HRB400 vs HRB500E – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
HRB400 dan HRB500E adalah baja tulangan bergelombang yang banyak digunakan dalam konstruksi dan struktur rekayasa. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara biaya, kemampuan konstruksi, kapasitas mekanis, dan kinerja seismik saat memilih antara kelas-kelas ini. Konteks keputusan yang umum termasuk desain beton bertulang di mana kekuatan yang lebih tinggi dapat mengurangi ukuran penampang, dibandingkan dengan proyek di mana duktilitas dan dissipasi energi dalam gempa sangat penting.
Perbedaan teknis utama adalah bahwa HRB500E ditentukan untuk memberikan kekuatan luluh sekitar 25% lebih tinggi dibandingkan HRB400 sambil juga memenuhi kriteria duktilitas dan kinerja seismik yang ditingkatkan. Karena keduanya adalah baja karbon yang diproduksi sebagai batang tulangan bergelombang, mereka biasanya dibandingkan untuk pertimbangan desain struktural, fabrikasi, dan pengelasan.
1. Standar dan Penunjukan
Standar dan penunjukan utama yang relevan dengan HRB400 dan HRB500E: - GB/T 1499 (Cina) — Penunjukan HRB berasal dari sini (batang bergelombang yang diproduksi dengan cara hot-rolled). - EN 1992 / EN 10080 (Eropa) — kelas yang sebanding ada (seri B500, B400). - ASTM/ASME — penomoran yang berbeda (misalnya, ASTM A615/A706 untuk batang tulangan) tetapi perbandingan berbasis kinerja adalah mungkin. - JIS (Jepang) — JIS G3112 dan standar terkait mencakup ekuivalen rebar.
Klasifikasi berdasarkan jenis baja: - Baik HRB400 maupun HRB500E adalah baja karbon dengan mikroaloying sesuai kebutuhan — mereka bukan baja tahan karat atau baja alat. - Mereka termasuk dalam kategori baja tulangan gaya konstruksi/HSLA: terutama baja karbon struktural dengan kimia dan pemrosesan yang terkontrol untuk mendapatkan kekuatan dan duktilitas yang diperlukan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut merangkum keberadaan elemen tipikal dan peran metalurgi untuk setiap kelas. Batasan yang tepat bervariasi berdasarkan standar dan pemasok; konsultasikan sertifikat pabrik untuk batch tertentu.
| Elemen | HRB400 — Peran tipikal | HRB500E — Peran tipikal |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Karbon rendah hingga sedang untuk menyeimbangkan kekuatan dan kemampuan pengelasan; kontributor utama kekuatan. | Kandungan karbon sedikit lebih tinggi atau terkontrol; seimbang untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi tanpa mengurangi kemampuan pengelasan secara berlebihan. |
| Mn (Mangan) | Deoksidator utama dan penguat larutan padat; mendukung tarik/luluh. | Seringkali serupa atau sedikit meningkat untuk meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan. |
| Si (Silikon) | Deoksidator; jumlah kecil untuk kekuatan. | Peran serupa; dibatasi untuk mempertahankan duktilitas dan sifat pengelasan. |
| P (Fosfor) | Dijaga rendah; embrittlement dan pengurangan ketangguhan jika berlebihan. | Tingkat rendah yang terkontrol, terutama untuk kelas seismik. |
| S (Belerang) | Dijaga rendah; mempengaruhi kemampuan mesin tetapi mengurangi ketangguhan/kepengasan jika tinggi. | Tingkat rendah yang ditentukan; S berlebihan dihindari. |
| Cr, Ni, Mo | Umumnya minimal dalam rebar umum; terbatas kecuali rebar paduan khusus. | HRB500E mungkin mengandung jejak untuk kemampuan pengerasan atau mikroaloying, tetapi bukan rebar tahan karat/paduan rendah berdasarkan komposisi. |
| V, Nb, Ti (mikroaloying) | Kadang-kadang ditambahkan dalam jumlah kecil untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan/ketangguhan. | HRB500E umumnya menggunakan mikroaloying dan pemrosesan termo-mekanis untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi dan duktilitas yang lebih baik. |
| B (Boron) | Jarang dalam rebar; digunakan dalam jumlah kecil ketika kontrol kemampuan pengerasan diperlukan. | Serupa — biasanya tidak ada dalam jumlah signifikan. |
| N (Nitrogen) | Terontrol; mempengaruhi perilaku presipitasi luluh dan mikroaloy. | Terontrol untuk mendukung sifat mekanis yang diperlukan. |
Ringkasan strategi paduan: - HRB400 dicapai terutama melalui kimia dan penggulungan konvensional, memprioritaskan kemampuan pengelasan dan duktilitas pada kekuatan luluh nominal 400 MPa. - HRB500E mencapai kekuatan luluh nominal yang lebih tinggi dan duktilitas seismik sering kali melalui kombinasi kimia yang sedikit disesuaikan (misalnya, Mn terkontrol dan mikroaloying) serta penggulungan termo-mekanis/pendinginan terkontrol daripada peningkatan besar dalam karbon.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - HRB400: mikrostruktur yang didominasi ferrite-pearlite dalam rebar yang diproses secara konvensional; ukuran butir yang cukup kasar tergantung pada penggulungan dan pendinginan. - HRB500E: konstituen ferrite-pearlite yang lebih halus atau bainitik/martensit yang dipanaskan dalam beberapa produk yang diproses secara termo-mekanis; pemurnian butir dan penguatan presipitasi dari mikroaloying membantu mencapai kekuatan yang lebih tinggi.
