HPB300 vs HRB400 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
HPB300 dan HRB400 adalah dua jenis baja karbon yang banyak digunakan untuk batang penguat dan stok batang struktural umum. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi trade-off antara batang halus yang lebih murah dan lebih ulet dengan batang yang lebih kuat dan terdeformasi (beralur). Konteks keputusan yang umum termasuk apakah akan memprioritaskan kemudahan pembentukan dan pengelasan (sering relevan untuk bengkel fabrikasi kecil dan pengikat) versus kekuatan hasil yang lebih tinggi dan ikatan yang lebih baik dengan beton (relevan untuk desain struktural, seismik, dan beban berat).
Perbedaan fungsional utama antara keduanya adalah bahwa satu diproduksi sebagai batang halus yang dioptimalkan untuk ulet dan pembentukan sederhana, sementara yang lainnya diproduksi dengan deformasi permukaan dan pemrosesan atau mikroaloy untuk mencapai kekuatan hasil desain yang lebih tinggi. Perbedaan operasional ini mendorong sebagian besar pilihan hilir dalam desain, fabrikasi, dan pengadaan.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar umum di mana jenis ini atau yang setara muncul:
- GB/T (Cina): Seri GB/T 1499 untuk batang beralur dan halus yang dilas panas.
- EN (Eropa): EN 10080 (baja penguat yang dapat dilas) dan penunjukan rebar nasional.
- ASTM/ASME (AS): ASTM A615/A706 (batang baja karbon untuk penguatan beton); bukan nama satu-ke-satu langsung tetapi kelas kinerja yang sebanding.
- JIS (Jepang): JIS G3112 dan standar terkait untuk batang baja lunak.
- Klasifikasi material:
- HPB300: batang halus, baja karbon panas yang rendah → baja karbon/baja karbon paduan rendah (digunakan untuk penguatan dan tujuan umum).
- HRB400: batang beralur yang dilas panas dengan peringkat hasil yang lebih tinggi → terutama baja karbon yang sering diproduksi dengan karakteristik mikroaloy atau TMCP (baja karbon paduan rendah/tinggi kekuatan).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Kedua jenis memiliki keluarga yang sama (baja karbon untuk rebar), tetapi filosofi paduan mereka berbeda. Komposisi yang tepat tergantung pada standar nasional spesifik dan praktik pabrik. Tabel di bawah ini merangkum karakteristik komposisi tipikal daripada batas numerik tetap; untuk spesifikasi dan pengadaan, selalu rujuk pada standar sertifikasi dan laporan uji pabrik.
| Elemen | HPB300 (peran tipikal) | HRB400 (peran tipikal) |
|---|---|---|
| C | Karbon rendah untuk ulet dan dapat dilas (terkontrol karbon) | Karbon rendah hingga sedang, seimbang untuk meningkatkan kekuatan sambil mempertahankan kemampuan bentuk |
| Mn | Terkontrol untuk memberikan penguatan dan kemampuan pengerasan | Mn lebih tinggi daripada HPB300 dalam beberapa proses untuk meningkatkan kekuatan |
| Si | Ada sebagai deoksidator; efek penguatan kecil | Peran serupa; dapat disesuaikan untuk penggulungan dan kontrol kekuatan |
| P | Dijaga rendah sebagai kotoran untuk menghindari kerapuhan | Dijaga rendah; batas yang lebih ketat sering digunakan untuk batang kelas lebih tinggi |
| S | Dijaga minimal (pengolahan bebas bukan tujuan utama) | Minimal; terkontrol untuk menghindari kekurangan panas dan cacat las |
