A653 SS-Gr33 vs Gr37 – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
ASTM A653 mencakup lembaran baja karbon dan baja paduan rendah kekuatan tinggi yang dilapisi seng (galvanis). Dalam penunjukan pabrik, Anda akan menemukan kelas yang diberi label berdasarkan kekuatan tarik minimum—contoh yang umum ditemui adalah penunjukan struktural Gr33 dan Gr37. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur harus memutuskan antara tingkat kekuatan yang sedikit berbeda sambil menyeimbangkan kemampuan pengelasan, perilaku pembentukan, perlindungan terhadap korosi, dan biaya.
Perbedaan teknis utama antara kedua kelas adalah tingkat kekuatan minimum yang dijamin: penunjukan Gr37 sesuai dengan kelas kekuatan struktural yang lebih tinggi dibandingkan Gr33. Karena keduanya sangat mirip dalam hal kimia dan tujuan pemrosesan (baja karbon rendah yang digulung dingin yang dimaksudkan untuk pelapisan), pilihan biasanya bergantung pada kapasitas beban yang dibutuhkan dibandingkan dengan kemudahan fabrikasi dan biaya.
1. Standar dan Penunjukan
- ASTM/ASME: ASTM A653 / A653M — Spesifikasi Standar untuk Lembaran Baja, Dilapisi Seng (Galvanis) atau Dilapisi Paduan Seng-Besi (Galvannealed) dengan Proses Celup Panas. Penunjukan kelas seperti SS-Gr33 dan SS-Gr37 mencerminkan kekuatan tarik minimum (dalam ksi) untuk penggunaan struktural.
- EN: Jenis produk yang kira-kira setara dicakup oleh EN 10346 (produk datar baja yang dilapisi seng secara terus-menerus) dan EN 10142/EN 10147 untuk produk yang dilapisi khusus, tetapi nama kelas satu-ke-satu berbeda.
- JIS/GB: Standar Jepang dan Cina memiliki keluarga produk setara mereka sendiri (misalnya, JIS G3302 untuk lembaran baja galvanis celup panas; GB/T 2518/2518M untuk setara pelat baja), tetapi konvensi penamaan berbeda—bandingkan berdasarkan persyaratan mekanis daripada nama kelas yang tepat.
- Klasifikasi: Baik SS-Gr33 maupun SS-Gr37 adalah baja struktural karbon rendah yang dimaksudkan untuk produk lembaran yang dilapisi. Mereka bukan baja tahan karat atau baja alat; mereka adalah baja karbon/paduan rendah yang digunakan terutama sebagai lembaran yang dilapisi.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Keluarga produk ini didasarkan pada baja karbon rendah, karbon-mangan yang dioptimalkan untuk kemampuan pembentukan, pelapisan, dan kekuatan yang dapat diterima. Batas komposisi yang tepat ditentukan oleh standar produksi dan sertifikasi pabrik, tetapi kategori elemen yang biasanya perlu dipertimbangkan ditunjukkan di bawah ini.
| Elemen | Peran / relevansi tipikal |
|---|---|
| C (karbon) | Mengontrol kekuatan dasar dan kemampuan pengerasan. Dijaga rendah untuk mempertahankan kemampuan pembentukan dan pengelasan. |
| Mn (mangan) | Meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan secara moderat; digunakan untuk mencapai target kekuatan tanpa C yang berlebihan. |
| Si (silikon) | Deoksidator; tingkat kecil dapat mempengaruhi adhesi pelapisan dan respons temper. |
| P (fosfor) | Umumnya dibatasi; dapat meningkatkan kekuatan tetapi merusak ketangguhan dan ketahanan terhadap korosi. |
| S (sulfur) | Dijaga rendah untuk ketangguhan dan kemampuan pembentukan; S tinggi meningkatkan kemampuan mesin tetapi merusak kinerja. |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | Umumnya tidak ada atau hanya hadir dalam jumlah jejak/mikro paduan dalam kelas struktural standar A653. Paduan mikro (Nb, Ti, V) dapat digunakan dalam beberapa varian kekuatan lebih tinggi untuk meningkatkan kekuatan/tangguh melalui penguatan presipitasi. |
| N (nitrogen) | Dikendalikan; dapat berkontribusi pada kontrol kekuatan dan kemampuan pembentukan dalam baja mikro paduan. |
Catatan: Untuk kelas lembaran struktural yang galvanis, karbon sengaja dijaga rendah untuk memaksimalkan kemampuan pembentukan dan kinerja galvanisasi. Produsen menyediakan rentang komposisi yang terverifikasi; konsultasikan laporan uji pabrik untuk nilai yang tepat. Setiap tambahan mikro paduan yang digunakan untuk mencapai Gr37 harus diungkapkan oleh pabrik dan akan mempengaruhi kemampuan pengerasan dan kekuatan.
