Galvalume vs Galvanized – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Galvalume dan baja galvanis adalah dua produk baja karbon berlapis yang paling umum digunakan dalam konstruksi, pembuatan peralatan, dan fabrikasi umum. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin mempertimbangkan perlindungan terhadap korosi, biaya, kemampuan dibentuk, dan kinerja penyambungan saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum meliputi: memilih panel atap untuk bangunan pesisir (ketahanan korosi vs perlindungan tepi), menentukan lembaran struktural untuk jalur fabrikasi (kemampuan las dan cat), dan memilih material untuk pelapisan jangka panjang (biaya awal vs pemeliharaan seumur hidup).

Perbedaan utama antara keduanya terletak pada sistem pelapisan yang diterapkan pada baja karbon dasar. Salah satunya menggunakan pelapisan hanya seng yang memberikan perlindungan pengorbanan (galvanik), sementara yang lainnya menggunakan pelapisan paduan aluminium-zinc yang menekankan perlindungan penghalang yang dilengkapi dengan aksi galvanik. Karena kedua produk adalah versi berlapis dari substrat baja karbon yang serupa, perbandingan menekankan pada kimia pelapisan dan kinerja daripada perubahan dalam metalurgi baja substrat.

1. Standar dan Penunjukan

Standar internasional dan keluarga spesifikasi yang mewakili yang mengatur produk baja datar berlapis meliputi:

• ASTM/ASME
• ASTM A653 — Pelapisan galvanis dan galvanis-aluminis (Z) dan pelapisan galvannealed pada lembaran dingin (varian Z, AZ, GA).
• ASTM A792 — Lembaran baja, dilapisi paduan Aluminium-Zinc 55% (umumnya dirujuk untuk Galvalume/AZ55).
• EN (Eropa)
• EN 10346 — Produk baja datar yang dilapisi secara terus-menerus dengan hot-dip (mencakup pelapisan Zn dan Al–Zn serta klasifikasinya).
• JIS (Jepang)
• JIS G3302 — Lembaran dan strip baja galvanis hot-dip (pelapisan seng).
• JIS G3321 — Baja yang dilapisi paduan aluminium-zinc (pelapisan Al–Zn).
• GB / standar nasional Tiongkok
• Spesifikasi seri GB/T untuk baja yang dilapisi hot-dip (mencakup produk berlapis Zn dan Al–Zn).

Klasifikasi: Baik produk Galvalume maupun galvanis adalah baja karbon berlapis (bukan stainless, alat, atau HSLA dalam arti penunjukan paduan). Substrat dasar umumnya adalah baja dingin atau baja panas dengan karbon rendah; produk berlapis yang lebih kuat dapat diproduksi menggunakan substrat HSLA atau mikro-paduan tetapi tetap merupakan produk baja karbon berlapis.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Baja berlapis ditentukan oleh kimia substrat dan oleh komposisi pelapisan. Kimia pelapisan adalah perbedaan yang menentukan:

• Galvanis: pelapisan pada dasarnya adalah seng logam (Zn) atau seng dengan tambahan/variabel kecil (misalnya, galvannealed adalah paduan Zn–Fe di permukaan).
• Galvalume (tipikal AZ55): secara nominal 55% Al / 43,4% Zn / 1,6% Si berdasarkan berat dalam paduan pelapisan (keluarga “AZ”; paduan kaya Al membentuk penghalang Al2O3 yang stabil).

Tabel — Rentang kimia substrat tipikal (wt%) untuk baja karbon berlapis komersial (catatan: komposisi tepat tergantung pada grade dan praktik pabrik):

Elemen	Rentang tipikal (wt%)	Komentar
C	0.02 – 0.12	Karbon rendah untuk menjaga kemampuan dibentuk dan kemampuan las
Mn	0.10 – 1.50	Kontrol kekuatan dan kemampuan pengerasan
Si	≤ 0.30 (sering <0.10)	Deoksidasi; Si yang lebih tinggi dapat mempengaruhi adhesi pelapisan
P	≤ 0.04	Impuritas; dijaga rendah untuk duktilitas dan pembentukan
S	≤ 0.05	Dikendalikan untuk kemampuan mesin; sulfida mempengaruhi kualitas permukaan
Cr	jejak – 0.30	Paduan minor di beberapa grade
Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	jejak – tambahan kecil	Digunakan dalam baja HSLA atau mikro-paduan; sering tidak ada dalam substrat komersial standar

