AH40 vs DH40 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
AH40 dan DH40 adalah kelas baja struktural berkekuatan tinggi yang umum ditentukan untuk aplikasi pelat berat dan pembuatan kapal. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan: memprioritaskan ketangguhan dampak pada suhu rendah yang terjamin dan ketahanan patah melalui ketebalan yang lebih tinggi, atau memprioritaskan biaya pengadaan dan pemrosesan yang lebih rendah dengan kekuatan dan kemampuan las yang dapat diterima untuk lingkungan sedang. Ciri pembeda utama antara kedua kelas ini terletak pada kinerja dampak yang ditentukan — pada dasarnya persyaratan energi Charpy dan suhu minimum di mana energi tersebut harus ditunjukkan. Karena komposisi kimia nominal dan envelope tarik/hasil mereka sangat cocok, keputusan antara AH40 dan DH40 biasanya bergantung pada persyaratan ketangguhan, suhu layanan yang dimaksudkan, dan batasan fabrikasi.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar dan sistem klasifikasi umum yang merujuk pada nomenklatur gaya AH/DH termasuk standar pembuatan kapal nasional dan standar bejana tekan serta notasi masyarakat klasifikasi (misalnya, CCS, ABS, LR). Baja yang setara atau serupa mungkin terdaftar di bawah standar ASTM/ASME, EN, JIS, atau GB dengan kode alfanumerik yang berbeda.
- Klasifikasi berdasarkan keluarga baja:
- AH40: Baja struktural/pembuatan kapal berkekuatan tinggi dengan kinerja dampak yang ditingkatkan (seperti HSLA, baja karbon mikroaloy).
- DH40: Baja struktural/pembuatan kapal berkekuatan tinggi dengan persyaratan dampak standar (seperti HSLA, baja karbon/mikroaloy).
- Keduanya bukan baja tahan karat atau baja alat; mereka termasuk dalam kategori baja karbon-mikroaloy berkekuatan tinggi rendah aloy (HSLA) yang dirancang untuk aplikasi pelat.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Strategi paduan yang digeneralisasi dan peran untuk setiap elemen (kualitatif). Tabel ini menggambarkan keberadaan/strategi daripada persentase yang tepat.
| Elemen | AH40 (strategi tipikal) | DH40 (strategi tipikal) |
|---|---|---|
| C | Target karbon rendah untuk menyeimbangkan kekuatan dan kemampuan las; kontrol yang lebih ketat untuk meningkatkan ketangguhan | Karbon rendah untuk mendukung kemampuan las dan pembentukan |
| Mn | Mn sedang untuk memberikan kekuatan dan kemampuan pengerasan | Mn sedang mirip dengan AH40 |
| Si | Deoksidator; tingkat terkontrol untuk menghindari kerapuhan | Peran serupa; biasanya terbatas |
| P | Dijaga sangat rendah untuk ketangguhan dan kemampuan las | Dijaga rendah untuk penggunaan struktural umum |
| S | Diminimalkan; kontrol sulfida untuk ketangguhan | Diminimalkan; mungkin mirip dengan AH40 |
| Cr | Mungkin hadir dalam jumlah kecil untuk membantu kemampuan pengerasan | Biasanya minimal atau tidak ada |
| Ni | Kadang-kadang digunakan untuk meningkatkan ketangguhan pada suhu rendah (dalam varian AH) | Jarang atau rendah; bukan paduan kekuatan utama |
| Mo | Penambahan kecil mungkin untuk mengontrol kemampuan pengerasan dan kekuatan | Biasanya rendah atau tidak ada |
| V | Mikroaloying untuk memperhalus butir dan meningkatkan kekuatan | Mungkin hadir untuk penguatan presipitasi |
| Nb | Kontrol ukuran butir melalui mikroaloying; bermanfaat untuk ketangguhan | Mungkin digunakan tetapi kadang-kadang pada tingkat yang lebih rendah daripada varian AH |
| Ti | Deoksidasi dan kontrol inklusi; pemurnian butir | Penggunaan yang serupa secara moderat |
| B | Penambahan jejak mungkin untuk meningkatkan kemampuan pengerasan | Jarang; dikontrol jika ada |
| N | Terkontrol; berkaitan dengan presipitasi dan ketangguhan | Terkontrol; dijaga rendah untuk menghindari efek buruk |
Penjelasan: - Kedua kelas bergantung pada basis karbon rendah hingga sedang dengan Mn sebagai kontributor kekuatan utama. Elemen mikroaloy (Nb, V, Ti) digunakan untuk memperhalus ukuran butir dan memberikan penguatan presipitasi, yang meningkatkan kekuatan tanpa karbon yang berlebihan. - Strategi AH40 menekankan kontrol yang lebih ketat pada elemen pengotor dan mungkin mencakup penyesuaian paduan kecil (misalnya, Ni, Mo, atau tingkat mikroaloy yang dioptimalkan) untuk memenuhi persyaratan dampak yang lebih ketat, terutama pada suhu yang lebih rendah. DH40 fokus pada memberikan kinerja tarik dan hasil yang diperlukan untuk suhu layanan standar dengan kimia yang hemat biaya.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur yang dihasilkan tipikal:
- Untuk AH40 dan DH40 yang diproduksi dengan pemrosesan terkendali termo-mekanis modern (TMCP): matriks ferrit–pearlite atau ferrit–bainite yang halus dengan ferrit akicular terkontrol dan karbida/nitrida mikroaloy yang terdispersi.
