BH180 vs BH220 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara kekuatan, duktilitas, kemampuan pengelasan, biaya, dan ketersediaan saat memilih baja struktural. BH180 dan BH220 adalah dua grade baja komersial yang saling terkait yang sering dibandingkan ketika desain memerlukan pelat atau strip struktural dengan kekuatan rendah hingga menengah di mana kemampuan pembentukan dan biaya sangat penting. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih antara material dengan biaya lebih rendah dan lebih mudah dibentuk untuk komponen struktural ringan versus opsi dengan hasil lebih tinggi ketika kapasitas beban yang lebih besar atau bagian yang lebih tipis diinginkan.
Karakteristik utama yang membedakan antara BH180 dan BH220 adalah tingkat kekuatan hasil desain mereka: BH220 ditentukan untuk memiliki kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi dibandingkan BH180. Karena kekuatan hasil mengatur tegangan desain yang diizinkan, strategi fabrikasi, dan terkadang proses pembentukan dingin dan penyambungan di hilir, grade ini biasanya dibandingkan dalam spesifikasi desain dan manufaktur.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar umum di mana grade berbasis hasil serupa muncul: standar nasional seperti GB (Cina), JIS (Jepang), EN (Eropa), dan ASTM/ASME (AS). Nama grade spesifik dan konvensi penomoran berbeda menurut yurisdiksi; nomenklatur "BH" paling umum ditemukan dalam standar Asia dan katalog pemasok untuk baja struktural yang dilas panas dan dingin.
- Klasifikasi berdasarkan keluarga baja:
- BH180: biasanya baja struktural karbon atau mikroaloy dengan kekuatan rendah hingga menengah (non-stainless).
- BH220: biasanya baja struktural karbon atau mikroaloy dengan kekuatan menengah (non-stainless).
- Ini bukan baja alat, baja tahan karat, atau grade paduan tinggi; mereka biasanya diperlakukan sebagai baja struktural karbon/mikroaloy (mirip dengan baja lunak atau HSLA tergantung pada kandungan mikroaloy).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah tabel komposisi representatif yang menunjukkan elemen yang biasanya ditentukan untuk baja struktural dengan kekuatan rendah hingga menengah. Komposisi aktual bervariasi menurut pemasok dan standar. Selalu konfirmasi dengan sertifikat material dari produsen.
| Elemen | Rentang tipikal (wt%) — BH180 | Rentang tipikal (wt%) — BH220 |
|---|---|---|
| C | 0.06–0.18 | 0.08–0.20 |
| Mn | 0.30–1.20 | 0.40–1.20 |
| Si | 0.02–0.40 | 0.02–0.40 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | ≤ 0.30 (opsional) | ≤ 0.30 (opsional) |
| Ni | ≤ 0.30 (opsional) | ≤ 0.30 (opsional) |
| Mo | ≤ 0.10 (opsional) | ≤ 0.10 (opsional) |
| V | jejak–0.10 (varian mikroaloy) | jejak–0.10 (varian mikroaloy) |
| Nb | jejak–0.06 (varian mikroaloy) | jejak–0.06 (varian mikroaloy) |
| Ti | jejak (deoksidasi/stabilisasi) | jejak (deoksidasi/stabilisasi) |
| B | tingkat ppm jika digunakan | tingkat ppm jika digunakan |
| N | biasanya ≤ 0.012 | biasanya ≤ 0.012 |
Catatan: - Ini adalah rentang representatif yang digunakan dalam baja struktural dengan kekuatan rendah dan menengah. Elemen mikroaloy seperti V, Nb, Ti dapat ditambahkan secara sengaja dalam jumlah rendah untuk mengontrol ukuran butir, penguatan presipitasi, dan ketangguhan tanpa meningkatkan setara karbon secara signifikan. - Karbon yang lebih tinggi atau penambahan Cr, Ni, atau Mo yang disengaja akan mengubah grade menuju baja paduan dan mengubah kemampuan pengelasan dan respons perlakuan panas.
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Karbon: kontributor utama kekerasan dan kekuatan; karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan pengelasan. - Mangan: meningkatkan kekuatan dan kekerasan serta mengimbangi embrittlement sulfur; terlalu banyak merugikan kemampuan pembentukan. - Silikon: deoksidator; jumlah kecil dapat meningkatkan kekuatan. - Mikroaloying (V, Nb, Ti): pemurnian butir dan penguatan presipitasi, meningkatkan hasil dan ketangguhan tanpa peningkatan besar dalam karbon.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal yang diproses untuk grade BH: - BH180: biasanya memiliki mikrostruktur ferrite–pearlite dalam kondisi digulung dengan butir yang relatif kasar jika tidak mikroaloy; varian mikroaloy menunjukkan ferrite yang lebih halus dengan karbida/nitride yang terdispersi. - BH220: sering memiliki basis ferrite–pearlite yang serupa tetapi dengan proporsi yang lebih besar dari fase yang diperkuat oleh kerja atau presipitasi (misalnya, ferrite yang lebih halus, presipitat yang lebih terdispersi) baik melalui komposisi (C/Mn sedikit lebih tinggi) atau pemrosesan termo-mekanis yang terkontrol.
