kromium/molybdenum/nitrogen yang memberikan perilaku tahan karat. Untuk aplikasi yang kritis terhadap korosi, pilih paduan tahan karat atau tahan korosi daripada hanya mengandalkan galvanisasi/pelapisan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Pemotongan: Kedua baja dapat dipotong dengan mudah menggunakan oksigen-bahan bakar, pemotongan plasma, atau pemotongan laser. A572 yang lebih kuat mungkin memerlukan parameter pemotongan yang sedikit berbeda karena kekuatan tarik yang lebih tinggi.
- Pembentukan dan pembengkokan: A36, dengan kekuatan hasil yang lebih rendah dan mikrostruktur yang sederhana, umumnya lebih mudah untuk dibentuk dan dibengkokkan dengan sedikit pemulihan. A572, karena kekuatan hasilnya yang lebih tinggi, akan menunjukkan lebih banyak pemulihan dan mungkin memerlukan penyesuaian (misalnya, gaya pembengkokan yang lebih tinggi atau jari-jari alat yang lebih ketat). Pembentukan dingin A572 kelas tinggi harus divalidasi.
- Kemampuan mesin: Keduanya dapat diproses dengan alat standar; A572 mungkin sedikit lebih abrasif terhadap alat pemotong tergantung pada presipitat mikro paduan.
- Pemasangan: Desain baut dan las harus memperhitungkan kekuatan yang lebih tinggi saat menggunakan A572 — misalnya, pra-tekan baut dan perhitungan beban.
8. Aplikasi Tipikal
| A36 — Penggunaan Tipikal | A572 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Bentuk struktural umum (pelat, saluran, balok I) untuk bangunan, jembatan, dan rangka industri ringan di mana kekuatan standar cukup dan biaya menjadi prioritas. | Anggota struktural di mana kekuatan hasil yang lebih tinggi mengurangi ukuran atau berat bagian — jembatan, rangka baja berat, rel crane, rangka truk, aplikasi pelat berkekuatan tinggi. |
| Pekerjaan baja sekunder, braket, anggota non-kritis, fabrikasi umum. | Aplikasi yang memerlukan ketangguhan yang lebih baik atau di mana pengurangan ketebalan menghasilkan penghematan material; beberapa elemen struktural seismik dan beban berat. |
| Perakitan las non-kritis, kondisi beban ringan. | Struktur di mana kode atau desain memanggil kinerja Kelas 50 (atau lebih tinggi); komponen yang mendapatkan manfaat dari ketangguhan yang dihasilkan TMCP. |
Rasional pemilihan: - Pilih A36 ketika biaya, kemudahan fabrikasi/pengelasan, dan ketersediaan untuk ketebalan umum menjadi faktor pendorong. - Pilih A572 ketika kekuatan hasil yang lebih tinggi, ketangguhan yang terkontrol, dan potensi penghematan berat menjadi prioritas.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: A36 biasanya lebih murah per unit berat dibandingkan A572 karena kimia yang lebih sederhana dan produksi yang lebih luas. A572 memerlukan biaya premium untuk kelas berkekuatan lebih tinggi dan kontrol pemrosesan yang lebih ketat.
- Ketersediaan: A36 tersedia secara luas dalam berbagai bentuk dan ketebalan pelat. A572 (terutama Kelas 50) tersedia secara luas tetapi tidak seumum A36 dalam beberapa bentuk produk dan ketebalan volume rendah. Waktu tunggu dapat bervariasi berdasarkan wilayah dan bentuk produk (pelat, koil, flens lebar).
- Tip pengadaan: Tentukan kelas yang tepat, bentuk produk, dan persyaratan tambahan apa pun (suhu pengujian impak, kondisi permukaan, pelapisan) untuk menghindari kejutan harga dan waktu tunggu.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Perbandingan cepat
| Atribut | A36 | A572 (misalnya, Kelas 50) |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Luar biasa, langsung | Sangat baik ketika mengikuti prosedur pengelasan yang terkontrol |
| Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang; ketangguhan yang memadai untuk banyak penggunaan | Kekuatan hasil yang lebih tinggi dan sering kali ketangguhan yang lebih baik per berat karena pemrosesan HSLA |
| Biaya | Biaya lebih rendah per ton | Biaya lebih tinggi per ton; dapat menghemat biaya dengan mengurangi ukuran bagian |
Kesimpulan: - Pilih A36 jika: - Aplikasi struktural adalah rutin dan tidak memerlukan kekuatan hasil yang tinggi. - Kemudahan fabrikasi, ketersediaan yang luas, dan biaya material terendah adalah prioritas. - Kesederhanaan pengelasan dan pembentukan penting dan tidak ada ketangguhan khusus yang diperlukan.
- Pilih A572 jika:
- Kekuatan hasil yang lebih tinggi diperlukan (misalnya, Kelas 50 menawarkan keuntungan desain yang jelas).
- Anda menginginkan potensi pengurangan berat atau ukuran bagian sambil mempertahankan ketangguhan yang baik.
- Proyek dapat mengakomodasi kontrol pengelasan dan fabrikasi yang sedikit lebih ketat dan mentolerir biaya unit material yang lebih tinggi untuk manfaat siklus hidup atau kinerja.
Catatan akhir: Selalu tentukan kelas ASTM yang tepat, bentuk produk, ketebalan, dan persyaratan tambahan apa pun (suhu pengujian impak, pelapisan, atau prosedur pengelasan) dan minta laporan uji pabrik (MTR) dengan pengiriman material. Untuk desain kritis, lakukan kualifikasi prosedur pengelasan dan konsultasikan lembar data pemasok baja/pabrik untuk menyelaraskan kimia dan sifat mekanis dengan penggunaan yang dimaksudkan.