Efek pemrosesan: - Normalisasi atau pendinginan terkontrol setelah penggulungan memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan untuk kedua kelas. - Pendinginan & pemanasan kembali tidak umum untuk rebar standar karena biaya, tetapi pemrosesan terkontrol termo-mekanis (TMCP) sering digunakan untuk HRB500E untuk menghasilkan mikrostruktur butir halus dengan kekuatan dan duktilitas yang lebih baik. - Penggunaan elemen mikroaloy (V, Nb, Ti) dengan penggulungan terkontrol mendorong penguatan presipitasi dan pemurnian butir, meningkatkan kekuatan tanpa penalti karbon yang besar.
4. Sifat Mekanis
Sifat nominal dan kualitatif standar:
| Sifat | HRB400 | HRB500E |
|---|---|---|
| Kekuatan luluh nominal | ~400 MPa (penunjukan) | ~500 MPa (penunjukan) |
| Kekuatan tarik | Sedang; memadai untuk desain beton bertulang konvensional | Kekuatan akhir yang lebih tinggi untuk mencocokkan kekuatan luluh yang lebih tinggi; margin yang lebih besar tetapi tergantung pada pemrosesan |
| Peregangan (duktilitas) | Baik; biasanya lebih tinggi daripada batang kekuatan tinggi non-seismik | Dirancang untuk mempertahankan peregangan/duktilitas yang baik meskipun kekuatan lebih tinggi (huruf "E" menunjukkan duktilitas seismik yang ditingkatkan) |
| Ketangguhan impak | Memadai untuk lingkungan tipikal; tergantung pada suhu dan produksi | Ditentukan untuk memenuhi persyaratan ketangguhan seismik; biasanya memiliki penyerapan energi yang lebih baik per unit massa |
| Kekerasan | Lebih rendah daripada HRB500E dalam kondisi yang sebanding | Lebih tinggi karena mikrostruktur yang diperkuat dan kekuatan luluh yang lebih tinggi |
Penjelasan: - HRB500E lebih kuat dalam kekuatan luluh dan umumnya juga dalam kekuatan tarik. Baja kekuatan tinggi konvensional dapat kehilangan duktilitas, tetapi HRB500E dirancang untuk mempertahankan atau meningkatkan ketangguhan/duktilitas melalui pemrosesan dan mikroaloying, menjadikannya cocok untuk aplikasi seismik di mana baik kekuatan maupun kapasitas deformasi diperlukan.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan tergantung pada ekuivalen karbon, kemampuan pengerasan, dan kandungan mikroaloy. Indeks umum:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi (kualitatif): - HRB400: ekuivalen karbon yang lebih rendah dan lebih sedikit kontributor kemampuan pengerasan umumnya menghasilkan kemampuan pengelasan yang lebih baik dan persyaratan pemanasan awal yang lebih rendah. - HRB500E: kekuatan yang lebih tinggi dan kemungkinan peningkatan Mn atau mikroaloying dapat meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, meningkatkan kerentanan terhadap pengerasan HAZ dan retak dingin jika prosedur pengelasan tidak terkontrol. Namun, HRB500E biasanya diproduksi dengan kontrol kimia dan prosedur pengelasan yang divalidasi untuk penggunaan konstruksi; pemanasan awal, suhu antar proses, dan pemilihan bahan habis pakai harus mengikuti rekomendasi pemasok. - Dalam kedua kasus, verifikasi sertifikat uji pabrik dan lakukan kualifikasi prosedur untuk sambungan las kritis, terutama pada HRB500E di daerah seismik.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik HRB400 maupun HRB500E adalah baja karbon non-tahan karat; ketahanan korosi intrinsik terbatas.
