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

Pendahuluan

ASTM A516 Kelas 60 dan Kelas 70 adalah dua jenis baja karbon untuk bejana tekan yang paling umum ditentukan di seluruh dunia. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering memilih antara keduanya saat merancang boiler, penukar panas, tangki penyimpanan, dan peralatan pengikat tekanan lainnya. Pertimbangan perdagangan yang biasanya mempengaruhi pemilihan termasuk kekuatan yang dibutuhkan vs. kemudahan fabrikasi, biaya vs. kinerja, dan kemampuan pengelasan vs. ketangguhan yang bergantung pada ketebalan.

Perbedaan rekayasa utama antara kedua kelas adalah bahwa Kelas 70 ditentukan untuk memberikan kekuatan minimum yang lebih tinggi daripada Kelas 60 sambil mempertahankan sifat duktilitas dan dampak yang sebanding ketika diproduksi dan diperlakukan panas sesuai spesifikasi yang berlaku. Karena kedua kelas dicakup oleh spesifikasi ASTM/ASME yang sama (A516/A516M), mereka biasanya dibandingkan dalam desain dan pengadaan sebagai opsi yang dapat dipertukarkan ketika kekuatan struktural atau ketangguhan yang bergantung pada ketebalan harus seimbang dengan fabrikasi dan biaya.

1. Standar dan Penunjukan

• Spesifikasi utama: ASTM A516 / ASME SA‑516 (Pelat Bejana Tekan, Baja Karbon, untuk Layanan Suhu Sedang dan Rendah). Kelas dalam spesifikasi ini termasuk 55, 60, 65, dan 70; Kelas 60 dan 70 adalah yang paling umum digunakan.
• Ekivalen internasional dan standar terkait:
• EN: Tidak ada standar EU satu-satu yang tepat, tetapi baja bejana tekan yang sebanding termasuk seri EN 10028 (misalnya, P235GH, P265GH) dan varian EN 10025 untuk baja struktural tergantung pada aplikasi.
• JIS/GB: Kode bejana tekan dan boiler lokal menentukan kelas yang sebanding; perancang harus memetakan persyaratan mekanis dan ketangguhan daripada mengasumsikan kesetaraan langsung.
• Klasifikasi material: Baik A516 Gr60 maupun Gr70 adalah baja karbon biasa/baja karbon ringan dengan paduan yang terkontrol dan dianggap sebagai baja karbon (bukan stainless, bukan baja alat, dan bukan baja paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA) dalam arti yang paling ketat, meskipun beberapa mikro paduan mungkin ada).

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Spesifikasi A516 berfokus pada memastikan sifat tarik dan dampak yang memadai melalui batasan karbon, mangan, dan kotoran yang terkontrol daripada dengan paduan yang luas. Batasan komposisi spesifik ditetapkan oleh ASTM A516/A516M; produsen sering menyediakan sertifikat pabrik yang terperinci.

Tabel: Elemen komposisi tipikal — kehadiran kualitatif | Elemen | Kehadiran dan peran tipikal (A516 Gr60 / Gr70) | |---|---| | C (Karbon) | Rendah hingga sedang. Kelas 70 biasanya ditentukan untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi dan oleh karena itu mungkin memiliki sedikit lebih banyak karbon atau mikro paduan daripada Kelas 60. Karbon mengontrol kekuatan dasar dan kekerasan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan pada tingkat tinggi. | | Mn (Mangan) | Sedang. Mn meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan serta membantu deoksidasi; dikontrol untuk menyeimbangkan ketangguhan dan kemampuan pengelasan. | | Si (Silikon) | Rendah. Digunakan sebagai deoksidizer; biasanya dibatasi. | | P (Fosfor) | Jejak (batas maksimum). Dijaga rendah untuk menghindari kerapuhan. | | S (Belerang) | Jejak (batas maksimum). Dijaga rendah; mungkin sengaja diminimalkan untuk ketangguhan dan kualitas pengelasan. | | Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti | Biasanya sangat rendah atau tidak ada dalam kimia A516 standar. Beberapa pabrik mungkin menambahkan mikro paduan yang terkontrol (misalnya, V, Nb, Ti) dalam jumlah kecil untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan tanpa peningkatan karbon yang besar—terutama pada varian Kelas 70. | | B (Boron) | Tidak umum dalam A516; ketika ada dalam jumlah jejak, mempengaruhi kemampuan pengerasan. | | N (Nitrogen) | Jejak. Dikelola untuk sifat yang terkontrol dan pemurnian butir dalam beberapa proses. |

Catatan: Batasan numerik yang tepat dan maksimum untuk C, Mn, P, S, dan elemen lainnya disediakan dalam ASTM A516/A516M dan sertifikat pabrik. Tabel di atas menggambarkan strategi paduan: karbon yang moderat dan Mn yang terkontrol untuk kekuatan, batasan kotoran yang ketat untuk ketangguhan, dan paduan tambahan yang minimal sehingga kemampuan pengelasan tetap menguntungkan.

Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Kekuatan: Karbon dan mangan adalah kontributor utama untuk kekuatan tarik dan kekuatan luluh. Mikro paduan (Nb, V, Ti) dapat meningkatkan kekuatan melalui pemurnian butir dan penguatan presipitasi dengan penalti karbon yang lebih sedikit. - Ketahanan korosi: Tidak ada kelas yang stainless; paduan di sini tidak memberikan ketahanan korosi yang berarti — perlindungan permukaan diperlukan. - Kemampuan pengerasan: Mn dan karbon meningkatkan kemampuan pengerasan; sedikit peningkatan dalam elemen-elemen ini di Kelas 70 membuatnya sedikit lebih rentan terhadap pengerasan di HAZ di bawah pendinginan cepat.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal untuk baja A516 adalah ferit + perlit (atau bainit tergantung pada komposisi dan sejarah penggulungan/panas). Karena baja A516 dimaksudkan untuk layanan tekanan suhu sedang, mereka biasanya disuplai dalam kondisi dinormalisasi atau digulung untuk memastikan mikrostruktur yang seragam dan ketangguhan yang memadai.

• Perbandingan kelas:
• Gr60: Mikrostruktur umumnya ferit dengan perlit yang terdispersi; penggulungan yang terkontrol dan normalisasi menghasilkan matriks feritik-perlit yang halus yang dioptimalkan untuk ketangguhan.
• Gr70: Mikrostruktur dasar yang serupa tetapi mungkin mengandung fraksi perlit yang sedikit lebih tinggi atau presipitat yang lebih halus jika dipaduan mikro; ini menghasilkan kekuatan luluh dan tarik yang lebih tinggi tanpa kompromi signifikan dalam duktilitas jika diproses dengan benar.
• Respons perlakuan panas:
• Normalisasi/pemurnian: Normalisasi setelah penggulungan panas menghasilkan struktur butir halus yang seragam di kedua kelas, meningkatkan ketangguhan.
• Quenching & tempering: Tidak umum untuk produk akhir A516 yang digunakan dalam bejana tekan; akan mengubah mikrostruktur menjadi martensit/martensit yang dipanaskan dan menghasilkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi tetapi bukan jalur standar untuk baja tekanan A516.
• Penggulungan termo-mekanis (penggulungan terkontrol): Digunakan oleh beberapa pabrik untuk mencapai kekuatan dan ketangguhan yang lebih tinggi melalui pemurnian butir dan kontrol presipitasi; menguntungkan untuk Kelas 70 untuk mencapai target kekuatan yang lebih tinggi tanpa merusak ketangguhan.

4. Sifat Mekanis

Alih-alih memberikan nilai numerik spesifik (yang ditetapkan oleh standar yang berlaku dan tergantung pada ketebalan, arah pengujian, dan perlakuan panas), tabel berikut merangkum perilaku mekanis relatif yang paling relevan untuk desain dan pengadaan.

Tabel: Kecenderungan sifat mekanis komparatif | Sifat | A516 Kelas 60 | A516 Kelas 70 | Catatan | |---|---:|---:|---| | Kekuatan luluh (relatif) | Lebih rendah | Lebih tinggi | Kelas 70 ditentukan untuk memberikan kekuatan luluh minimum yang lebih tinggi daripada Kelas 60. | | Kekuatan tarik (relatif) | Lebih rendah | Lebih tinggi | Kelas 70 biasanya memiliki kekuatan tarik minimum yang lebih tinggi. | | Perpanjangan / duktilitas | Sebanding | Sebanding | Ketika disuplai sesuai spesifikasi dan untuk ketebalan yang sebanding, persyaratan perpanjangan serupa. | | Ketangguhan dampak (relatif) | Mirip | Mirip | Persyaratan energi dampak Charpy ditetapkan oleh spesifikasi dan kondisi manufaktur; kedua kelas dapat mencapai ketangguhan yang sebanding jika diproduksi dengan benar. | | Kekerasan | Sebanding (Kelas 70 mungkin sedikit lebih tinggi) | Sedikit lebih tinggi | Kelas 70 dapat sedikit lebih keras karena kekuatan yang lebih tinggi; kekerasan tetap moderat dibandingkan dengan baja yang dikuenching. |

