AH36 vs AH40 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

AH36 dan AH40 adalah kelas baja struktural maritim yang umum digunakan untuk lambung kapal, struktur lepas pantai, dan aplikasi pelat berat. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin mengevaluasi kelas ini ketika menyeimbangkan kebutuhan untuk kekuatan struktural, ketahanan patah, kemampuan las, kemampuan manufaktur, dan biaya. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih pelat yang lebih berat dan lebih ulet untuk menahan patah rapuh di lingkungan dingin dibandingkan dengan pelat yang lebih kuat untuk mengurangi ketebalan dan berat bagian.

Perbedaan praktis mendasar antara AH36 dan AH40 terletak pada tingkat kekuatan desain mereka dan langkah-langkah metalurgi yang digunakan untuk mencapainya: AH40 diproduksi dengan kelas kekuatan minimum yang lebih tinggi dibandingkan AH36, yang mempengaruhi paduan yang diperlukan, pemrosesan termo-mekanis, dan trade-off ketangguhan/kekerasan yang dihasilkan. Perbedaan ini menjadikan kedua kelas ini sebagai pembanding alami ketika desainer harus memilih antara baja yang lebih tebal dan lebih ulet serta baja yang lebih tipis dan lebih kuat.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar umum dan aturan kelas:
• ABS (American Bureau of Shipping) — AH36, AH40 adalah kelas baja struktural lambung ABS.
• ASTM/ASME — ASTM A131 mengacu pada baja perkapalan dengan nama kelas yang serupa.
• JIS (Jepang) dan EN (Eropa) memiliki nomenklatur yang berbeda tetapi kelas HSLA/maritim yang sebanding.
• Setara GB (Cina) ada dalam spesifikasi perkapalan nasional.
• Klasifikasi metalurgi:
• Kedua AH36 dan AH40 adalah baja rendah paduan berbasis karbon-mangan tinggi yang dirancang untuk aplikasi struktural maritim (bukan stainless, bukan baja alat).
• Mereka dirancang untuk memberikan kombinasi yang seimbang antara kekuatan dan ketangguhan daripada kekerasan atau ketahanan aus.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Di bawah ini adalah perbandingan kualitatif dari praktik paduan yang umum daripada angka yang dijamin spesifik (batas kimia aktual bervariasi berdasarkan standar, pabrik, dan bentuk produk—konsultasikan sertifikat pabrik untuk keputusan pembelian).

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi karbon yang tinggi mengurangi kemampuan las dan ketangguhan. Kedua kelas mengelola karbon untuk menyeimbangkan sifat. - Elemen mikro paduan (Nb, V, Ti) digunakan dalam jumlah kecil untuk memperhalus ukuran butir, memungkinkan kekuatan lebih tinggi melalui penguatan presipitasi, dan mempertahankan ketangguhan tanpa memerlukan peningkatan karbon yang besar. - Silikon terutama berfungsi sebagai deoksidator dan memiliki efek penguatan yang kecil. - Paduan untuk ketahanan korosi (Cr, Ni, Mo) minimal atau tidak ada dalam baja struktural maritim non-stainless ini; perlindungan korosi dicapai melalui pelapisan dan langkah-langkah katodik.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Rute produksi yang khas:
• Kedua AH36 dan AH40 paling umum diproduksi melalui penggulungan dan pendinginan yang terkontrol (pemrosesan kontrol termo-mekanis, TMCP). Mereka biasanya disuplai dalam kondisi yang digulung atau dinormalisasi daripada dikuenching dan dipanaskan.
• Mikrostruktur:
• AH36: Mikrostruktur ferrit-perlit atau ferrit-bainit halus dengan ukuran butir yang terkontrol karena TMCP dan mikro paduan. Matriks menekankan ketangguhan dan ketangguhan suhu rendah yang baik.
• AH40: Keluarga mikrostruktur yang serupa tetapi biasanya memiliki fraksi yang lebih tinggi dari konstituen bainitik yang lebih halus dan/atau penguatan presipitasi yang lebih kuat dari mikro paduan. Ini menghasilkan tingkat kekuatan yang lebih tinggi sambil bertujuan untuk mempertahankan ketangguhan yang dapat diterima.
• Sensitivitas perlakuan panas:
• Normalisasi (pemanasan di atas kritis dan pendinginan udara) dapat meningkatkan ketangguhan dan memperhalus butir untuk kedua kelas tetapi tidak selalu diterapkan untuk pelat besar karena biaya.
• Quenching dan tempering jarang dilakukan untuk kelas perkapalan ini karena meningkatkan biaya dan dapat mengurangi kemampuan las; ketika digunakan, itu akan secara signifikan meningkatkan kekuatan tetapi memerlukan kontrol proses yang ketat.
• Pemrosesan penggulungan termo-mekanis dan pendinginan yang dipercepat adalah cara yang lebih disukai untuk meningkatkan kekuatan sambil menjaga ketangguhan yang baik.