- Opsi perlindungan permukaan standar: galvanisasi (celup panas), pelapisan epoxy, pelapisan yang diterapkan secara mekanis, atau alternatif tahan karat/berlapis untuk lingkungan yang sangat korosif.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk rebar karbon polos karena relevan untuk paduan tahan karat:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Penggunaan rebar yang dilapisi atau tahan korosi, perlindungan katodik, atau penyesuaian campuran beton dan desain penutup adalah pendekatan mitigasi yang umum. Pemilihan antara HRB400 dan HRB500E berdasarkan korosi biasanya didorong oleh sistem perlindungan daripada perbedaan paduan intrinsik.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Pemotongan: kedua kelas dapat dengan mudah dipotong dengan cara oksigen-bahan bakar, abrasif, atau mekanis; HRB500E mungkin memerlukan sedikit lebih banyak daya/keausan alat karena kekuatan yang lebih tinggi.
- Pembengkokan/pembentukan: HRB400 lebih mudah dibengkokkan dan dengan jari-jari bengkok yang lebih besar untuk diameter batang tertentu; HRB500E memerlukan kontrol proses yang lebih ketat dan jari-jari bengkok yang benar seperti yang ditentukan oleh kode untuk menghindari retak.
- Kemampuan mesin: umumnya buruk untuk rebar karena pengerasan kerja dan geometri rib — HRB500E mungkin menunjukkan keausan alat yang lebih besar.
- Toko prefabrikasi harus memperhitungkan perbedaan pemulihan dan menyesuaikan detail pembengkokan dan jangkar untuk HRB500E untuk memastikan kinerja.
8. Aplikasi Tipikal
| HRB400 — Penggunaan Tipikal | HRB500E — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Beton bertulang untuk perumahan dan komersial rendah di mana duktilitas dan ekonomi diprioritaskan | Wilayah seismik dan elemen struktural kritis di mana kekuatan luluh yang lebih tinggi dan duktilitas terkontrol diperlukan |
| Beton massal, balok non-seismik, pelat, dan kolom | Struktur tinggi, jembatan, retrofit tahan gempa, dan anggota yang dirancang untuk mengurangi penampang menggunakan rebar kekuatan lebih tinggi |
| Penguatan umum dalam kondisi paparan ringan | Aplikasi yang memerlukan ukuran/berat batang yang lebih kecil sambil memenuhi permintaan duktilitas dan dissipasi energi |
Alasan pemilihan: - Pilih HRB400 untuk beton bertulang rutin di mana duktilitas dan kemampuan pengelasan standar sudah memadai dan sensitivitas biaya lebih tinggi. - Pilih HRB500E di mana pengurangan desain dalam area batang, detail seismik, atau kapasitas beban yang lebih tinggi per unit area diperlukan, dengan syarat kontrol fabrikasi dan pengelasan diterapkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: HRB500E biasanya lebih mahal per kilogram dibandingkan HRB400 karena kontrol kimia yang lebih ketat, pemrosesan (TMCP), dan kualifikasi untuk kinerja seismik, meskipun biaya per kapasitas struktural mungkin menguntungkan.
- Ketersediaan: HRB400 lebih umum tersedia di banyak pasar; ketersediaan HRB500E tergantung pada permintaan regional dan kemampuan produsen. Waktu tunggu yang lama mungkin berlaku untuk ukuran khusus atau batch seismik bersertifikat.
- Bentuk produk: keduanya biasanya disuplai sebagai batang lurus atau gulungan dan dalam panjang potongan standar; kandang atau jaring prefabrikasi mungkin tersedia dalam setiap kelas.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | HRB400 | HRB500E |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Lebih baik (CE lebih rendah) | Baik dengan kontrol (potensi CE lebih tinggi) |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang dengan duktilitas yang dapat diandalkan | Kekuatan luluh lebih tinggi dengan duktilitas/ketangguhan yang dirancang |
| Biaya | Harga unit lebih rendah | Harga unit lebih tinggi, potensi penghematan total biaya melalui pengurangan jumlah material |
Pilih HRB400 jika: - Proyek memprioritaskan biaya material terendah dan metode konstruksi konvensional. - Aplikasi bersifat non-seismik atau di mana duktilitas standar dan pengelasan yang lebih mudah lebih disukai. - Ketersediaan lokal dan alur kerja fabrikasi standar mendukung HRB400.
Pilih HRB500E jika: - Desain memerlukan kekuatan luluh yang lebih tinggi untuk mengurangi ukuran anggota atau memenuhi batas kode. - Struktur berada di zona seismik atau memerlukan dissipasi energi yang terverifikasi dan duktilitas terkontrol. - Pengadaan dapat mengakomodasi biaya unit yang sedikit lebih tinggi dan prosedur fabrikasi/pengelasan disesuaikan dengan kelas.
Catatan akhir: Selalu konfirmasi sertifikat uji pabrik, rekomendasi pengelasan dan penanganan pemasok, dan persyaratan kode proyek. Untuk struktur kritis, lakukan kualifikasi kompatibilitas dan prosedur (pengelasan, pembengkokan, jangkar) dan koordinasikan dengan insinyur struktural untuk memastikan kelas yang dipilih sesuai dengan detail, daya tahan, dan tujuan keselamatan.