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Meningkatkan Mn, menambahkan paduan mikro (Nb, V, Ti) atau meningkatkan C meningkatkan kekuatan tarik dan kekuatan tetapi dapat mengurangi ketangguhan dan meningkatkan ekivalen karbon. - C rendah dan Si/P/S yang terkontrol mempertahankan kemampuan pembentukan dingin dan mempromosikan adhesi galvanisasi dan pelapisan yang konsisten.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal untuk kedua kelas, setelah penggulungan dingin konvensional dan siklus annealing yang digunakan untuk lembaran yang dilapisi, adalah: - Matriks yang didominasi ferrit dengan kemungkinan pulau pearlit halus jika karbon mendekati batas atas. - Dalam varian mikro paduan, presipitat halus dari NbC, TiC, atau VC mungkin ada, memberikan penguatan presipitasi.
Respons pemrosesan: - Anneal kontinu + anneal batch: Menghasilkan mikrostruktur ferritik sepenuhnya atau ferrit + pearlit sangat halus dengan ketangguhan yang baik dan kondisi permukaan untuk galvanisasi. - Normalisasi dan pendinginan & tempering: Tidak umum untuk lembaran yang dilapisi dalam keluarga A653; ini diterapkan pada pelat dan batang untuk produk kekuatan lebih tinggi, bukan untuk lembaran galvanis standar. - Pemrosesan termo-mekanis (TMCP): Jika Gr37 dicapai sebagian melalui TMCP, mikrostruktur akan menunjukkan ferrit yang halus dan presipitat yang terdispersi, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan relatif terhadap produk yang digulung dingin/di-anneal sederhana pada tingkat karbon yang serupa.
Implikasi praktis: Kedua kelas dirancang untuk diproduksi melalui rute penggulungan dingin dan annealing konvensional; Gr37 mungkin menggunakan regangan yang lebih tinggi, TMCP, atau paduan mikro untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi tanpa mengorbankan ketangguhan.
4. Sifat Mekanis
Di bawah ini adalah ringkasan perbandingan yang berfokus pada hasil mekanis tipikal yang akan Anda lihat saat memilih Gr33 vs Gr37. Nilai kontrak yang tepat harus diambil dari laporan uji terverifikasi pemasok.
| Sifat | SS-Gr33 (tipikal) | SS-Gr37 (tipikal) | Komentar |
|---|---|---|---|
| Kekuatan tarik minimum | ~33 ksi (≈228 MPa) | ~37 ksi (≈255 MPa) | Gr37 memberikan jaminan kekuatan tarik yang lebih tinggi untuk desain struktural. |
| Kekuatan tarik (rentang tipikal) | Tumpang tindih: kekuatan tarik moderat (misalnya, 45–60 ksi tipikal tergantung pada ketebalan/proses) | Tumpang tindih: batas atas yang serupa atau sedikit lebih tinggi | Kekuatan tarik bervariasi dengan kerja dingin, temper, dan ketebalan. |
| Peregangan (%), ketangguhan | Ketangguhan lebih tinggi pada ketebalan yang sebanding | Peregangan sedikit lebih rendah karena kekuatan yang lebih tinggi | Kekuatan tarik yang lebih rendah biasanya menghasilkan kinerja peregangan/form yang lebih baik. |
| Kekerasan | Lebih rendah | Sedikit lebih tinggi | Berhubungan dengan tren kekuatan/tarik. |
Interpretasi: Gr37 adalah kelas yang lebih kuat, menawarkan kapasitas beban yang lebih tinggi per unit area. Gr33 biasanya akan menawarkan kemampuan pembentukan dan penyerapan energi (ketangguhan) yang lebih baik dalam proses deformasi berat.
