HX300LAD vs HX420LAD – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
HX300LAD dan HX420LAD adalah dua kelas baja paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA) yang biasanya ditentukan untuk aplikasi struktural dan penopang beban di mana keseimbangan antara kekuatan, ketangguhan, kemampuan las, dan biaya diperlukan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin menghadapi dilema pemilihan antara kelas-kelas ini: memilih kelas dengan kekuatan lebih rendah untuk pembentukan yang lebih mudah, duktilitas yang lebih baik, dan biaya yang lebih rendah, atau memilih kelas dengan kekuatan lebih tinggi untuk mengurangi berat bagian dan ukuran penampang dengan mengorbankan tuntutan fabrikasi yang sedikit lebih sulit.
Perbedaan mendasar antara keduanya adalah target desain mereka untuk kekuatan luluh minimum dan strategi mikro-paduan/kekerasan yang terkait digunakan untuk mencapai target tersebut. HX300LAD dioptimalkan untuk kekuatan luluh minimum yang lebih rendah dengan penekanan pada duktilitas dan kemampuan las; HX420LAD diformulasikan untuk memberikan kekuatan luluh minimum yang lebih tinggi melalui mikro-paduan yang terkontrol dan pemrosesan termo-mekanis sambil mempertahankan ketangguhan dan kemampuan las yang berguna.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar umum di mana kelas pelat HSLA ditentukan (ekivalen dan standar regional bervariasi menurut pemasok): ASTM/ASME, EN (Eropa), JIS (Jepang), dan GB (standar nasional Tiongkok).
- HX300LAD — klasifikasi: baja struktural paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA).
- HX420LAD — klasifikasi: baja struktural paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA) dengan target kekuatan luluh minimum yang lebih tinggi.
- Catatan: Penunjukan yang tepat, batasan kimia, dan sifat mekanik yang dijamin dapat berbeda menurut pabrik dan standar atau lembar data tertentu. Selalu konfirmasi dengan sertifikat pabrik.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Keluarga HX***LAD mencapai kekuatan terutama dengan karbon rendah ditambah tambahan mikro-paduan (niobium, vanadium, titanium, kadang-kadang boron) dan tingkat Mn/Si yang terkontrol. Tabel di bawah ini menunjukkan rentang komposisi representatif yang umum digunakan untuk baja HSLA dalam rentang kekuatan ini; pengguna harus berkonsultasi dengan sertifikat pabrik untuk nilai yang tepat.
| Elemen | Rentang tipikal di HX300LAD (wt%) | Rentang tipikal di HX420LAD (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.03 – 0.12 | 0.05 – 0.15 |
| Mn | 0.6 – 1.6 | 0.8 – 1.8 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.025 (maks) | ≤ 0.025 (maks) |
| S | ≤ 0.010–0.015 (maks) | ≤ 0.010–0.015 (maks) |
| Cr | ≤ 0.30 (jejak) | ≤ 0.30 (jejak) |
| Ni | ≤ 0.30 (jejak) | ≤ 0.30 (jejak) |
| Mo | ≤ 0.10 (jejak) | ≤ 0.10 (jejak) |
| V (vanadium) | 0.01 – 0.12 (mikro-paduan) | 0.02 – 0.12 (mikro-paduan) |
| Nb (niobium) | 0 – 0.06 (mikro-paduan) | 0.01 – 0.08 (mikro-paduan) |
| Ti (titanium) | ≤ 0.03 (mikro-paduan) | ≤ 0.03 (mikro-paduan) |
| B (boron) | 0 – 0.0015 (ppm) | 0 – 0.0015 (ppm) |
| N (nitrogen) | 0.004 – 0.018 | 0.004 – 0.018 |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Basis karbon rendah menjaga kemampuan las dan duktilitas tetap dapat diterima. - Mn dan Si meningkatkan kekuatan melalui larutan padat dan deoksidasi; kelebihan Mn meningkatkan kekerasan. - Elemen mikro-paduan (Nb, V, Ti) memperhalus ukuran butir, mendorong penguatan presipitasi, dan meningkatkan efisiensi penguatan tanpa kandungan karbon tinggi—ini adalah inti dari strategi HSLA. - Penambahan boron kecil dapat meningkatkan kekerasan di bagian tipis, memungkinkan kekuatan lebih tinggi dengan karbon terbatas.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Baik HX300LAD maupun HX420LAD biasanya disuplai dalam kondisi digulung, dinormalisasi, atau digulung termo-mekanis, menghasilkan terutama ferrit–pearlit atau ferrit dengan konstituen bainit tergantung pada laju pendinginan. - HX300LAD biasanya menekankan ferrit poligonal halus dengan presipitat mikro-paduan yang terdispersi untuk memaksimalkan duktilitas dan ketangguhan. - HX420LAD biasanya menargetkan kombinasi ferrit yang diperhalus dan fraksi bainit/martensit yang terkontrol di bagian tipis atau setelah pendinginan yang dipercepat untuk mencapai kekuatan luluh yang lebih tinggi.
Efek dari rute pemrosesan: - Normalisasi memperhalus butir dan memberikan keseimbangan kekuatan–ketangguhan; biasanya digunakan ketika ketangguhan yang lebih baik diperlukan. - Pemrosesan kontrol termo-mekanis (TMCP) ditambah pendinginan yang dipercepat mendorong presipitasi mikro-paduan dan transformasi terkontrol untuk memperkuat baja tanpa pendinginan-tempering. - Pendinginan dan tempering biasanya tidak diterapkan pada kelas HSLA yang digulung ini karena lebih mahal dan dapat mengurangi kemampuan las; namun, untuk aplikasi khusus di mana ketangguhan yang sangat tinggi pada kekuatan yang tinggi diperlukan, rute Q&T dapat diterapkan pada kimia yang serupa tetapi kemudian diklasifikasikan ulang.