Bagaimana strategi paduan mempengaruhi kinerja: - Karbon dan mangan terutama menentukan kekuatan dasar dan kemampuan pengerasan; C dan Mn yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan las dan kemampuan dibentuk. - Silikon dan fosfor mempengaruhi kimia permukaan dan adhesi pelapisan; Si yang sangat tinggi dapat menghasilkan baja “silicon-killed” yang mengubah pembasahan pelapisan. - Mikro-paduan (Nb, V, Ti) meningkatkan kekuatan melalui pengendapan dan kontrol ukuran butir tetapi dapat mempersulit pembentukan dan pengelasan jika digunakan tanpa kontrol proses.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Produk berlapis tipikal menggunakan substrat ferrit–pearlite atau ferrit–bainite dengan karbon rendah tergantung pada tingkat kekuatan dan pemrosesan. Substrat yang digulung dingin yang dimaksudkan untuk kemampuan dibentuk yang baik biasanya sepenuhnya ferritik dengan ferrit poligonal dan pearlite yang sangat halus, atau sepenuhnya ferritik di beberapa grade kekuatan rendah. - Untuk produk berlapis yang lebih kuat, mikro-paduan dan penggulungan terkontrol dapat menghasilkan ferrit yang lebih halus dengan karbida/nitrida yang terdispersi (karakteristik HSLA).

Efek perlakuan panas dan pemrosesan: - Aplikasi pelapisan biasanya dilakukan dengan pelapisan hot-dip kontinu (untuk Zn dan Al–Zn) di mana strip melewati bak cair dan kemudian didinginkan dengan udara atau paksa. Kimia bak dan kontrol pendinginan mengatur pertumbuhan lapisan intermetallic. - Annealing dan tempering sebelum pelapisan mengatur mikrostruktur substrat dan sifat mekanik; paparan termal pasca-pelapisan (misalnya, galvanneal) dapat menghasilkan lapisan difusi lokal (intermetallic Zn–Fe). - Normalisasi jarang dilakukan untuk lembaran berlapis dengan ketebalan tipis; pendinginan & tempering atau perlakuan panas berat biasanya hanya dilakukan ketika grade substrat membutuhkan kekuatan lebih tinggi, dalam hal ini pertimbangan pelapisan (stabilitas termal pelapisan, difusi) harus dikelola. - Untuk Galvalume, kandungan Al membentuk lapisan intermetallic/intermixed Al–Fe yang melindungi di antarmuka baja/pelapisan; untuk pelapisan galvanis, lapisan intermetallic Fe–Zn (misalnya, fase Gamma, Delta) terbentuk dan mempengaruhi adhesi dan kerapuhan.

4. Sifat Mekanik

Karena produk Galvalume dan galvanis memiliki substrat yang serupa, sifat mekanik terutama ditentukan oleh baja dasar dan pemrosesan. Pelapisan memberikan kontribusi minimal terhadap tegangan tarik/hasil tetapi mempengaruhi inisiasi retak yang terkait dengan permukaan (misalnya, retak pelapisan selama pembentukan).

Tabel — Rentang sifat mekanik tipikal untuk baja karbon berlapis dingin yang diproduksi secara komersial (indikatif; tergantung pada grade substrat dan temper):

Sifat	Rentang tipikal	Catatan
Kekuatan tarik (Rm)	270 – 450 MPa	Nilai yang lebih tinggi mungkin untuk substrat HSLA
Kekuatan hasil (Rp0.2 atau ReH)	140 – 350 MPa	Tergantung pada grade (komersial vs kekuatan tinggi)
Peregangan (A%)	15 – 40%	Jenis pelapisan memiliki efek langsung yang minimal
Kekerasan dampak	sedang hingga baik (tergantung suhu)	Ditentukan oleh mikrostruktur substrat
Kekerasan	rendah hingga sedang (HV relatif terhadap substrat)	Kekerasan pelapisan bervariasi; pelapisan Galvalume dapat lebih keras daripada Zn murni

Interpretasi: - Tidak ada pelapisan yang secara substansial mengubah kekuatan inti; pilih grade substrat untuk memenuhi persyaratan struktural. - Pilihan pelapisan mempengaruhi ketangguhan permukaan dan kerentanan terhadap retak pelapisan selama pembengkokan — pelapisan Galvalume biasanya lebih keras dan mungkin menunjukkan lebih banyak retak yang terlihat pada tikungan tajam dibandingkan pelapisan Zn yang ductile.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las didominasi oleh kimia substrat dan perilaku pelapisan di bawah panas:

• Pembuangan pelapisan di zona las: kedua pelapisan terbakar atau dipindahkan di zona fusi dan dapat menghasilkan asap; pembersihan awal dan ekstraksi asap yang tepat diperlukan.
• Tingkat karbon substrat dan paduan menentukan kemampuan pengerasan dan kerentanan terhadap retak dingin. Gunakan metrik setara karbon yang diterima untuk menilai kebutuhan pemanasan awal/pemanasan input.