5. Kemampuan Pengelasan
Kedua kelas umumnya sangat dapat dilas karena mereka adalah baja karbon rendah yang dilapisi yang dirancang untuk fabrikasi umum. Faktor kunci: - Konten karbon nominal yang rendah dan kemampuan pengerasan yang rendah berarti risiko retak dingin yang berkurang dan pengelasan fusi yang sederhana dengan bahan habis pakai standar. - Jika Gr37 diproduksi menggunakan paduan mikro atau Mn yang lebih tinggi untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi, ekivalen karbon akan lebih tinggi dan praktik pengelasan mungkin perlu disesuaikan (pemanasan awal, kontrol antar proses) di bagian tebal.
Indikator ekivalen karbon yang berguna (untuk penilaian kualitatif): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ dan parameter yang lebih inklusif: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Panduan interpretasi: - Baik SS-Gr33 maupun SS-Gr37 biasanya memiliki nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang rendah karena C dan paduan rendah—menghasilkan kinerja pengelasan busur yang baik. - Jika uji pabrik pemasok menunjukkan Mn yang tinggi atau paduan mikro untuk Gr37, harapkan angka CE yang sedikit lebih tinggi dan rencanakan parameter pengelasan sesuai (pemanasan awal yang mungkin rendah untuk bagian tebal, kontrol input panas). - Pelapisan galvanis memerlukan perhatian: penguapan seng dapat menyebabkan porositas dan memerlukan teknik pengelasan yang tepat, ekstraksi asap, dan perlindungan pribadi.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
Kelas-kelas ini diproduksi khusus untuk menerima pelapisan logam pelindung (galvanis celup panas atau galvannealed). Mereka bukan baja tahan karat; ketahanan korosi disediakan oleh sistem pelapisan daripada kandungan paduan.
- Perlindungan tipikal: galvanisasi celup panas (Z), galvannealed (ZA), atau pelapisan cat/pelapisan gulungan pasca-pelapisan. Pemilihan pelapisan tergantung pada lingkungan dan umur yang dibutuhkan.
- PREN (angka ekivalen ketahanan pitting) relevan untuk paduan tahan karat dan tidak berlaku untuk baja karbon galvanis A653: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini tidak berlaku untuk baja karbon yang dilapisi seng.
Catatan praktis: - Pilih massa galvanisasi dan/atau pelapisan dupleks (seng + cat) untuk perlindungan korosi jangka panjang di lingkungan yang agresif. - Untuk operasi pembentukan, pertimbangkan perbaikan pasca-pembentukan atau penggunaan pelapisan yang tahan terhadap pembentukan tanpa retak.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Pemotongan: Laser, plasma, atau pemotongan mekanis berperilaku serupa untuk kedua kelas; Gr37 akan membutuhkan gaya pemotongan yang sedikit lebih tinggi dalam pemotongan dingin karena kekuatan yang lebih tinggi.
- Pembengkokan/Pembentukan: Gr33 menunjukkan kemampuan pembentukan yang lebih baik dan pemulihan yang lebih rendah; Gr37 memiliki pemulihan yang lebih tinggi dan memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau gaya yang lebih tinggi untuk deformasi yang sama.
- Kemampuan mesin: Keduanya tidak dioptimalkan untuk pemesinan (relatif terhadap baja pemotongan bebas). Kekuatan yang lebih tinggi mungkin sedikit meningkatkan keausan alat; pertimbangan pemesinan serupa.