Efek dari rute pemrosesan umum: - Normalisasi: memperhalus ukuran butir dan menghomogenkan mikrostruktur, meningkatkan ketangguhan dan kadang-kadang kekuatan secara moderat. Kedua grade mendapatkan manfaat dari normalisasi jika ketangguhan yang lebih tinggi diperlukan. - Pendinginan & tempering: umumnya tidak ekonomis atau diperlukan untuk grade BH; Q&T akan mengubah material ini menjadi mikrostruktur yang dipanaskan dan dikeraskan (martensit yang dipanaskan/mikrostruktur bainit yang dipanaskan) dengan kekuatan yang jauh lebih tinggi dan duktilitas yang berkurang dibandingkan dengan niat grade struktural. - Pemrosesan kontrol termo-mekanis (TMCP): sering diterapkan pada BH220 untuk mencapai kekuatan hasil yang lebih tinggi melalui penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat, menghasilkan ferrite yang diperhalus dengan penguatan presipitasi sambil mempertahankan duktilitas dan ketangguhan.
Singkatnya, BH220 diproduksi baik dengan kandungan paduan yang sedikit lebih tinggi atau dengan TMCP yang lebih agresif untuk mencapai kekuatan hasil yang lebih tinggi sambil mempertahankan ketangguhan dan kemampuan pembentukan yang dapat diterima.
4. Sifat Mekanik
Rentang sifat mekanik representatif untuk BH180 dan BH220 dalam bentuk produk umum (pelat/kumparan). Konfirmasi nilai aktual dari sertifikat uji pabrik.
| Sifat | BH180 (tipikal) | BH220 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan Hasil Minimum yang Ditentukan (offset 0.2%) | ~180 MPa | ~220 MPa |
| Kekuatan Tarik (Rm) | ~300–420 MPa | ~360–520 MPa |
| Peregangan (A%) | ~20–30% | ~16–25% |
| Ketangguhan Dampak (Charpy V-notch, tipikal pada suhu ambien) | Baik; tergantung pada ketebalan/proses | Sebanding atau sedikit lebih rendah jika kekuatan dicapai melalui paduan atau TMCP |
| Kekerasan (HB) | Rendah hingga sedang (~100–160 HB) | Sedang (~130–190 HB) |
Interpretasi: - Kekuatan: BH220 memiliki kekuatan hasil yang lebih tinggi yang ditentukan dan umumnya kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan BH180, memungkinkan bagian yang lebih tipis untuk beban yang sama. - Duktilitas & ketangguhan: BH180 cenderung lebih duktil dan lebih mudah dibentuk; BH220 dapat dirancang untuk mempertahankan ketangguhan yang baik, tetapi varian dengan kekuatan lebih tinggi sering mengorbankan beberapa peregangan untuk hasil. - Implikasi desain: Pilih BH220 untuk kapasitas beban yang lebih tinggi atau ketebalan bagian yang lebih rendah; pilih BH180 ketika pembentukan, pembengkokan, atau penyerapan energi menjadi prioritas.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan dipengaruhi terutama oleh kandungan karbon, paduan gabungan (kekerasan), dan residu. Dua indeks empiris yang berguna:
-
Setara Karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm yang Dimodifikasi (untuk menilai kerentanan retak dingin): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan kemampuan pengelasan yang lebih mudah dan risiko retak dingin yang disebabkan oleh hidrogen yang lebih rendah. - BH180 biasanya memiliki setara karbon yang lebih rendah dibandingkan BH220 jika BH220 mencapai hasil melalui C/Mn yang sedikit lebih tinggi atau tambahan mikroaloy; oleh karena itu BH180 sering kali sedikit lebih mudah untuk dilas tanpa pemanasan awal. - Mikroaloying (Nb, V) dapat meningkatkan kekerasan secara lokal dan memerlukan prosedur pengelasan yang terkontrol (input panas lebih rendah, pemanasan awal/pemanasan setelah) untuk bagian yang lebih tebal. - Panduan praktis: Evaluasi ketebalan sambungan, kontrol hidrogen, dan proses pengelasan; saat mengelas BH220, pertimbangkan pemanasan awal, kontrol suhu antar lapisan, dan pencocokan pengisi yang tepat untuk menghindari mikrostruktur HAZ yang rapuh.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik BH180 maupun BH220 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi adalah tipikal baja karbon. Paparan terhadap lingkungan lembab atau korosif memerlukan perlindungan permukaan.
- Strategi perlindungan umum:
- Galvanisasi celup panas untuk ketahanan korosi atmosfer.
- Pelapis/ cat organik untuk penggunaan arsitektur atau dekat laut (dengan persiapan permukaan yang tepat).
- Cladding atau pelapisan di lingkungan yang sangat korosif.
- PREN tidak berlaku karena ini bukan grade tahan karat. Untuk kelengkapan, indeks PREN yang digunakan untuk baja tahan karat adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ tetapi ini tidak berlaku untuk baja karbon paduan rendah.