Indeks kemampuan las yang berguna (contoh): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretasi kualitatif: - Substrat karbon rendah, paduan rendah yang digunakan untuk lembaran berlapis biasanya menghasilkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang rendah, menunjukkan kemampuan las yang baik dengan proses standar (GMAW, SMAW, pengelasan resistensi). - Pelapisan Al–Zn Galvalume dapat menciptakan oksida aluminium refraktori dan peningkatan percikan/asap; parameter pengelasan dan pembersihan sedikit berbeda dari produk galvanis (Zn). - Pelapisan galvanis memberikan perlindungan korosi pengorbanan yang lebih baik di tepi potong tetapi dapat meningkatkan risiko porositas jika Zn menguap selama proses panas tinggi; prosedur pengelasan yang tepat dan ventilasi diperlukan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

Mekanisme perlindungan: - Galvanis (pelapisan Zn): perlindungan utama adalah galvanik (pengorbanan) — seng terkorosi secara preferensial dan memberikan perlindungan katodik pada baja yang terpapar di goresan dan tepi potong. Seiring waktu, produk korosi seng menempel dan memberikan beberapa penghalang. - Galvalume (pelapisan paduan Al–Zn): perlindungan utama adalah penghalang Al-oksida yang padat yang terbentuk di permukaan, yang tahan terhadap korosi; komponen Zn menawarkan perlindungan galvanik sekunder di mana pelapisan dilanggar.

Ketika sifat stainless relevan, PREN digunakan untuk memperkirakan ketahanan pitting: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Catatan: PREN tidak berlaku untuk baja karbon berlapis non-stainless; ini disertakan sebagai indikator referensi stainless.

Implikasi praktis: - Paparan atmosfer: Galvalume biasanya menunjukkan ketahanan korosi atmosfer umum yang lebih baik dan umur panjang untuk pelapisan atap dan dinding di banyak lingkungan. - Kerusakan tepi dan mekanis: Pelapisan galvanis sering memberikan perlindungan pengorbanan yang lebih baik di tepi potong dan goresan dalam karena seng lebih anodic. - Lingkungan laut dan sangat korosif: tidak ada pelapisan yang setara dengan baja stainless; Galvalume seringkali lebih unggul daripada Zn di beberapa atmosfer laut tetapi efek galvanik lokal dan kerusakan mekanis harus dipertimbangkan. Pemilihan material harus didasarkan pada pengujian korosi spesifik atau riwayat layanan.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Pemotongan dan pemangkasan: keduanya berkinerja serupa; pelapisan Galvalume yang lebih keras dapat menghasilkan sedikit peningkatan keausan alat dan pembentukan burr yang berbeda.
• Pembentukan dan pembengkokan: Pelapisan galvanis (Zn murni) biasanya lebih ductile dan lebih baik menahan retak yang terlihat pada tikungan tajam dibandingkan pelapisan Al–Zn. Pembengkokan dengan radius ketat mungkin memerlukan pelumasan dan desain cetakan yang hati-hati untuk Galvalume agar terhindar dari retak pelapisan.
• Pengetukan dan pencetakan: Galvalume mungkin menghasilkan pengelupasan pelapisan yang lebih nyata jika alat tidak dioptimalkan; galvanneal (paduan seng-besi) dapat memberikan adhesi cat yang lebih baik untuk penyelesaian selanjutnya.
• Pengecatan dan penyelesaian: adhesi cat tergantung pada perlakuan permukaan awal. Permukaan galvanneal dan seng yang diperlakukan sebelumnya sering memberikan ikatan cat yang lebih baik; Galvalume biasanya dicat dengan baik jika diperlakukan dengan benar dan mungkin memerlukan kimia perlakuan awal yang berbeda.