- Penyelesaian: Permukaan galvanis harus ditangani untuk menghindari kerusakan pelapisan; pembentukan dapat meretakkan pelapisan jika jari-jari bengkok terlalu kecil—lebih kritis untuk lembaran kekuatan lebih tinggi (Gr37).
8. Aplikasi Tipikal
| SS-Gr33 (penggunaan tipikal) | SS-Gr37 (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Panel envelope bangunan, atap, pelapis di mana kinerja pembentukan dan pengikat penting | Bagian penopang dalam aplikasi struktural ringan, stud, purlin di mana kekuatan yang lebih tinggi membantu mengurangi ukuran |
| Panel dalam otomotif, komponen otomotif non-struktural yang memerlukan penarikan dalam | Stamping struktural otomotif di mana margin kekuatan tambahan diperlukan tanpa ukuran yang lebih tebal |
| Saluran HVAC dan peralatan di mana adhesi pelapisan dan kemampuan pembentukan adalah yang utama | Profil yang dibentuk dingin, braket, dan komponen di mana kekakuan yang lebih tinggi per ketebalan diinginkan |
| Produk logam lembaran yang difabrikasi secara umum di mana biaya dan pembentukan diprioritaskan | Aplikasi di mana pengurangan ukuran atau berat bagian diperlukan dengan menggunakan material yang memiliki kekuatan lebih tinggi |
Rasional pemilihan: Gunakan Gr33 ketika pembentukan/penarikan yang signifikan atau penyerapan dampak diharapkan atau ketika memaksimalkan integritas pelapisan dalam operasi pembentukan yang parah. Gunakan Gr37 ketika desain memerlukan kekuatan tarik minimum yang lebih tinggi untuk memenuhi beban struktural atau untuk memungkinkan ukuran yang lebih tipis untuk kinerja yang sama.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Gr37 biasanya memerlukan premi yang moderat dibandingkan Gr33 karena pemrosesan yang lebih tinggi dan/atau paduan mikro yang diperlukan untuk memenuhi spesifikasi kekuatan yang lebih tinggi. Perbedaannya kecil relatif terhadap total biaya material tetapi dapat signifikan pada volume tinggi.
- Ketersediaan: Kedua kelas umum dalam bentuk gulungan dan lembaran; ketersediaan dalam pelapisan, lebar, dan ketebalan tertentu tergantung pada produksi pabrik dan inventaris distributor. Waktu tunggu untuk pelapisan khusus atau toleransi ketat mungkin lebih lama.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | SS-Gr33 | SS-Gr37 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Sangat baik (sangat baik) | Sangat baik hingga sangat baik (sedikit lebih hati-hati jika mikro paduan) |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kemampuan pembentukan dan ketangguhan yang baik | Kekuatan tarik yang lebih tinggi; ketangguhan sedikit berkurang |
| Biaya | Lebih rendah | Sedikit lebih tinggi |
Rekomendasi: - Pilih SS-Gr33 jika prioritas Anda adalah penarikan/pembentukan dalam, integritas pelapisan maksimum setelah pembentukan, elongasi/ketangguhan yang superior dalam bagian yang difabrikasi, atau biaya material yang lebih rendah. - Pilih SS-Gr37 jika desain Anda memerlukan kekuatan tarik minimum yang lebih tinggi untuk mengurangi ketebalan bagian atau memenuhi kriteria beban struktural, dan jika pengurangan moderat dalam kemampuan pembentukan dapat diterima.
Catatan akhir: Selalu minta sertifikat uji pabrik dan konfirmasi batas kimia dan mekanis untuk batch gulungan atau lembaran tertentu yang Anda maksudkan untuk dibeli. Variasi kecil dalam kandungan Mn atau keberadaan elemen paduan mikro dapat mengubah praktik pengelasan dan hasil pembentukan; tentukan jenis dan massa pelapisan untuk harapan umur korosi.