| Cr | Biasanya tidak ada atau jejak | Jejak dapat ada dalam varian mikroaloy untuk kemampuan pengerasan |
| Ni | Umumnya tidak ada | Sebagian besar tidak ada; hanya ada dalam paduan khusus |
| Mo | Biasanya tidak ada | Jarang; dapat muncul dalam kelas paduan yang dirancang |
| V | Tidak tipikal | Dapat ditambahkan sebagai mikroaloy (vanadium) untuk memperhalus butir dan memperkuat presipitasi |
| Nb (Niobium) | Tidak tipikal | Mikroaloy umum untuk meningkatkan hasil melalui presipitat halus dan pemurnian butir |
| Ti | Jarang; digunakan dalam kasus terbatas untuk kontrol butir | Dapat digunakan bersama Nb/Ti untuk penguatan presipitasi |
| B | Tidak tipikal | Tingkat jejak mungkin ada dalam paduan yang dikendalikan dengan kekuatan tinggi |
| N | Residu; dapat berinteraksi dengan Ti/Nb | Terkontrol untuk mengelola presipitat dan ketangguhan |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan adalah kontributor kekuatan utama tetapi meningkatkan kemampuan pengerasan dan dapat mengurangi kemampuan las dan ulet jika berlebihan. - Unsur mikroaloy (Nb, V, Ti) digunakan dalam jumlah kecil untuk memperoleh kekuatan hasil yang lebih tinggi tanpa peningkatan besar dalam kandungan karbon dengan mempromosikan pemurnian butir dan penguatan presipitasi. - Deoksidator (Si, Al) dan kotoran (P, S) dikendalikan untuk melindungi ketangguhan, kemampuan las, dan kualitas permukaan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Rute fabrikasi tipikal:
- Kedua jenis umumnya diproduksi dengan penggulungan panas. HPB300 biasanya adalah batang halus yang dilas panas dengan mikrostruktur ferit–pearlit yang disesuaikan untuk ulet. HRB400 diproduksi baik dengan penggulungan panas dengan penggulungan dan pendinginan yang terkontrol (pemrosesan terkontrol termo-mekanis, TMCP) atau melalui mikroaloy yang dikombinasikan dengan jadwal penggulungan untuk menghasilkan matriks ferit–pearlit yang lebih halus dan, dalam beberapa kasus, bercak bainit yang meningkatkan kekuatan.
- Kontras mikrostruktural:
- HPB300: Ferit-pearlit yang lebih kasar, memprioritaskan ulet dan perpanjangan yang seragam. Ukuran butir cenderung lebih besar daripada batang yang diproses dengan kekuatan tinggi.
- HRB400: Ferit butir halus dengan presipitat karbida/nitride yang tersebar (dari Nb, V, Ti), mungkin merupakan mikrokonstituen bainit tergantung pada laju pendinginan. Permukaan beralur meningkatkan interlock mekanis saat tertanam dalam beton.
- Respons perlakuan panas:
- Batang ini biasanya tidak dikenakan pendinginan dan tempering dalam produksi rebar standar. Di mana kinerja mekanis yang lebih tinggi diperlukan, sifat gaya HRB400 dicapai melalui TMCP, pendinginan terkontrol, atau kimia mikroaloy daripada siklus pendinginan dan tempering penuh.
- Jika dipanaskan kembali atau dinormalisasi setelah digulung, keduanya merespons dengan menyesuaikan ukuran butir dan distribusi pearlit/simenit, mempengaruhi ketangguhan dan hasil. Presipitat mikroaloy batang kekuatan tinggi sensitif terhadap riwayat termal — overaging dapat mengurangi efektivitas.
4. Sifat Mekanik
Penunjukan jenis menunjukkan kinerja kekuatan hasil minimum; sisa perilaku mekanis dipengaruhi oleh pemrosesan dan kimia.
