GI vs GA – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Baja galvanis celup panas (umumnya disebut GI) dan baja galvannealed (GA) adalah dua produk baja berlapis yang paling banyak digunakan dalam arsitektur, otomotif, peralatan, dan manufaktur industri umum. Insinyur dan profesional pengadaan secara rutin menyeimbangkan prioritas desain yang bersaing—ketahanan korosi versus kemampuan dicat, kemampuan dibentuk versus kemampuan dilas, dan biaya komponen versus kinerja siklus hidup—ketika memilih antara pelapisan ini.

Perbedaan teknis yang mendefinisikan adalah metalurgi: GI mempertahankan lapisan seng yang relatif murni di permukaan baja, sementara GA telah diperlakukan dengan panas untuk membentuk lapisan paduan seng–besi di antarmuka. Perbedaan itu mendorong kimia permukaan yang berbeda, respons mekanis dalam pembentukan dan penyambungan, serta perilaku penyelesaian hilir, yang merupakan alasan mengapa GI dan GA sering dibandingkan dalam desain produk dan pemilihan proses.

1. Standar dan Penunjukan

Standar dan spesifikasi utama yang mencakup baja galvanis celup panas dan galvannealed meliputi:

• ASTM/ASME
• ASTM A653 / A653M — Lembaran Baja, Berlapis Seng (Galvanis) atau Berlapis Paduan Seng-Besi (Galvannealed) dengan Proses Celup Panas.
• ASTM A879 / A879M — Lembaran Baja Galvanis Celup Panas, dll. (spesifikasi produk terkait)
• EN / CEN
• EN 10346 — Produk baja datar yang dilapisi celup panas secara kontinu (mencakup galvanis dan galvannealed).
• JIS (Jepang)
• JIS G3302 — Pelat, lembaran, dan strip baja berlapis seng celup panas (galvanis).
• JIS G3312 / standar terkait untuk bentuk galvanis dan galvannealed (penamaan produk bervariasi).
• GB / China
• GB/T 2518 dan GB/T 2519 (dan lainnya) — Umumnya dirujuk untuk lembaran dan strip berlapis seng celup panas.

Klasifikasi: GI dan GA adalah pelapisan yang diterapkan pada baja karbon/baja paduan rendah yang dilaminasi dingin. Kelas substrat biasanya adalah baja karbon rendah (baja karbon ringan / baja proses atau baja bebas interstitial) daripada baja tahan karat, HSLA, atau baja alat. Jenis pelapisan dibedakan sebagai seng (GI) atau paduan seng–besi (GA) daripada kelas metalurgi baja dasar yang berbeda.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Di bawah ini adalah perbandingan representatif dari komposisi kimia tipikal substrat baja yang digunakan untuk produk GI dan GA. Ini adalah rentang indikatif untuk baja produksi dingin karbon rendah komersial yang umumnya dipilih untuk galvanisasi/galvannealing; komposisi aktual harus diambil dari sertifikat pabrik pemasok atau spesifikasi yang berlaku.

Elemen	Rentang tipikal — substrat GI/GA (representatif)
C	0.01 – 0.12 wt%
Mn	0.10 – 0.80 wt%
Si	0.00 – 0.30 wt%
P	≤ 0.05 wt% (kontrol tipikal)
S	≤ 0.02 wt% (kontrol tipikal)
Cr	jejak – sering tidak ditambahkan secara sengaja
Ni	jejak – biasanya tidak ditambahkan
Mo	jejak – biasanya tidak ditambahkan
V	jejak – mungkin ada dalam varian mikro-paduan
Nb (Cb)	jejak – mungkin ada dalam baja mikro-paduan berkekuatan lebih tinggi
Ti	jejak – mungkin ada dalam baja bebas interstitial / stabilisasi
B	jejak (ppm) – digunakan dalam beberapa kelas HSLA
N	dikelola pada ppm rendah dalam baja IF

Catatan tentang strategi paduan: - Untuk GI/GA substrat biasanya adalah baja karbon rendah untuk mempertahankan kemampuan dibentuk dan membatasi retak yang disebabkan hidrogen selama pelapisan dan pemrosesan pasca-pelapisan. - Mikro-paduan (Nb, V, Ti) digunakan secara selektif untuk mencapai kekuatan lebih tinggi melalui presipitasi, sering dalam lini produk tertentu (misalnya, baja berkekuatan tinggi komersial) daripada dalam baja komoditas GI/GA standar. - Kimia pelapisan berbeda: GI sebagian besar mempertahankan seng metalik dengan sedikit penyerapan Fe di antarmuka; GA diproduksi dengan cara annealing di udara setelah galvanisasi untuk mempromosikan difusi Fe dan Zn, membentuk fase intermetallic seng–besi (misalnya, fase Γ, δ, ζ tergantung pada proses).

