EH40 vs FH40 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

EH40 dan FH40 adalah dua baja struktural berkekuatan tinggi yang paling sering ditemui di industri maritim, lepas pantai, dan pelat berat. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya menghadapi dilema pemilihan antara keduanya: grade mana yang memberikan ketangguhan dan kemampuan las yang diperlukan untuk pelat yang sangat tebal, dan mana yang menawarkan keseimbangan kekuatan terhadap biaya terbaik untuk ketebalan pelat standar dan struktur yang dilas. Konteks keputusan yang khas termasuk pelat lambung dan dek untuk kapal dan platform lepas pantai, fabrikasi berat di mana ketangguhan penangkapan retak sangat penting, dan struktur besar yang dilas di mana siklus termal dan sifat pasca-las menentukan kinerja.

Perbedaan praktis utama antara keduanya adalah optimasi mereka untuk ketebalan pelat dan kinerja melalui ketebalan: satu grade biasanya ditentukan untuk aplikasi pelat berat konvensional di mana pemrosesan termomekanik standar menghasilkan kekuatan dan ketangguhan yang diperlukan, sementara yang lainnya disesuaikan untuk ketebalan pelat ekstrem dan sifat melalui ketebalan yang ditingkatkan menggunakan strategi paduan dan pemrosesan yang berbeda. Inilah sebabnya mengapa desainer sering membandingkan EH40 dan FH40 saat menentukan pelat yang sangat tebal atau saat menuntut ketangguhan yang sangat seragam melalui ketebalan pelat.

1. Standar dan Penunjukan

Baik EH40 maupun FH40 paling baik digambarkan sebagai baja struktural berkekuatan tinggi, paduan rendah (HSLA) yang digunakan dalam pembangunan kapal dan konstruksi lepas pantai. Mereka bukan metode uji internasional tunggal seperti nomor ASTM tetapi muncul sebagai keluarga grade yang diadopsi atau dirujuk oleh masyarakat klasifikasi dan standar nasional. Standar dan klasifikasi yang perlu dipertimbangkan:

• Standar nasional dan regional: GB (Cina), JIS (Jepang), EN (Eropa), ISO.
• Masyarakat klasifikasi: ABS, DNV-GL, Lloyd’s Register — masyarakat ini mencakup penunjukan baja lambung dan struktural yang berkorelasi dengan keluarga EH/FH.
• Standar material generik: ASTM/ASME memberikan persyaratan sifat mekanik dan prosedur uji yang dapat digunakan bersamaan dengan penunjukan kelas.

Identifikasi jenis material: - EH40: Baja struktural HSLA (baja karbon paduan rendah dengan mikro-paduan dan kontrol termomekanik). - FH40: Baja struktural HSLA, biasanya dioptimalkan untuk aplikasi pelat yang sangat tebal dengan ketangguhan melalui ketebalan yang ditingkatkan dan modifikasi paduan/pemrosesan tertentu.

Catatan: Persyaratan kimia dan mekanik yang tepat bervariasi di antara standar dan sertifikat pabrik; selalu rujuk pada spesifikasi kontrak atau notasi masyarakat klasifikasi untuk pengadaan.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini menunjukkan rentang komposisi representatif yang biasanya ditemui untuk baja HSLA gaya EH40 dan FH40. Ini adalah rentang representatif yang digunakan oleh pabrik dan ditemukan dalam dokumen klasifikasi; kimia yang disertifikasi yang sebenarnya harus diambil dari sertifikat pabrik untuk lot yang disuplai.

Elemen	EH40 (rentang tipikal, wt%)	FH40 (rentang tipikal, wt%)
C	0.08 – 0.16	0.06 – 0.14
Mn	0.6 – 1.5	0.6 – 1.8
Si	0.02 – 0.50	0.02 – 0.50
P (maks)	≤ 0.03 – 0.04	≤ 0.03 – 0.04
S (maks)	≤ 0.010 – 0.025	≤ 0.010 – 0.025
Cr	jejak – 0.4	jejak – 0.6
Ni	jejak – 0.6	jejak – 0.8
Mo	jejak – 0.05	jejak – 0.08
V	0.00 – 0.08	0.00 – 0.10
Nb (Nb/Ta)	≤ 0.05	≤ 0.06
Ti	jejak	jejak
B	jejak (ppm)	jejak (ppm)
N	tingkat kontrol (ppm)	tingkat kontrol (ppm)