- Ketika ketangguhan yang lebih ketat diperlukan (AH40), pemrosesan bertujuan untuk mempromosikan ferrit akicular halus dan membatasi bainite kasar atau pulau martensit–austenit (M–A).
- Efek perlakuan panas dan pemrosesan:
- Normalisasi: Memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya dan menghomogenkan mikrostruktur; bermanfaat untuk ketangguhan jika diikuti dengan pendinginan terkontrol.
- Quenching & tempering: Biasanya tidak digunakan untuk pelat AH/DH standar (mahal), tetapi dapat meningkatkan kekuatan dan menyesuaikan ketangguhan jika diperlukan untuk komponen tertentu.
- TMCP (penggulungan terkendali + pendinginan dipercepat): Banyak digunakan untuk mendapatkan mikrostruktur halus dengan kekuatan tinggi dan ketangguhan suhu rendah yang ditingkatkan. Pelat AH40 yang dimaksudkan untuk suhu dampak yang lebih rendah akan menerima parameter TMCP yang lebih ketat untuk mempromosikan ferrit akicular dan mengontrol inklusi.
- Pengendalian mikrostruktur untuk ketangguhan: karbon yang dikurangi, inklusi sulfida/oksida halus, presipitasi mikroaloy yang dioptimalkan, dan komponen M–A yang diminimalkan.
4. Sifat Mekanik
Tabel: Sifat mekanik kualitatif komparatif (deskriptor relatif).
| Sifat | AH40 | DH40 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sebanding dengan DH40 (keduanya adalah baja struktural berkekuatan tinggi) | Sebanding dengan AH40 |
| Kekuatan hasil | Sebanding; nilai hasil desain serupa | Sebanding |
| Peregangan (duktilitas) | Mirip atau sedikit lebih tinggi jika pemrosesan yang fokus pada ketangguhan digunakan | Mirip; duktilitas standar untuk baja pelat |
| Ketangguhan dampak | Kinerja Charpy V‑notch yang terjamin lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah | Kinerja dampak standar pada suhu yang lebih ringan |
| Kekerasan | Kekerasan nominal yang mirip; AH40 mungkin memiliki kontrol kekerasan yang lebih ketat untuk menghindari kerapuhan | Kekerasan nominal yang mirip |
Penjelasan: - Kekuatan tarik dan hasil nominal untuk kelas ini dekat karena keduanya menargetkan kelas kekuatan yang sama (angka "40" menunjukkan pita tarik/hasil yang serupa di banyak sistem). Perbedaan mekanis yang mendefinisikan terletak pada ketangguhan dampak dan suhu kualifikasi minimum. AH40 diproduksi dan diuji untuk memenuhi energi dampak yang lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah, menjadikannya lebih tahan patah dalam layanan dingin atau bagian tebal. DH40 memberikan kekuatan statis yang serupa dengan biaya yang lebih rendah ketika ketangguhan ekstrem tidak diperlukan.
5. Kemampuan Las
- Faktor kunci kemampuan las: kandungan karbon, ekuivalen karbon (mempengaruhi kemampuan pengerasan), dan elemen mikroaloy yang mempengaruhi perilaku zona yang terpengaruh panas (HAZ).
- Indeks kemampuan las yang banyak digunakan:
- $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
- $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
- Interpretasi (kualitatif):
- Keduanya AH40 dan DH40 dirancang dengan karbon rendah dan penambahan paduan yang terkontrol untuk mempertahankan kemampuan las yang baik. Varian AH40 dengan ketangguhan yang lebih tinggi mungkin mencakup elemen pengerasan yang sedikit lebih tinggi atau kontrol pengotor yang lebih ketat; itu dapat meningkatkan kemampuan pengerasan HAZ secara marginal dan mungkin memerlukan prosedur pemanasan awal/pemanasan setelah pengelasan (PWHT) yang lebih terkontrol untuk bagian tebal.
- DH40, dengan target ketangguhan standar, biasanya menawarkan pengelasan yang lebih mudah dengan lebih sedikit pembatasan, terutama untuk pelat yang lebih tipis atau aplikasi suhu layanan yang lebih ringan.
- Panduan praktis: Untuk layanan yang kritis untuk pengelasan, bagian tebal, atau suhu rendah, ikuti kualifikasi prosedur dengan pemanasan awal yang sesuai, input panas yang terkontrol, dan pertimbangkan untuk mencocokkan logam pengisi yang ditentukan untuk ketangguhan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik AH40 maupun DH40 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi adalah tipikal baja karbon/HSLA.
- Strategi perlindungan yang direkomendasikan:
- Pelapisan permukaan (epoksi, poliuretan), galvanisasi celup panas (di mana sesuai), dan cat pengorbanan adalah standar.