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan Mn terutama mengontrol kekuatan tarik dan kemampuan pengerasan—tingkat yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan dibentuk dan kemampuan dilas. - Si dan P dapat mempercepat reaksi galvanisasi (Si adalah elemen reaktor galvanisasi yang terkenal) dan mempengaruhi adhesi pelapisan dan ketebalan. - Elemen mikro-paduan (Nb, V, Ti) meningkatkan kekuatan dan dapat mempengaruhi kemampuan dilas dan kemampuan dibentuk jika ada dalam jumlah signifikan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Substrat (baik GI maupun GA): mikrostruktur baja ferritik karbon rendah yang dilaminasi panas/dingin dengan pearlite biasanya minimal atau tidak ada dalam baja karbon sangat rendah; varian mikro-paduan mungkin mengandung presipitat halus. - Mikrostruktur pelapisan GI: sebagian besar seng metalik dengan lapisan difusi kaya besi yang tipis di samping baja; lapisan seng luar relatif lunak, ulet, dan bebas dari lapisan senyawa intermetallic besar. - Mikrostruktur pelapisan GA: lapisan paduan seng–besi yang kontinu dihasilkan melalui annealing setelah galvanisasi celup panas. Lapisan ini mengandung fase intermetallic dengan kandungan besi yang lebih tinggi dan lebih keras serta lebih rapuh daripada lapisan seng murni.

Rute perlakuan panas/proses: - Galvanisasi (GI): baja dibersihkan, diflux, dan dicelup dalam bak seng cair; pendinginan membentuk lapisan luar yang sebagian besar murni seng. Tidak ada perlakuan panas paduan yang disengaja diterapkan setelah pencelupan. - Galvannealing (GA): setelah langkah celup panas, strip yang dilapisi di-anneal di udara atau atmosfer pengoksidasi (biasanya pada lini kontinu). Proses anneal mempromosikan difusi antara Zn dan Fe untuk menghasilkan pelapisan paduan. Suhu annealing, waktu, dan kecepatan lini mengontrol ketebalan lapisan paduan dan komposisi fase.

Efek pemrosesan: - Anneal GA dapat sedikit menyesuaikan substrat baja (tergantung pada suhu/waktu) dan dapat menghomogenkan tegangan sisa dari pengerjaan dingin sebelumnya; siklus termal ini dapat sedikit mempengaruhi sifat mekanis. - Perlakuan termo-mekanis pada substrat (misalnya, penggulungan terkontrol atau TMCP) relevan ketika produk GI/GA berkekuatan lebih tinggi diperlukan; proses pelapisan harus disesuaikan untuk menghindari cacat pelapisan.

4. Sifat Mekanis

Sifat mekanis produk berlapis tergantung terutama pada spesifikasi substrat dan pemrosesan pasca-pelapisan. Pelapisan itu sendiri memberikan kontribusi minimal terhadap perilaku tarik bulk tetapi sangat mempengaruhi perilaku lokal dalam pembengkokan, pembentukan, dan kekerasan permukaan.

Sifat	GI tipikal (berlapis seng celup panas)	GA tipikal (galvannealed)
Kekuatan tarik (UTS)	Tergantung pada substrat (misalnya, 270–420 MPa untuk kelas komersial umum)	Rentang tergantung pada substrat yang sama
Kekuatan luluh (offset 0.2%)	Tergantung pada substrat (misalnya, 140–350 MPa)	Rentang tergantung pada substrat yang sama
Peregangan (A%)	Tergantung pada substrat (misalnya, 20–35%)	Tergantung pada substrat tetapi GA dapat menunjukkan ulet lokal yang lebih rendah di permukaan
Kekerasan impak	Tergantung pada substrat; pelapisan memiliki efek bulk minimal	Kekerasan bulk serupa; kerapuhan pelapisan dapat mempengaruhi perilaku notch tepi
Kekerasan permukaan	Lapisan atas seng lunak (HV rendah)	Lapisan paduan seng–besi yang lebih keras dan lebih rapuh (kekerasan permukaan lebih tinggi)

Interpretasi: - Untuk kinerja mekanis bulk, bagian GI dan GA berperilaku serupa ketika kelas baja yang mendasarinya identik. Perbedaan muncul di antarmuka pelapisan/substrat: pelapisan GA lebih keras dan lebih rapuh, yang dapat mengurangi kemampuan dibentuk lokal dan meningkatkan kecenderungan retak pelapisan selama pembengkokan ketat atau pembentukan regangan yang parah. - Lapisan paduan GA memberikan kekerasan permukaan yang lebih tinggi dan adhesi cat yang lebih baik tetapi dapat mengorbankan jari-jari pembengkokan dan ulet tepi dibandingkan dengan GI.