Catatan penjelasan: - Grade ini adalah baja HSLA di mana kekuatan berasal dari kombinasi karbon, mangan, dan elemen mikro-paduan (V, Nb, Ti) ditambah pemrosesan (kontrol termomekanik). - Kimia gaya FH40 mungkin menunjukkan karbon yang sedikit lebih rendah dan tambahan mikro-paduan yang sedikit lebih tinggi untuk mempromosikan presipitasi karbida/nitride halus dan ketangguhan melalui ketebalan yang lebih baik di bagian yang sangat tebal. - Paduan meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan (Mn, Cr, Mo) tetapi juga meningkatkan risiko retak dingin pada las; mikro-paduan (Nb, V, Ti) memungkinkan kekuatan tinggi dengan karbon yang lebih rendah melalui penguatan presipitasi dan pemurnian butir.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal untuk grade EH40 dan FH40 sangat bergantung pada pemrosesan:

• EH40 (pelat berat standar, TMCP atau dinormalisasi):
• Mikrostruktur tipikal: ferrit–pearlit butir halus atau ferrit dengan bainit terdispersi tergantung pada laju pendinginan dan paduan.
• Pemrosesan terkontrol termomekanik (TMCP) menghasilkan matriks ferrit yang halus dengan jumlah bainit yang lebih rendah atau pearlit degeneratif untuk meningkatkan kekuatan hasil dan ketangguhan yang baik.

• Normalisasi dapat digunakan untuk menghomogenkan struktur pada pelat yang lebih tebal; pendinginan dan temper tidak umum untuk pelat struktural besar karena distorsi dan biaya.

• FH40 (dioptimalkan untuk pelat yang sangat tebal):

• Penekanan pada sifat melalui ketebalan: kontrol yang lebih ketat terhadap pendinginan dan presipitat mikro-paduan, sering dengan karbon yang lebih rendah dan lebih banyak mikro-paduan untuk mempertahankan ketangguhan melalui garis tengah pelat yang sangat tebal.
• Mikrostruktur dirancang untuk mengurangi pita dan mempromosikan ferrit akicular atau ferrit poligonal halus dengan karbida dan nitride yang terdistribusi.
• Jadwal penggulungan termomekanik, pendinginan yang dipercepat, dan pemanasan ulang yang terkontrol digunakan untuk mencapai pemurnian butir yang seragam melalui ketebalan.

Respons perlakuan panas: - Normalisasi meningkatkan keseragaman dan ketangguhan tetapi mungkin tidak praktis untuk ketebalan ekstrem. - Penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat adalah jalur industri untuk mendapatkan kombinasi kekuatan dan duktilitas yang diperlukan tanpa pendinginan dan temper penuh. - FH40 mungkin memerlukan kontrol proses yang lebih ketat dan pengujian nondestruktif tambahan untuk pelat yang sangat tebal untuk memastikan ketangguhan melalui ketebalan.

4. Sifat Mekanik

Di bawah ini adalah rentang sifat mekanik representatif yang biasanya ditentukan untuk pelat HSLA gaya EH40 dan FH40. Nilai bervariasi dengan ketebalan, pemrosesan, dan batas spesifikasi—konsultasikan persyaratan kontrak.

Sifat	EH40 (tipikal)	FH40 (tipikal)
Kekuatan tarik (MPa)	490 – 650	480 – 640
Kekuatan hasil (MPa)	355 – 485	320 – 460
Peregangan (% pada 50 mm atau sesuai spesifikasi)	18 – 26	18 – 26
Dampak Charpy (J)	Ditentukan pada suhu rendah; tipikal 27 J pada −20 °C hingga −40 °C	Persyaratan melalui ketebalan yang lebih ketat; 27 J pada suhu lebih rendah dan/atau pengujian ketebalan yang lebih tinggi
Kekerasan (HB)	160 – 250	150 – 240