8. Aplikasi Tipikal

Galvalume (berlapis Al–Zn)	Galvanis (berlapis Zn)
Panel atap dan siding di mana umur panjang dan perlindungan penghalang dihargai	Anggota struktural, rangka, pengikat, talang di mana perlindungan tepi pengorbanan penting
Layanan suhu tinggi (sifat reflektif panas dari lapisan Al)	Pagar, purlin, stud, dan bagian yang dibentuk dingin
Rumah peralatan dan saluran HVAC di mana ketahanan korosi dan penampilan penting	Panel dalam otomotif, komponen sasis (sering galvannealed untuk kemampuan cat)
Bangunan industri, gudang, dan struktur pertanian	Logam lembaran tujuan umum, pipa, dan tabung yang ekonomis dan tersedia luas

Rasional pemilihan: - Pilih Galvalume di mana ketahanan korosi atmosfer jangka panjang dan reflektivitas termal penting dan di mana tepi dapat dirinci untuk menghindari paparan cepat terhadap elemen korosif. - Pilih Galvanis di mana biaya dan perlindungan pengorbanan di tepi potong, pengikat, atau area yang rentan terhadap kerusakan mekanis adalah pertimbangan dominan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Produk galvanis (Z) umumnya lebih murah per unit area dibandingkan Galvalume (AZ55) karena biaya aluminium dalam pelapisan. Harga aktual berfluktuasi dengan pasar komoditas Zn dan Al.
• Ketersediaan: Kedua pelapisan tersedia luas dalam gulungan, lembaran, panel, dan produk yang dicat sebelumnya di seluruh dunia. Galvanis secara historis adalah yang paling umum dan mungkin lebih mudah tersedia dalam beberapa bentuk komoditas; Galvalume umumnya tersedia untuk pasar atap dan pelapisan.
• Bentuk produk: gulungan, lembaran, panel berlapis cat yang dicat sebelumnya, gulungan atap, dan profil yang dibentuk. Waktu tunggu biasanya singkat untuk ketebalan dan lebar standar, lebih lama untuk paduan khusus atau penyelesaian yang dicat sebelumnya.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel — Ringkasan komparatif (kualitatif)

Metrik	Galvalume (Al–Zn)	Galvanis (Zn)
Kemampuan las	Baik (memerlukan perhatian terhadap asap terkait Al)	Baik (manajemen uap/asap Zn diperlukan)
Kekuatan–Ketangguhan (dikendalikan substrat)	Serupa (pilihan substrat mengatur)	Serupa (pilihan substrat mengatur)
Ketahanan Korosi (atmosfer umum)	Lebih tinggi (penghalang + galvanik)	Baik (perlindungan pengorbanan yang kuat)
Perlindungan tepi/potong	Sedang (kurang pengorbanan di tepi)	Lebih baik (perlindungan pengorbanan di tepi yang terpapar)
Kemampuan dibentuk / dibengkokkan	Sedang (pelapisan lebih keras; perhatikan radius ketat)	Lebih baik (pelapisan lebih ductile)
Biaya	Lebih tinggi (Al dalam pelapisan)	Lebih rendah (umumnya ekonomis)

Pilih Galvalume jika: - Ketahanan korosi atmosfer jangka panjang dan estetika untuk atap, siding, atau kulit peralatan adalah prioritas. - Reflektivitas termal atau perlindungan penghalang yang superior diinginkan dan perincian meminimalkan paparan berkepanjangan pada tepi potong. - Anda menerima biaya material yang sedikit lebih tinggi untuk umur layanan yang lebih lama.

Pilih Galvanis jika: - Sensitivitas biaya, perlindungan pengorbanan di tepi potong, atau penanganan mekanis berat mendominasi kriteria pemilihan. - Aplikasi mencakup rangka struktural, pengikat, atau lembaran tujuan umum di mana kemampuan dibentuk dan perlindungan tepi penting. - Ketersediaan rantai pasokan dan biaya modal yang rendah adalah pendorong signifikan.

Catatan akhir: Karena kinerja mekanik didominasi oleh substrat, selalu tentukan grade baja dasar yang benar dan temper untuk memenuhi persyaratan struktural, dan tentukan berat/ketebalan pelapisan serta perlakuan pasca-pelapisan (cat, pasivasi, galvannealing) untuk memenuhi kebutuhan korosi dan fabrikasi. Ketika ragu, minta pengujian korosi komparatif untuk kelas paparan yang dimaksudkan dan konfirmasi kompatibilitas las/proses dengan pembuat Anda.