| Sifat | HPB300 | HRB400 |
|---|---|---|
| Kekuatan Hasil Minimum | 300 MPa (dasar penunjukan) | 400 MPa (dasar penunjukan) |
| Kekuatan Tarik | Sedang; dirancang untuk memberikan perpanjangan ulet | Kekuatan tarik akhir yang lebih tinggi karena proses dan mikroaloy |
| Perpanjangan (ulet) | Biasanya lebih tinggi daripada HRB400; perpanjangan seragam yang lebih baik untuk pembentukan | Ulet lebih rendah daripada HPB300 tetapi memadai untuk kebutuhan struktural |
| Ketangguhan Dampak | Umumnya baik pada suhu ambien; tergantung pada kontrol pabrik penggulungan | Dirancang untuk memberikan ketangguhan yang memadai; dapat dioptimalkan melalui TMCP dan mikroaloy |
| Kekerasan | Kekerasan permukaan dan inti yang lebih rendah; mudah untuk diproses/dibentuk | Kekerasan lebih tinggi yang sesuai dengan kekuatan hasil dan tarik yang lebih tinggi |
Penjelasan: - HRB400 dirancang untuk memberikan kekuatan hasil dan tarik yang lebih tinggi terutama melalui pemrosesan mekanis dan mikroaloy. Itu meningkatkan kekerasan dan mengurangi perpanjangan seragam dibandingkan dengan HPB300, yang dioptimalkan untuk kemudahan pembentukan dan kemampuan las. Ketangguhan tergantung pada laju pendinginan dan kebersihan; kedua jenis dapat mencapai ketangguhan yang memuaskan jika diproses dan ditentukan dengan benar.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las tergantung pada kandungan karbon, kemampuan pengerasan (dipengaruhi oleh Mn dan mikroaloy), dan elemen residu.
Ukuran setara karbon yang berguna (interpretasi kualitatif; masukkan untuk panduan penilaian): - Setara karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Rumus Pcm untuk kerentanan terhadap 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: - HPB300: Karbon efektif yang lebih rendah dan lebih sedikit presipitat mikroaloy umumnya diterjemahkan menjadi nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah, membuatnya lebih mudah untuk dilas dengan proses umum dan memerlukan pemanasan awal yang lebih sedikit. - HRB400: Kekuatan yang lebih tinggi dan kemungkinan penambahan mikroaloy meningkatkan kemampuan pengerasan dan oleh karena itu risiko zona terpengaruh panas yang keras dan rapuh jika dilas dengan tidak benar. Pemanasan awal, kontrol suhu antar proses, dan pemilihan pengisi yang tepat lebih mungkin diperlukan untuk HRB400, terutama untuk bagian yang lebih tebal dan di lingkungan dingin. - Selalu gunakan kimia pabrik yang sebenarnya untuk menghitung $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ dan ikuti spesifikasi prosedur pengelasan (WPS) dan prosedur yang memenuhi syarat.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik HPB300 maupun HRB400 adalah baja karbon dan oleh karena itu tidak secara inheren tahan korosi seperti jenis stainless. Strategi perlindungan termasuk:
- Galvanisasi celup panas, pelapisan epoksi, atau pelapisan polimer untuk paparan yang parah.
- Penutup beton dan kualitas beton juga merupakan kontrol korosi utama untuk rebar dalam beton bertulang.
- PREN (Angka Setara Ketahanan Pitting) tidak berlaku untuk jenis non-stainless ini, tetapi untuk konteks: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (Gunakan ini hanya untuk paduan stainless; baja HPB/HRB berada di luar ruang lingkupnya.)
- Panduan pemilihan:
- Gunakan varian rebar yang dilapisi atau tahan korosi jika paparan klorida atau lingkungan laut berlaku. Batang dengan kekuatan lebih tinggi (HRB400) tidak secara inheren menawarkan kinerja korosi yang lebih baik.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemrosesan, dan Kemudahan Pembentukan
- Pemotongan: Kedua jenis mudah dipotong atau dipotong dengan obor; pemotongan abrasif dan mekanis mengalami sedikit keausan alat yang lebih tinggi pada HRB400 karena kekerasan yang lebih tinggi.
- Pembengkokan/pembentukan: HPB300 lebih mudah dibengkokkan dan dibentuk dingin karena ulet yang lebih tinggi. HRB400 memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar dan kontrol yang lebih ketat untuk menghindari patah atau kehilangan sifat mekanis.
- Kemudahan pemrosesan: Keduanya tidak dioptimalkan sebagai pemrosesan bebas; HRB400 mungkin sedikit lebih sulit untuk diproses.