Interpretasi: - EH40 dan FH40 tumpang tindih dalam rentang kekuatan nominal; EH40 sering ditentukan untuk target hasil yang sedikit lebih tinggi dalam ketebalan standar. - FH40 biasanya dikonfigurasi untuk menekankan ketangguhan melalui ketebalan daripada kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi — ini dapat diterjemahkan menjadi hasil nominal yang sedikit lebih rendah tetapi ketangguhan penangkapan retak dan patah yang lebih baik pada pelat tebal. - Duktilitas (peregangan) sebanding ketika setiap grade diproduksi sesuai spesifikasinya; kinerja ketangguhan, terutama melalui ketebalan dan pada suhu rendah, adalah pembeda.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las baja HSLA ini ditentukan oleh kandungan karbon, ekuivalen karbon, dan kandungan mikro-paduan. Indeks kemampuan las umum yang digunakan untuk menilai secara kualitatif kerentanan terhadap retak dingin yang dibantu hidrogen meliputi:

• Ekuivalen karbon (bentuk IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretasi kualitatif: - Karbon yang lebih rendah dan Mn yang terkontrol mendukung kemampuan las; elemen mikro-paduan (Nb, V, Ti) meningkatkan kemampuan pengerasan, yang dapat meningkatkan risiko zona keras di HAZ dan retak dingin jika hidrogen dan pengekangan tidak terkontrol. - Kimia gaya FH40 (dengan C yang lebih rendah dan lebih banyak mikro-paduan) sering dipilih untuk menyeimbangkan kemampuan pengerasan dan ketangguhan; pemanasan awal, suhu antar pengelasan yang terkontrol, prosedur rendah-hidrogen, dan pertimbangan perlakuan panas pasca-las harus diperhatikan tergantung pada ketebalan pelat dan spesifikasi. - Untuk pelat yang sangat tebal, mengontrol input panas, pemanasan awal, dan laju pendinginan HAZ sangat penting; kualifikasi prosedur pengelasan (WPS/PQR) dan kontrol hidrogen menjadi lebih menuntut.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik EH40 maupun FH40 adalah baja paduan rendah non-stainless dan memerlukan perlindungan permukaan di lingkungan korosif (air laut, paparan atmosfer).
• Metode perlindungan umum: galvanisasi celup panas (jika berlaku), sistem epoksi multi-lapis, lapisan poliuretan, metalisasi (semprotan termal), dan anoda korosif untuk aplikasi yang terendam.
• Indeks stainlessness (misalnya, PREN) tidak berlaku untuk baja karbon/paduan ini: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Rumus ini hanya berarti untuk baja stainless dengan Cr, Mo, dan N yang signifikan; untuk EH40/FH40, tingkat Cr dan Mo terlalu rendah untuk klasifikasi korosi berbasis PREN.
• Pemilihan pelapis dan perlindungan katodik harus mempertimbangkan umur desain, akses pemeliharaan, dan lingkungan yang dimaksudkan (zona percikan, terendam, atmosfer).

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pemesinan: Kedua grade memiliki kemudahan pemesinan yang moderat; varian karbon yang lebih rendah (tipikal FH40) dapat sedikit lebih mudah untuk diproses. Alat karbida atau pelapis dan umpan/kecepatan yang sesuai disarankan untuk pemotongan bagian berat.
• Kemudahan pembentukan/pembengkokan: EH40 dengan target hasil yang lebih tinggi mungkin mengurangi regangan pembentukan yang diizinkan dibandingkan dengan FH40 yang lebih rendah karbon. Pembengkokan dingin pelat tebal terbatas dan sering memerlukan pemanasan atau pembengkokan gulung; batas pembentukan harus divalidasi dengan pengujian pembengkokan sesuai spesifikasi.
• Pemotongan dan pemotongan termal: Pemotongan plasma dan oksigen-bahan bakar adalah standar untuk pelat tebal. Pemanasan awal dan pembersihan pasca-potong yang terkontrol mengurangi stres residu dan mikrostruktur yang terpengaruh panas.
• Persiapan permukaan untuk pengelasan dan pelapis harus dikontrol dengan hati-hati pada pelat yang sangat tebal untuk menghindari laminasi atau cacat garis tengah yang menjadi pemicu kegagalan.