Penjelasan: Perbedaan desain adalah kekuatan: Kelas 70 dimaksudkan untuk stres desain yang lebih tinggi. Persyaratan ketangguhan dan duktilitas dalam ASTM A516 memastikan bahwa kedua kelas memenuhi nilai energi dampak minimum untuk suhu layanan yang ditentukan, sehingga ketangguhan tidak selalu dikompromikan dengan memilih Kelas 70 ketika pelat diproduksi sesuai spesifikasi.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan untuk baja A516 umumnya baik karena karbon yang relatif rendah dan tingkat elemen paduan lainnya yang terkontrol. Namun, seiring dengan meningkatnya kekuatan (dan secara implisit setara karbon), batasan kemampuan pengelasan semakin ketat.

Prediktor setara karbon dan kemampuan pengelasan yang berguna: - Setara karbon International Institute of Welding: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (untuk memprediksi kebutuhan pemanasan awal dalam paduan kompleks): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Baik A516 Gr60 maupun Gr70 memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang relatif rendah dibandingkan dengan baja paduan kekuatan tinggi, yang berarti proses pengelasan busur umum (SMAW, GMAW, SAW) dapat diterapkan dengan mudah. - Kelas 70 mungkin memiliki $CE_{IIW}$ yang sedikit lebih tinggi karena tingkat karbon/mn atau mikro paduan yang lebih tinggi; oleh karena itu, untuk bagian tebal atau saat menggunakan prosedur input panas tinggi, pemanasan awal yang moderat dan suhu antar proses yang terkontrol lebih sering direkomendasikan untuk Gr70 untuk menghindari pengerasan HAZ dan kerentanan retak dingin. - Penggunaan bahan habis pakai rendah hidrogen, perlakuan panas pasca pengelasan (ketika ditentukan), dan kepatuhan pada praktik WPS/kualifikasi umum untuk kedua kelas pada peralatan tekanan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik A516 Gr60 maupun Gr70 bukan stainless; mereka akan berkarat jika terpapar atmosfer atau cairan korosif. Strategi perlindungan korosi termasuk pelapisan (epoksi, poliuretan), sistem pengecatan, perlindungan katodik, dan galvanisasi celup panas (tergantung pada ketebalan dan persiapan permukaan).
• PREN (angka setara ketahanan pitting) berlaku untuk paduan stainless dan tidak relevan untuk baja karbon A516. Sebagai ilustrasi saja: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini tidak berlaku untuk kelas A516 karena Cr, Mo, dan N hadir dalam tingkat jejak atau nol dan tidak memberikan ketahanan korosi lokal.
• Rasional pemilihan: Pilih perlindungan permukaan berdasarkan lingkungan operasi (atmosfer, air laut, paparan kimia) daripada kelas — kedua kelas memerlukan langkah-langkah pengendalian korosi yang serupa.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas

• Pemotongan: Pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, dan pemotongan api umum digunakan; kekuatan Kelas 70 yang sedikit lebih tinggi dapat memerlukan daya yang sedikit lebih banyak tetapi tidak mengubah pemilihan proses.
• Kemampuan mesin: Kedua kelas diproses dengan cara yang serupa; kekuatan dan kekerasan Kelas 70 yang sedikit lebih tinggi dapat meningkatkan keausan alat secara marginal.
• Pembentukan dan pembengkokan: Kelas 60 sedikit lebih mudah dibentuk karena kekuatan luluh yang lebih rendah; Kelas 70 memerlukan gaya pembentukan yang lebih tinggi dan pertimbangan jari-jari bengkok yang lebih ketat. Untuk operasi pembentukan dingin pada jari-jari yang ketat, Kelas 60 sering dipilih ketika kekuatan bukanlah batasan utama.
• Penyelesaian: Persiapan permukaan, penggilingan, dan pengkondisian tepi mengikuti praktik standar; ketika perlakuan panas pasca pengelasan diperlukan untuk layanan tekanan, harus ada pengaturan dalam urutan fabrikasi.