5. Kemampuan Dilas

Kemampuan dilas tergantung pada kimia substrat, jenis pelapisan, dan kontrol proses.

Pengaruh kunci: - Kandungan karbon dasar dan paduan gabungan mengontrol kerentanan terhadap retak dingin dan kemampuan pengerasan. Karbon dan paduan yang lebih tinggi => lebih banyak pemanasan awal/pemanasan setelahnya diperlukan. - Jenis pelapisan mempengaruhi pengelasan titik dan busur: - GI (eksterior seng): seng menguap saat dipanaskan, menghasilkan porositas, percikan, dan potensi kerapuhan di zona las; perlindungan dan penyesuaian proses diperlukan. - GA (paduan seng–besi): lapisan paduan cenderung lebih stabil selama pengelasan titik resistensi dan dapat menghasilkan pembentukan nugget yang lebih baik dibandingkan GI, tetapi kandungan paduan lokal (Fe–Zn) mempengaruhi perilaku fusi.

Indeks kemampuan dilas yang berguna: - Ekivalen karbon (bentuk IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (prediktor retak soldering/seam las): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Gunakan rumus ini untuk mengukur kebutuhan pemanasan awal, kontrol suhu antar-lapis, atau perlakuan panas setelah pengelasan. Untuk baja berlapis GI dan GA, nilai $CE_{IIW}$ yang lebih rendah dan nilai $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan kemampuan dilas yang lebih mudah. - Dalam praktiknya, penghilangan pelapisan atau parameter pengelasan yang disesuaikan (arus lebih rendah, siklus lebih cepat, pengelasan titik pelepasan kapasitor untuk GI) digunakan untuk mengelola masalah pengelasan terkait seng. GA sering kali lebih konsisten dalam pengelasan titik resistensi karena lapisan paduan, tetapi pengelasan busur masih harus mengontrol efek uap seng.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

Baja berlapis non-tahan karat bergantung pada perlindungan pengorbanan seng. Perbedaan dalam kinerja korosi dan perilaku penyelesaian berasal dari morfologi dan kimia pelapisan.

• GI (seng celup panas): seng metalik luar memberikan perlindungan galvanik yang sangat baik; lapisan luar seng murni terkorosi secara preferensial dan membentuk produk korosi seng pelindung (misalnya, hidroksil karbonat seng) di banyak atmosfer.
• GA (galvannealed): lapisan paduan seng–besi memberikan perlindungan galvanik yang mirip dengan GI tetapi dengan karakteristik produk korosi yang berbeda. Permukaan yang dipaduan cenderung mempromosikan adhesi cat yang ketat dan perilaku flash-rust yang terkontrol yang sering kali menguntungkan untuk pengecatan selanjutnya.

Baja tahan karat: Jika material tahan karat dipertimbangkan, gunakan PREN untuk ketahanan korosi lokal: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini tidak berlaku untuk GI/GA karena itu adalah baja karbon dengan pelapisan berbasis seng.

Ketika indeks tidak berlaku: - Jangan menerapkan PREN pada baja galvanis; sebaliknya evaluasi kelas lingkungan yang diharapkan, ketebalan pelapisan seng (g/m^2 atau μm), dan sistem pasivasi atau pengecatan pasca-pelapisan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Dibentuk

Perilaku pembentukan dan penyelesaian sangat berbeda:

Kemampuan dibentuk: - GI: seng luar yang lebih ulet memungkinkan jari-jari pembengkokan yang lebih ketat dan kemampuan pembentukan regangan yang lebih baik dengan risiko retak pelapisan yang lebih sedikit. Namun, pembentukan berat dapat mengurangi atau memecahkan lapisan seng yang mengekspos baja telanjang. - GA: lapisan paduan lebih keras dan lebih rapuh, meningkatkan risiko retak pelapisan, pengelupasan, atau flaking selama pembentukan yang parah. GA sering dibatasi untuk aplikasi dengan pembentukan sedang atau di mana pengecatan diperlukan.

Pembengkokan dan penghematan: - GI mentolerir jari-jari pembengkokan yang lebih kecil dan operasi penghematan yang lebih parah tanpa kehilangan pelapisan yang signifikan. - GA memerlukan jari-jari pembengkokan yang lebih lembut dan alat yang dioptimalkan untuk menghindari kegagalan pelapisan.

