A516 Gr60 vs A516 Gr70 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

ASTM A516 adalah keluarga pelat baja karbon untuk bejana tekan yang banyak digunakan untuk boiler, bejana tekan, dan tangki penyimpanan. Pilihan rekayasa umum antara A516 Grade 60 dan Grade 70 adalah kompromi antara biaya material, kekuatan yang dibutuhkan, dan perilaku ketangguhan/keterlasan las yang diminta oleh lingkungan layanan. Insinyur, spesialis pengadaan, dan pembuat secara rutin mempertimbangkan faktor-faktor seperti ketebalan pelat, suhu operasi, persyaratan dampak, dan batasan pengelasan saat memilih antara kedua grade ini.

Perbedaan utama antara A516 Gr60 dan A516 Gr70 adalah keseimbangan kekuatan/ketangguhan mereka: Grade 70 adalah spesifikasi kekuatan lebih tinggi (sehingga sering dipilih di mana tegangan desain yang lebih tinggi atau ketebalan bagian yang lebih rendah diperlukan), sementara Grade 60 menawarkan kekuatan yang ditentukan lebih rendah dengan umumnya sedikit lebih baik dalam hal duktilitas dan biaya dalam praktik umum. Karena kedua grade berasal dari keluarga spesifikasi yang sama dan memiliki komposisi kimia dan opsi pemrosesan yang sangat mirip, mereka paling sering dibandingkan dalam konteks fabrikasi pelat yang mengandung tekanan dan dilas.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar utama: ASTM A516 / A516M — “Spesifikasi Standar untuk Pelat Bejana Tekan, Baja Karbon, untuk Layanan Suhu Sedang dan Rendah.”
• Kode terkait: ASME Bagian II dan VIII merujuk pada batasan tegangan material berdasarkan grade A516 dan suhu. Setara nasional atau regional mungkin ada untuk pasokan pelat, tetapi A516 adalah penunjukan industri utama di Amerika Utara.
• Standar lain: standar EN, JIS, atau GB mungkin menawarkan baja bejana tekan alternatif (misalnya, P265, S355, SS41), tetapi kesetaraan satu-ke-satu langsung memerlukan pencocokan properti yang hati-hati.
• Klasifikasi material: grade A516 adalah pelat bejana tekan baja karbon (bukan stainless, bukan alat, umumnya dianggap sebagai karbon biasa atau paduan rendah tergantung pada tambahan pabrik). Mereka bukan baja paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA) dalam arti modern yang sempit, meskipun pabrik dapat menggunakan mikro-paduan dan penggulungan terkontrol untuk memenuhi target mekanis.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Spesifikasi kimia untuk pelat A516 menekankan tingkat kotoran yang rendah dengan karbon dan mangan yang terkontrol sehingga ketangguhan, keterlasan las, dan kemampuan pengerasan yang dapat diprediksi tercapai. Spesifikasi A516 menetapkan batas yang diterapkan di seluruh grade; pabrik menggunakan perlakuan panas dan kontrol termo-mekanis untuk mencapai sifat mekanis grade.

Tabel: Batas komposisi tipikal untuk pelat ASTM A516 (maksimum representatif; verifikasi sertifikat pabrik spesifik)