8. Aplikasi Tipikal

EH40 (penggunaan umum)	FH40 (penggunaan umum)
Pelat lambung dan dek kapal di mana kekuatan nominal yang lebih tinggi diinginkan untuk pelat berat standar	Pelat lambung atau dek yang sangat tebal di mana ketangguhan melalui ketebalan sangat penting (misalnya, bagian kelas es, pelat dasar platform lepas pantai besar)
Anggota struktural (balok, braket) dalam fabrikasi berat	Struktur las bagian dalam yang dalam dan pelat transisi tebal yang memerlukan embrittlement garis tengah yang diminimalkan
Komponen non-tekanan yang mempertahankan tekanan di mana keseimbangan kekuatan dan biaya penting	Joints las kritis dengan ketebalan besar di mana penangkapan retak dan ketangguhan patah di seluruh ketebalan harus dijamin

Rasional pemilihan: - EH40: dipilih untuk kekuatan tinggi dalam rentang ketebalan produksi standar di mana TMCP konvensional menghasilkan sifat yang diperlukan. - FH40: dipilih ketika ketebalan pelat melebihi jendela TMCP normal atau ketika ada tuntutan ketangguhan melalui ketebalan yang lebih parah; pemrosesan dan kimia dioptimalkan untuk mempertahankan sifat jauh ke dalam pelat.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Umumnya kedua grade berada dalam rentang harga HSLA; FH40 mungkin memerlukan premium karena kontrol proses yang lebih ketat, pengujian yang lebih ketat, dan kemungkinan jadwal penggulungan khusus untuk pelat yang sangat tebal.
• Ketersediaan: Pelat gaya EH40 umum dari banyak pabrik dalam rentang ketebalan standar. Pelat gaya FH40 dapat tersedia tetapi mungkin memerlukan pemesanan khusus, waktu tunggu yang lebih lama, dan sertifikasi pengujian melalui ketebalan untuk bagian yang sangat tebal.
• Bentuk produk: Pelat, potong sesuai ukuran, dan rakitan pra-fabrikasi. Pelat FH40 yang sangat tebal mungkin diproduksi oleh lebih sedikit pabrik sehingga waktu tunggu dan jumlah pesanan minimum harus dibahas lebih awal dalam pengadaan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Atribut	EH40	FH40
Kemampuan las	Baik dengan kontrol standar; perhatikan kemampuan pengerasan HAZ	Baik tetapi memerlukan WPS yang lebih ketat untuk bagian yang sangat tebal
Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Kekuatan nominal tinggi dalam ketebalan standar	Ketangguhan melalui ketebalan yang dioptimalkan pada pelat yang sangat tebal
Biaya	Biasanya lebih rendah untuk produksi standar	Potensi premium untuk pemrosesan dan pengujian khusus

Rekomendasi: - Pilih EH40 jika Anda memerlukan pelat HSLA berkekuatan tinggi dalam ketebalan pelat berat konvensional di mana TMCP standar atau normalisasi memberikan ketangguhan melalui ketebalan yang memadai, dan Anda memprioritaskan kekuatan terhadap biaya untuk aplikasi struktural umum. - Pilih FH40 jika Anda menentukan pelat yang sangat tebal (ketebalan ekstrem) atau jika desain memerlukan jaminan ketangguhan patah melalui ketebalan dan embrittlement garis tengah yang minimal; kimia dan pemrosesan gaya FH40 membantu mempertahankan sifat yang seragam melalui penampang besar, meskipun dengan biaya pengadaan dan pemrosesan yang kemungkinan lebih tinggi.

Catatan akhir: Untuk aplikasi kritis, tentukan kriteria mekanik dan ketangguhan yang bergantung pada ketebalan yang diperlukan, kualifikasi prosedur pengelasan, dan pemeriksaan nondestruktif dalam kontrak. Konfirmasi sertifikat pabrik dan lakukan pengujian independen jika perlu untuk memastikan grade yang dipilih memenuhi persyaratan kinerja melalui ketebalan dan pengelasan yang spesifik proyek.