8. Aplikasi Tipikal

Tabel: Penggunaan umum untuk setiap kelas | A516 Kelas 60 | A516 Kelas 70 | |---|---| | Boiler dan bejana tekanan rendah hingga sedang di mana biaya dan formabilitas penting | Boiler tekanan lebih tinggi, tangki penyimpanan, dan bejana tekanan di mana stres yang diizinkan lebih tinggi diperlukan | | Penukar panas dan komponen yang diproduksi yang memerlukan pembentukan atau pembengkokan yang lebih mudah | Bejana dan pipa yang dikenakan stres lebih tinggi atau margin keselamatan yang lebih tipis di mana kekuatan yang lebih tinggi menguntungkan | | Aplikasi struktural di mana ketangguhan pada suhu sedang diperlukan tetapi kekuatan maksimum tidak kritis | Retrofit atau perbaikan di mana pencocokan material kekuatan lebih tinggi yang asli diperlukan |

Rasional pemilihan: - Pilih Kelas 60 ketika kompleksitas fabrikasi, pembengkokan/pembentukan, atau biaya yang sedikit lebih rendah menjadi prioritas dan stres desain mengizinkan kekuatan luluh yang lebih rendah. - Pilih Kelas 70 ketika desain memerlukan stres yang diizinkan lebih tinggi, bagian yang lebih tipis untuk kekuatan yang sama, atau ketika kode atau pelanggan menentukan Kelas 70 untuk layanan tersebut.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Kelas 60 biasanya sedikit lebih murah daripada Kelas 70 berdasarkan per ton karena pemrosesan yang lebih rendah untuk mencapai target kekuatan; namun, perbedaan biaya sering kali moderat dan tergantung pada kondisi pasar dan logistik rantai pasokan.
• Ketersediaan: Kedua kelas tersedia secara luas di pabrik pelat dan distributor dalam ukuran dan ketebalan pelat yang umum untuk pembuatan bejana tekan. Ketersediaan berdasarkan ketebalan, penyelesaian permukaan, dan lebar pelat bervariasi menurut pabrik lokal; Kelas 70 mungkin lebih umum tersedia untuk aplikasi tekanan tinggi di beberapa daerah.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: Perbandingan cepat | Metrik | A516 Kelas 60 | A516 Kelas 70 | |---|---:|---:| | Kemampuan pengelasan | Sangat baik | Sangat baik (sedikit lebih perhatian untuk bagian tebal) | | Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan moderat dengan ketangguhan yang baik | Kekuatan lebih tinggi sambil mempertahankan ketangguhan saat diproduksi sesuai spesifikasi | | Biaya | Lebih rendah (sering) | Lebih tinggi (sering) |

Rekomendasi penutup: - Pilih A516 Kelas 60 jika Anda memerlukan pembentukan/pembengkokan yang lebih mudah, biaya material yang sedikit lebih rendah, atau stres yang diizinkan desain dipenuhi oleh kekuatan luluh yang lebih rendah. Ini sangat cocok untuk bejana tekanan sedang, komponen yang memerlukan fabrikasi signifikan, dan proyek di mana kecepatan fabrikasi dan kemampuan bengkok menjadi prioritas. - Pilih A516 Kelas 70 jika desain Anda memerlukan kekuatan luluh dan tarik minimum yang lebih tinggi (memungkinkan bagian yang lebih tipis atau tekanan kerja yang lebih tinggi) sambil tetap memenuhi kriteria ketangguhan dalam spesifikasi. Kelas 70 lebih disukai untuk bejana tekanan dengan stres lebih tinggi, pelat yang lebih tebal di mana margin kekuatan sangat penting, atau ketika kode atau persyaratan klien meminta kelas yang lebih tinggi.

Catatan akhir: Selalu konfirmasi batasan kimia yang tepat, minimum mekanis, dan persyaratan ketangguhan dari edisi terkini ASTM A516/A516M dan dari sertifikasi material pabrik. Untuk peralatan tekanan yang dilas, ikuti kode desain yang berlaku (ASME Bagian VIII atau peraturan lokal), prosedur WPS yang memenuhi syarat, dan praktik perlakuan panas pra-pengelasan/pasca-pengelasan yang ditentukan oleh $CE_{IIW}$ / $P_{cm}$ yang dihitung dan oleh ketebalan serta suhu layanan.