Catatan: - Spesifikasi ini berkonsentrasi pada P dan S yang rendah dan pada karbon dan mangan yang terkontrol untuk menjaga keseimbangan kekuatan dan keterlasan las. Batas numerik yang tepat berbeda dengan teks ASTM lengkap dan sertifikat pabrik pemasok; selalu periksa sertifikat analisis untuk pengadaan dan kualifikasi prosedur pengelasan. - Strategi paduan: produsen mengandalkan terutama pada karbon dan mangan yang terkontrol ditambah penggulungan termo-mekanis (dan kadang-kadang mikro-paduan) untuk mencapai kekuatan spesifik grade sambil menjaga kemampuan pengerasan cukup rendah untuk mempertahankan keterlasan las dan ketangguhan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur tipikal: mikrostruktur pelat A516 yang digulung atau dinormalisasi sebagian besar adalah ferit dan perlit. Penggulungan dan pendinginan yang terkontrol dapat memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan tanpa paduan yang signifikan.
• Proses Gr60 vs Gr70: kedua grade diproduksi dari spektrum kimia baja yang sama; perbedaan dalam sifat mekanis yang ditentukan biasanya dicapai melalui kontrol suhu pemrosesan, penggulungan termo-mekanis, dan laju pendinginan yang terkontrol daripada perbedaan besar dalam kandungan paduan.
• Respons perlakuan panas:
• Normalisasi/pemurnian: normalisasi (di atas A3 kemudian pendinginan udara) memperhalus ukuran butir dan dapat meningkatkan ketangguhan. Ini adalah praktik umum ketika ketangguhan yang lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah diperlukan.
• Quench & temper: tidak umum untuk pelat bejana tekan A516 yang disampaikan; quench & temper menghasilkan mikrostruktur yang berbeda (martensit yang ditempa) dan digunakan untuk baja tekan kekuatan lebih tinggi di luar keluarga A516.
• Pengolahan termo-mekanis (penggulungan terkontrol): memungkinkan sifat Gr70 dalam bagian berat tanpa karbon berlebihan dengan memperhalus ukuran butir ferit dan menghasilkan distribusi perlit yang halus.
• Kemampuan pengerasan: relatif rendah dibandingkan dengan baja paduan; mikro-paduan dan kontrol CE menjaga kerentanan terhadap struktur HAZ las yang keras dan rapuh tetap terbatas.

4. Sifat Mekanis

Tabel: Karakteristik sifat mekanis komparatif (praktik tipikal; selalu konfirmasi dengan ASTM A516 dan laporan uji pabrik)

Penjelasan: - Grade 70 adalah yang lebih kuat dari kedua grade dan sering kali ditentukan ketika tegangan yang diizinkan lebih tinggi atau pelat yang lebih tipis diinginkan. Grade 60 dipilih di mana kekuatan konservatif tidak diperlukan dan biaya atau duktilitas diprioritaskan. - Ketangguhan (ketahanan terhadap patah rapuh) dipengaruhi oleh kimia, penggulungan, ketebalan, dan pemrosesan pasca (misalnya, normalisasi). Untuk layanan suhu rendah, pengujian dampak pada suhu yang ditentukan biasanya diperlukan terlepas dari grade.

5. Keterlasan Las

Keterlasan untuk pelat A516 umumnya baik menggunakan bahan habis pakai dan prosedur pengelasan bejana tekan yang umum, asalkan pemanasan awal, suhu antar, dan input panas dikontrol untuk ketebalan. Pertimbangan utama keterlasan las mencakup tingkat karbon, CE (setara karbon), dan keberadaan elemen mikro-paduan.