- Jika ketahanan korosi diperlukan dalam desain, pertimbangkan untuk beralih ke grade tahan karat yang sesuai atau menerapkan pelapis yang tepat; pertimbangan ini akan sangat mempengaruhi biaya siklus hidup.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan pembentukan: BH180 umumnya menawarkan pembentukan dingin yang lebih baik (pembengkokan, penarikan) karena hasil yang lebih rendah dan peregangan yang lebih tinggi. BH220 dapat dibentuk tetapi mungkin memerlukan jari-jari pembengkokan yang lebih besar atau annealing sementara untuk penarikan dalam.
- Kemampuan mesin: Kedua grade dapat dikerjakan dengan alat standar; kekuatan yang lebih tinggi (BH220) dapat meningkatkan keausan alat dan gaya pemotongan. Pilih kecepatan dan umpan pemotongan untuk mencocokkan kekuatan dan kekerasan.
- Proses pemotongan dan thermal: Pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, dan laser sering digunakan; bagian BH220 yang lebih tebal mungkin memerlukan parameter yang disesuaikan karena kekuatan yang lebih tinggi dan kemungkinan kerentanan retak thermal.
- Finishing permukaan: BH180 mungkin menerima finishing permukaan yang lebih halus dengan biaya sedikit lebih rendah karena pemesinan yang lebih mudah dan kekerasan yang lebih rendah.
8. Aplikasi Tipikal
| BH180 — Aplikasi Tipikal | BH220 — Aplikasi Tipikal |
|---|---|
| Bagian struktural ringan, fabrikasi umum, panel dalam otomotif, braket beban rendah, rangka ringan | Komponen struktural tugas menengah, anggota sasis, rangka yang memerlukan hasil lebih tinggi, struktur konveyor di mana ketebalan yang lebih tipis diinginkan |
| Barang konsumen di mana kemampuan pembentukan dan biaya menjadi prioritas | Peralatan pertanian dan konstruksi di mana kekuatan terhadap berat yang lebih tinggi diperlukan |
| Komponen arsitektur yang dicat atau digalvanis dengan beban sedang | Komponen yang mendapatkan manfaat dari kekuatan yang dihasilkan TMCP dengan ketangguhan yang dipertahankan (misalnya, rangka trailer, anggota dukungan beban menengah) |
Rasional pemilihan: - BH180: dipilih di mana pembentukan, penyerapan energi, dan biaya menjadi utama; bagian yang lebih tebal dapat digunakan untuk memenuhi kekuatan. - BH220: dipilih di mana penghematan berat, tegangan yang diizinkan lebih tinggi, atau bagian yang lebih tipis diinginkan sambil tetap menggunakan baja karbon/mikroaloy.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: BH220 biasanya sedikit lebih mahal dibandingkan BH180 per unit massa karena pemrosesan yang lebih tinggi (TMCP) atau paduan yang sedikit lebih tinggi; namun, BH220 dapat mengurangi total biaya bagian dengan memungkinkan ketebalan yang lebih rendah.
- Ketersediaan: Keduanya umumnya tersedia dalam bentuk pelat dan kumparan di pasar regional di mana penunjukan ini digunakan; bentuk produk yang tepat dan lebar kumparan bervariasi menurut pabrik dan wilayah. BH180 atau setara hampir selalu tersedia; BH220 mungkin diproduksi berdasarkan pesanan di beberapa pasar tergantung pada permintaan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | BH180 | BH220 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Lebih baik (setara karbon lebih rendah dalam banyak kasus) | Baik tetapi mungkin memerlukan kontrol yang lebih ketat untuk bagian yang lebih tebal |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Hasil lebih rendah, duktilitas lebih tinggi | Hasil lebih tinggi, ketangguhan mungkin serupa jika TMCP; kurang duktil |
| Biaya | Biaya material lebih rendah per ton | Biaya material lebih tinggi per ton tetapi dapat mengurangi berat/biaya bagian |
Rekomendasi: - Pilih BH180 jika Anda membutuhkan kemudahan pembentukan dan pengelasan, duktilitas yang lebih tinggi, dan aplikasi yang mentolerir kekuatan hasil yang lebih rendah—contoh: bagian struktural ringan, komponen yang dibentuk secara berat, dan di mana biaya menjadi pendorong utama. - Pilih BH220 jika Anda memerlukan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi untuk mengurangi ketebalan atau massa bagian sambil mempertahankan ketangguhan yang wajar—contoh: anggota struktural beban menengah, rangka, atau aplikasi di mana penghematan berat penting.
Catatan akhir: BH180 dan BH220 adalah pilihan berbasis hasil dalam keluarga yang lebih luas dari baja struktural karbon dan mikroaloy. Untuk setiap desain kritis, verifikasi komposisi kimia yang tepat dan sertifikat uji mekanik dari pemasok, konfirmasi standar nasional atau proyek yang berlaku, dan validasi prosedur pengelasan dan pembentukan melalui percobaan atau rekomendasi pemasok.