4. Sifat Mekanik

Tabel berikut memberikan perbandingan kualitatif; nilai yang dijamin tergantung pada ketebalan dan standar dan harus diambil dari spesifikasi yang berlaku atau sertifikat uji pabrik.

Penjelasan: - AH40 mencapai kekuatan yang lebih tinggi melalui paduan yang sedikit lebih tinggi dan/atau kontrol TMCP yang lebih ketat; ini biasanya mengurangi ketangguhan dan dapat mengubah perilaku ketangguhan impak jika tidak diproses dengan hati-hati. - Desainer memilih AH36 ketika kapasitas deformasi yang lebih tinggi dan penyerapan energi (misalnya, untuk skenario tabrakan atau layanan suhu rendah) menjadi prioritas. - AH40 dipilih ketika pengurangan bagian dan penghematan berat menjadi prioritas, dengan syarat persyaratan ketangguhan dan kemampuan las terpenuhi.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las untuk kelas ini bergantung pada kandungan karbon, kemampuan pengerasan yang efektif, dan kandungan mikro paduan. Dua indeks konten gabungan yang umum digunakan untuk kemampuan las ditunjukkan di bawah ini:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi (kualitatif): - Nilai yang lebih rendah dari $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ menunjukkan kemampuan las yang lebih mudah dan kerentanan yang lebih rendah terhadap retak dingin yang dibantu hidrogen. AH36 biasanya memiliki indeks kemampuan pengerasan yang lebih rendah dibandingkan AH40 karena kimia dan pemrosesan AH40 mendorong kekuatan yang lebih tinggi. - Elemen mikro paduan (Nb, V) dan sedikit lebih tinggi Mn dapat meningkatkan kemampuan pengerasan dan risiko daerah martensitik di zona yang terpengaruh panas (HAZ) di bawah laju pendinginan yang tinggi; akibatnya, pemanasan awal dan suhu antar proses yang terkontrol lebih sering diperlukan untuk AH40 di bagian tebal. - Kedua kelas dapat dilas dengan proses konvensional (SMAW, GMAW, SAW), tetapi spesifikasi prosedur pengelasan harus memperhitungkan ketebalan pelat, desain sambungan, dan kemampuan pengerasan yang efektif dari kelas tersebut. Perlakuan panas pasca-las jarang digunakan untuk pelat perkapalan; sebaliknya, pemanasan awal dan bahan habis pakai yang terkontrol digunakan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kelas AH ini adalah baja karbon/paduan non-stainless; ketahanan korosi intrinsik minimal. Perlindungan korosi bergantung pada pelapisan, perlindungan katodik, dan detail desain yang menghindari celah atau air yang stagnan.
• Metode perlindungan yang umum: galvanisasi celup panas (di mana sesuai untuk bagian atau komponen yang lebih tipis), pelapisan industri (epoksi, poliuretan), dan anoda korosi untuk struktur yang terendam.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) tidak berlaku untuk baja non-stainless ini; sebagai referensi, PREN dihitung sebagai: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ tetapi tidak akan berarti untuk AH36/AH40 karena kandungan Cr dan Mo dapat diabaikan.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas

• Formabilitas dan pembengkokan:
• AH36, yang lebih ulet, lebih mudah dibentuk dan dibengkokkan ke radius tanpa retak; pemulihan lebih rendah.
• AH40 memerlukan alat yang lebih hati-hati dan toleransi pembengkokan; radius pembengkokan yang lebih kecil dan operasi pembentukan dingin harus dievaluasi terhadap pengurangan peregangan.
• Pemotongan dan pemesinan:
• Kekuatan yang lebih tinggi di AH40 dapat sedikit meningkatkan gaya pemotongan dan keausan alat dibandingkan AH36; namun, keduanya dapat dengan mudah diproses dengan praktik standar saat menggunakan alat dan umpan yang sesuai.
• Penyelesaian:
• Penggilingan, peledakan tembakan, dan persiapan permukaan berperilaku serupa; hindari overheating selama pemotongan atau penggilingan untuk mencegah pengerasan permukaan atau efek tempering.
• Kontrol dimensi:
• Bagian yang lebih tipis yang dimungkinkan oleh AH40 harus dinilai terhadap sensitivitas distorsi selama pengelasan dan penyelesaian.

8. Aplikasi Tipikal

Alasan pemilihan: - Pilih AH36 di mana kapasitas deformasi, kinerja suhu rendah, dan fabrikasi/pengelasan yang lebih sederhana menjadi faktor penentu. - Pilih AH40 di mana pengurangan berat material, stres yang diizinkan lebih tinggi, atau batasan ruang membenarkan pelat kekuatan lebih tinggi dan di mana kontrol manufaktur dapat memastikan ketangguhan dan integritas las yang memadai.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif:
• AH40 biasanya dihargai lebih tinggi per ton dibandingkan AH36 karena kontrol pemrosesan yang lebih ketat dan kemungkinan tambahan mikro paduan yang diperlukan untuk mencapai kelas kekuatan yang lebih tinggi.
• Biaya total komponen mungkin lebih rendah dengan AH40 jika pengurangan ketebalan bagian mengarah pada pengurangan berat material dan penghematan di hilir.
• Ketersediaan:
• AH36 tersedia secara luas di sebagian besar inventaris pelat perkapalan dan lini produk pabrik standar.
• AH40 juga umum tetapi ketersediaan mungkin lebih terbatas untuk ketebalan, lebar, dan kelas khusus yang memerlukan jadwal TMCP tertentu; waktu tunggu bisa lebih lama untuk ukuran pelat non-standar.
• Catatan pengadaan:
• Evaluasi total biaya siklus hidup termasuk fabrikasi, persiapan pengelasan, pelapisan, dan potensi penghematan dari pengurangan berat saat menentukan AH40 dibandingkan AH36.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih AH36 jika kebutuhan utama Anda menekankan ketangguhan, kemudahan fabrikasi dan pengelasan, ketangguhan suhu rendah yang kuat, dan pengadaan yang sederhana (aplikasi perkapalan pelat berat yang khas). - Pilih AH40 jika Anda memerlukan kekuatan desain yang lebih tinggi untuk mengurangi ketebalan pelat dan berat struktur, dan Anda dapat menerima (dan mengelola) trade-off: peregangan yang sedikit berkurang, kontrol pemrosesan dan pengelasan yang lebih ketat, dan potensi biaya unit material yang lebih tinggi.

Catatan praktis akhir: Selalu konfirmasi standar yang berlaku dan tinjau sertifikat uji pabrik untuk komposisi kimia dan sifat mekanik yang dijamin untuk ketebalan pelat dan panas tertentu. Spesifikasi prosedur pengelasan dan uji kualifikasi harus diturunkan dari kelas yang dipilih, ketebalan, dan lingkungan layanan untuk memastikan kinerja dan kepatuhan.