- Ulir dan heading dingin: HPB300 berkinerja lebih baik di mana pekerjaan dingin yang luas diperlukan; HRB400 dapat digunakan tetapi mungkin memerlukan toleransi termal atau mekanis untuk risiko pemulihan dan patah.
- Kondisi permukaan: Paku HRB400 mempengaruhi alat dan peralatan pembentukan; HPB300 yang halus lebih sederhana untuk pembentukan dingin tanpa sambungan di bengkel kecil.
8. Aplikasi Tipikal
| HPB300 (batang halus) | HRB400 (batang beralur) |
|---|---|
| Penguatan ringan (pengikat, stirrup, dowel diameter kecil) | Penguatan utama untuk anggota beton struktural (balok, kolom, pelat) |
| Fitting dan komponen prefabrikasi di mana pembengkokan/pembentukan sering terjadi | Struktur seismik dan beban tinggi di mana kekuatan hasil yang lebih tinggi diperlukan |
| Pekerjaan sementara, penyangga, dan titik stres desain rendah | Jembatan, tiang fondasi, rangka beton bertingkat tinggi |
| Stok batang tujuan umum, blanko pengikat di mana ulet diprioritaskan | Aplikasi yang membutuhkan kekuatan ikatan yang lebih baik dengan beton (permukaan beralur) |
Rasional pemilihan: - Pilih HPB300 untuk komponen yang membutuhkan pembentukan dingin yang luas, pengelasan yang mudah, atau ketika minimisasi biaya sangat penting dan beban desain sedang.
- Pilih HRB400 ketika kode struktural memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi, mengurangi jumlah batang penguat (karena kekuatan yang lebih tinggi), atau ketika pengikatan mekanis yang lebih baik dengan beton sangat penting.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif:
- HPB300 biasanya memiliki biaya lebih rendah per kg karena kimia dan persyaratan penggulungan yang lebih sederhana.
- HRB400 biasanya memerlukan biaya lebih tinggi karena penggulungan yang terkontrol, mikroaloy, dan nilai tambah dari kekuatan yang lebih tinggi.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk:
- Keduanya tersedia luas dalam bentuk gulungan, panjang potong, dan bentuk rebar yang diproduksi di banyak pasar. HRB400 sering menjadi jenis default untuk penguatan struktural modern dan oleh karena itu mungkin memiliki ketersediaan lokal yang sama atau lebih baik dalam rantai pasokan beton bertulang.
- Catatan pengadaan: Biaya siklus hidup (penghematan jumlah material dan pengurangan transportasi karena kekuatan yang lebih tinggi per unit berat) dapat mengimbangi biaya per unit yang lebih tinggi untuk HRB400 dalam banyak proyek struktural.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Sifat | HPB300 | HRB400 |
|---|---|---|
| Kemampuan Las | Lebih baik (lebih mudah dilas secara umum) | Baik, tetapi memerlukan lebih banyak kontrol dan kadang-kadang pemanasan awal |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang dengan ulet yang lebih tinggi | Kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan yang dirancang melalui TMCP/mikroaloy |
| Biaya | Biaya material awal lebih rendah | Biaya awal lebih tinggi, potensi penghematan siklus hidup |
Rekomendasi akhir: - Pilih HPB300 jika Anda membutuhkan batang halus yang mudah dibentuk dan dilas untuk penguatan ringan, fitting, atau aplikasi di mana ulet dan biaya rendah menjadi prioritas dan beban desain sedang.
- Pilih HRB400 jika kode desain, beban struktural, atau persyaratan seismik mengharuskan kekuatan hasil yang lebih tinggi dan karakteristik ikatan yang lebih baik, dan jika bengkel fabrikasi dapat mengakomodasi kontrol pengelasan dan pembengkokan yang lebih ketat.
Ketika menentukan salah satu jenis, selalu rujuk pada standar yang berlaku (sertifikat uji pabrik), minta komposisi kimia yang sebenarnya dan hasil uji mekanis, dan jika pengelasan diperlukan, hitung metrik setara karbon (misalnya $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$) untuk menetapkan prosedur pemanasan awal dan kualifikasi pengelasan yang sesuai.