Ekspresi setara karbon yang berguna (interpretasikan secara kualitatif; jangan menggantikan untuk kualifikasi prosedur): - International Institute of Welding CE (contoh bentuk): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parameter yang lebih komprehensif untuk keterlasan: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi: - Setara karbon yang lebih rendah (CE) berkorelasi dengan keterlasan yang lebih mudah dan risiko zona terpengaruh panas (HAZ) yang keras dan rapuh yang lebih rendah, sehingga mengurangi kebutuhan pemanasan awal. - Grade A516 dirumuskan dan diproses untuk menjaga CE relatif rendah. Grade 70, yang memiliki kekuatan lebih tinggi, mungkin memiliki CE yang sedikit lebih tinggi dalam beberapa praktik pabrik, sehingga bagian yang lebih tebal atau kondisi pengelasan tertentu mungkin memerlukan kontrol pemanasan awal dan antar yang lebih konservatif. - Selalu kualifikasi prosedur pengelasan (WPS/PQR) untuk ketebalan pelat yang sebenarnya, grade, dan suhu layanan. Gunakan rekomendasi pemanasan awal dan perlakuan panas pasca-las dari kode (misalnya, ASME) dan panduan pemasok.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baja A516 adalah baja karbon non-stainless; ketahanan korosi adalah tipikal dari baja karbon yang tidak dipadu dan memerlukan sistem perlindungan untuk paparan atmosfer, percikan, atau terkubur.
• Strategi perlindungan umum: persiapan permukaan diikuti oleh primer dan lapisan atas, galvanisasi (di mana kompatibel dengan layanan dan fabrikasi), pelapisan penghambat korosi untuk permukaan internal, atau perlindungan katodik untuk struktur yang terkubur atau terendam.
• PREN (angka setara ketahanan pitting) relevan hanya untuk paduan stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PREN tidak berlaku untuk grade A516 karena mereka bukan baja stainless. Mitigasi korosi untuk A516 bergantung pada pelapisan, pelapisan, atau metalurgi alternatif (paduan stainless atau tahan korosi) di mana korosi parah diharapkan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Pemotongan: pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, atau laser adalah umum untuk pelat; parameter pemotongan termal dan toleransi harus mencerminkan ketebalan dan grade.
• Pembentukan/membengkok: kedua grade dapat dibentuk dingin dalam batas. Kekuatan lebih tinggi dari Gr70 mengurangi kelayakan membengkok atau meningkatkan radius bengkok yang diperlukan dibandingkan Gr60 untuk ketebalan tertentu.
• Kemudahan pemesinan: tipikal untuk baja karbon paduan rendah; kekuatan lebih tinggi (dan sedikit lebih tinggi kekerasan) di Gr70 mungkin sedikit mengurangi kemudahan pemesinan dibandingkan Gr60.
• Pengeboran, pengetapan, dan pembentukan ulir mengikuti praktik standar untuk baja karbon; pertimbangkan kekerasan dan ketangguhan saat menentukan perlakuan panas pasca-pemesinan atau penggilingan.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih grade untuk memenuhi tegangan yang diizinkan oleh kode, batas ketebalan pelat, dan persyaratan dampak suhu rendah yang ditentukan. Pendekatan fabrikasi, prosedur pengelasan, dan pertimbangan pelapisan/umur juga mempengaruhi pemilihan akhir.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: A516 Gr70 biasanya sedikit lebih mahal daripada Gr60 karena kontrol pemrosesan yang lebih ketat diperlukan untuk memenuhi persyaratan mekanis yang lebih tinggi dan kadang-kadang jaminan kualitas yang lebih menuntut. Premi bervariasi dengan pasar, pabrik, dan ketebalan pelat.
• Ketersediaan: Kedua grade adalah standar dan banyak tersedia di distributor pelat dalam ketebalan umum. Pelat yang sangat tebal atau kombinasi ketebalan/kimia yang eksotis mungkin memiliki waktu tunggu; ketersediaan tergantung pada kemampuan pabrik dan inventaris regional.
• Bentuk produk: pelat (standar), blanko potong sesuai ukuran, dan kadang-kadang versi dinormalisasi atau teruji tersedia. Pengujian dampak khusus pada suhu yang ditentukan mungkin menambah biaya dan waktu tunggu.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: Perbandingan cepat

Kesimpulan — panduan praktis: - Pilih A516 Gr60 jika: - Desain Anda memungkinkan kekuatan yang ditentukan lebih rendah dan Anda memprioritaskan penghematan biaya, sedikit peningkatan duktilitas, atau kemudahan pembentukan untuk ketebalan tertentu. - Prosedur pengelasan dan persyaratan dampak suhu rendah bersifat moderat dan Anda lebih memilih pelat yang paling ekonomis yang memenuhi kode. - Pilih A516 Gr70 jika: - Desain Anda memerlukan tegangan yang diizinkan lebih tinggi, ketebalan pelat yang lebih rendah untuk alasan berat/ruang, atau persyaratan kode tertentu yang meminta grade yang lebih tinggi. - Anda memerlukan nilai minimum tarik dan luluh yang lebih tinggi dan siap menerapkan kontrol pengelasan yang sesuai (pemanasan awal, antar, dan pengujian dampak jika diperlukan).

Catatan akhir: Grade A516 ditentukan dan diperoleh dalam kerangka kode dan kontrak; selalu verifikasi batas kimia dan mekanis yang tepat, persyaratan pengujian dampak, dan praktik manufaktur dengan standar ASTM A516/A516M, laporan uji pabrik, dan kode desain yang mengatur (ASME atau setara) sebelum pemilihan material akhir dan kualifikasi WPS.