- Untuk lingkungan lepas pantai atau sangat korosif, pertimbangkan penghalang tambahan atau beralih ke paduan tahan korosi.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja struktural non-tahan karat, tetapi untuk referensi:
- $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
- Gunakan PREN hanya saat mengevaluasi baja tahan karat atau baja duplex tahan karat, bukan baja struktural AH/DH.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: Kedua kelas diproses mirip dengan baja pelat mikroaloy karbon rendah lainnya. Mikroaloying dapat sedikit mengurangi kemudahan pemesinan dibandingkan dengan baja karbon rendah biasa tetapi meningkatkan kinerja kekuatan-terhadap-berat.
- Kemudahan pembentukan: Karbon rendah dan praktik penggulungan yang hati-hati mempertahankan kelenturan dan karakteristik pembentukan dingin yang wajar. AH40 mungkin memerlukan perhatian lebih pada radius bengkok dan pemanasan awal saat membentuk bagian yang sangat tebal pada suhu rendah untuk mencegah retak.
- Pemotongan dan penyelesaian: Teknik pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, dan laser adalah standar. Kualitas tepi, kandungan oksida, dan kontrol inklusi mempengaruhi operasi penyelesaian.
8. Aplikasi Tipikal
Tabel: Penggunaan tipikal
| AH40 – Aplikasi Tipikal | DH40 – Aplikasi Tipikal |
|---|---|
| Pemasangan pelat lambung kapal untuk iklim yang lebih dingin atau pelat yang lebih tebal di mana ketangguhan patah pada suhu rendah sangat penting | Struktur kapal dan lepas pantai di mana ketangguhan standar sudah cukup dan biaya menjadi faktor |
| Struktur pendukung Arktik, riser lepas pantai, dan node yang memerlukan ketangguhan suhu rendah yang terjamin | Jembatan, crane, dan fabrikasi berat yang beroperasi di lingkungan sedang |
| Peralatan tekan dan komponen lambung dengan rencana kontrol patah yang ketat | Pelat struktural umum, struktur dek, dan superstruktur di mana tingkat dampak standar dapat diterima |
| Joints las kritis dan bagian dengan pelat tebal | Perakitan las yang kurang kritis atau pelat yang lebih tipis di mana pengelasan kurang dibatasi |
Alasan pemilihan: - Pilih AH40 ketika suhu layanan, risiko patah rapuh, atau tuntutan ketangguhan HAZ bagian tebal menjadi perhatian utama. Pilih DH40 ketika kekuatan statis yang setara diperlukan tetapi ketangguhan ekstrem pada suhu rendah tidak diperlukan dan biaya/ketersediaan mendukung kelas standar.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: AH40 biasanya lebih mahal daripada DH40 karena kontrol komposisi yang lebih ketat, pemrosesan yang lebih menuntut (parameter TMCP), dan pengujian yang lebih luas (uji dampak suhu rendah). DH40 cenderung lebih hemat biaya untuk aplikasi umum.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: Pelat, potong-panjang, dan bagian yang dipersiapkan tersedia luas untuk kedua kelas dari pabrik besar. Volume produksi AH40 mungkin lebih rendah di beberapa pasar, yang mengarah pada waktu tunggu yang lebih lama untuk pesanan besar atau ketebalan yang tidak biasa.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Perbandingan cepat
| Metrik | AH40 | DH40 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Baik, mungkin memerlukan pemanasan awal yang terkontrol untuk bagian tebal | Umumnya baik dengan lebih sedikit pembatasan |
| Perimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Memprioritaskan ketangguhan yang lebih tinggi yang terjamin pada suhu rendah | Memprioritaskan kekuatan yang hemat biaya dengan ketangguhan standar |
| Biaya | Lebih tinggi (pemrosesan/pengujian yang lebih ketat) | Lebih rendah (pemrosesan/pengujian standar) |
Pilih AH40 jika: - Struktur beroperasi di lingkungan suhu rendah atau memiliki bagian tebal di mana ketangguhan HAZ dan ketangguhan melalui ketebalan sangat penting. - Rencana kontrol patah atau aturan masyarakat klasifikasi memerlukan energi Charpy V‑notch yang lebih tinggi pada suhu rendah yang ditentukan. - Anda memerlukan pilihan konservatif untuk sambungan las yang kritis untuk keselamatan dan aplikasi layanan dingin.
Pilih DH40 jika: - Aplikasi memerlukan kekuatan statis tinggi tetapi akan beroperasi pada suhu sedang di mana ketangguhan standar sudah cukup. - Biaya, waktu tunggu, dan kemudahan pengelasan adalah pertimbangan utama. - Fabrikasi melibatkan banyak perakitan las di mana kontrol HAZ yang kurang ketat menyederhanakan prosedur.
Catatan akhir: Saat menentukan AH40 atau DH40, selalu konsultasikan standar yang berlaku dan aturan masyarakat klasifikasi untuk suhu uji dan persyaratan energi dampak yang tepat. Koordinasikan dengan tim perlakuan panas dan fabrikasi pabrik untuk mengonfirmasi jadwal TMCP, prosedur las, dan rencana pengujian nondestruktif sehingga kelas yang dipilih memenuhi tuntutan mekanis dan operasional.