Kemudahan pemesinan: - Kedua produk diproses terutama sebagai baja yang mendasarinya; pelapisan berkontribusi pada keausan alat dan variasi penyelesaian permukaan. Permukaan GA yang lebih keras dapat meningkatkan keausan abrasif pada alat pemotong; GI cenderung kurang abrasif.

Penyelesaian: - GA lebih disukai ketika adhesi cat selanjutnya sangat penting karena permukaan kaya besi memberikan ikatan kimia yang lebih baik dan lebih sedikit limpasan selama proses fosfat/pra-perlakuan. GI biasanya memerlukan pelapisan konversi atau pra-perlakuan untuk mencapai adhesi cat yang setara.

8. Aplikasi Tipikal

GI (Berlapis seng celup panas)	GA (Galvannealed)
Atap dan pelapis, talang, anggota struktural luar di mana ketahanan korosi dan biaya rendah adalah pendorong utama	Panel bodi otomotif (struktur dalam, beberapa panel luar dicat sebelumnya), bagian peralatan di mana kemampuan dicat dan pengelasan titik sangat penting
Peralatan pertanian, pagar, tiang tanda	Bagian yang memerlukan adhesi cat yang konsisten dan elektrocoating selanjutnya (e-coat)
Logam lembaran industri umum di mana kemampuan dibentuk dan perlindungan galvanik lapangan diperlukan	Komponen yang harus dilas (pengelasan titik resistensi) dan kemudian dicat, dan di mana kualitas tepi dan penampilan cat penting

Rasional pemilihan: - Pilih GI ketika perlindungan korosi pengorbanan, efisiensi biaya, dan kelenturan pembentukan adalah prioritas. - Pilih GA ketika sistem cat hilir, keseragaman permukaan, dan kompatibilitas pengelasan/rakitan diprioritaskan bahkan dengan biaya pelapisan yang sedikit lebih tinggi dan batas pembentukan yang berkurang.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: GI umumnya merupakan opsi biaya lebih rendah karena menghilangkan langkah annealing/paduan yang menciptakan GA. GA menambah pemrosesan (anneal di lini) dan kontrol kimia/lini yang lebih ketat, yang mengarah pada premium yang moderat.
• Ketersediaan: Baik GI maupun GA tersedia secara luas secara global dalam lembaran, gulungan, dan berbagai berat pelapisan. Ketersediaan GA mungkin lebih sempit di beberapa pasar regional atau berat/kelas pelapisan tertentu karena kemampuan lini; pengadaan harus memeriksa waktu pengiriman dan jumlah pesanan minimum.
• Bentuk produk: gulungan dan lembaran potong-panjang umum untuk keduanya; produk dicat sebelumnya dapat menggunakan GA atau GI yang diperlakukan tergantung pada proses cat.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan

Atribut	GI	GA
Kemampuan dilas (umum)	Baik dengan kontrol proses; masalah uap seng untuk pengelasan busur	Konsistensi yang lebih baik untuk pengelasan titik resistensi; lapisan paduan mempengaruhi fusi
Kekuatan–Kekerasan (substrat)	Tergantung pada substrat; pelapisan lunak	Substrat yang sama; pelapisan lebih keras di permukaan
Biaya	Lebih rendah (tanpa langkah anneal/paduan)	Lebih tinggi (tambahan anneal/pemrosesan)

Rekomendasi akhir - Pilih GI jika Anda memerlukan perlindungan korosi pengorbanan yang hemat biaya dengan kelenturan dan kemampuan dibentuk yang superior (misalnya, atap, struktur luar, komponen yang sangat dibentuk). GI adalah pilihan praktis ketika jari-jari ketat atau pembentukan yang parah diperlukan dan pengecatan bersifat opsional atau diterapkan di lapangan. - Pilih GA jika Anda memerlukan adhesi cat yang sangat baik, penampilan yang konsisten setelah pelapisan, dan perilaku yang lebih baik dalam pengelasan titik resistensi yang umum dalam manufaktur otomotif dan peralatan. GA lebih disukai ketika proses penyelesaian hilir (e-coat, powder coat, baking) dan keseragaman permukaan adalah pendorong desain.

Catatan penutup: GI dan GA bukanlah kelas baja alternatif dalam arti metalurgi tetapi opsi pelapisan/proses yang berbeda yang diterapkan pada substrat baja karbon rendah. Pilihan yang benar harus didasarkan pada penilaian terintegrasi tentang tingkat pembentukan, umur korosi yang diperlukan, metode pengelasan/penyambungan, persyaratan cat/penyelesaian, dan total biaya siklus hidup. Minta sertifikat pabrik dan data proses pelapisan dari pemasok untuk memvalidasi massa pelapisan (g/m²), komposisi fase (untuk GA), dan parameter lini saat menyelesaikan spesifikasi.