4. Sifat Mekanik
Nama-nama menunjukkan kekuatan luluh minimum desain mereka (MPa). Tabel di bawah ini memberikan harapan sifat mekanik yang representatif; nilai yang dijamin sebenarnya tergantung pada standar, ketebalan, dan perlakuan panas pabrik.
| Sifat | HX300LAD (tipikal) | HX420LAD (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan luluh minimum | ~300 MPa (berdasarkan penunjukan) | ~420 MPa (berdasarkan penunjukan) |
| Kekuatan tarik (rentang tipikal) | 420 – 560 MPa | 520 – 680 MPa |
| Peregangan (A%) (tipikal) | 20 – 26% | 16 – 24% |
| Ketangguhan impak (CVN) | Ketangguhan baik pada suhu ambien dan sub-zero (tergantung pada ketebalan) | Ketangguhan baik tetapi mungkin memerlukan kontrol ketebalan/pemrosesan yang lebih ketat untuk impak suhu rendah |
| Kekerasan (HB) (tipikal) | 120 – 180 HB (bervariasi dengan bentuk produk) | 160 – 240 HB (bervariasi dengan bentuk produk) |
Interpretasi: - HX420LAD lebih kuat (kekuatan luluh dan tarik lebih tinggi) berdasarkan desain; komprominya adalah pengurangan moderat dalam duktilitas dan potensi sensitivitas yang lebih besar terhadap ketebalan penampang dan laju pendinginan untuk ketangguhan impak. - Kedua kelas memberikan ketangguhan yang berguna ketika diproduksi dan diproses untuk memenuhi spesifikasi pemasok; mikro-paduan dan TMCP memungkinkan kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan yang dipertahankan dibandingkan dengan baja karbon tinggi.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las tergantung pada ekuivalen karbon, kekerasan, dan mikro-paduan. Rumus empiris yang berguna termasuk ekuivalen karbon IIW dan Pcm untuk menilai kerentanan terhadap retak dingin:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Kedua kelas memiliki kandungan karbon rendah relatif terhadap baja karbon, yang mendukung kemampuan las. HX300LAD biasanya memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah dibandingkan HX420LAD, menunjukkan pengelasan yang lebih mudah dan persyaratan pemanasan awal yang lebih rendah dalam banyak situasi. - Elemen mikro-paduan (Nb, V) dan sedikit lebih tinggi Mn di HX420LAD meningkatkan kekerasan dan dapat meningkatkan risiko retak dingin di bagian tebal atau dengan pengekangan tinggi kecuali praktik pengelasan pemanasan awal/pemanasan pasca yang sesuai digunakan. - Rekomendasi: menilai kualifikasi prosedur las (WPQ), mengontrol hidrogen (memilih bahan habis pakai rendah-H), dan menerapkan pemanasan awal/pemanasan pasca sesuai dengan $P_{cm}$ yang dihitung dan ketebalan material.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik HX300LAD maupun HX420LAD bukanlah kelas stainless; ketahanan korosi adalah tipikal baja karbon paduan rendah.
- Metode perlindungan umum: galvanisasi (celup panas atau elektro), pelapis organik (epoksi, poliuretan), metalisasi, dan sistem primer/topcoat. Untuk lingkungan laut atau sangat korosif, tentukan sistem pelapisan yang sesuai dan pertimbangkan perlindungan katodik korosif jika berlaku.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja non-stainless. Jika karakteristik stainless atau cuaca diperlukan, pilih paduan tahan korosi yang sesuai daripada kelas HSLA.
Indeks stainless contoh (tidak berlaku di sini): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan bentuk: HX300LAD lebih mudah dibentuk dingin dan dibengkokkan karena kekuatan luluh yang lebih rendah dan umumnya peregangan yang lebih tinggi. Pemulihan lebih rendah dan jari-jari bengkok minimum lebih kecil dibandingkan dengan HX420LAD.
- Kemampuan mesin: Keduanya dapat diproses dengan alat standar; HX420LAD mungkin sedikit kurang dapat diproses karena kekuatan yang lebih tinggi dan kemungkinan presipitat mikro-paduan. Umur alat dan gaya pemotongan akan lebih tinggi pada HX420LAD.
- Pemotongan (thermal atau mekanis): HX420LAD mungkin memerlukan kontrol panas yang lebih ketat (untuk menghindari pengerasan di tepi potong) dan sedikit lebih tinggi daya untuk parameter pemotongan shearing dan plasma/oxy atau laser.
- Persiapan permukaan dan penyelesaian: keduanya menerima perlakuan permukaan standar; pengelasan dan zona yang terpengaruh panas di HX420LAD perlu perhatian untuk menghindari puncak kekerasan.
8. Aplikasi Tipikal
| HX300LAD – Penggunaan tipikal | HX420LAD – Penggunaan tipikal |
|---|---|
| Pelat struktural umum, bagian bangunan, rangka mesin ringan, bodi truk | Anggota struktural yang lebih berat, crane, boom ekskavator, komponen sasis di mana penampang yang lebih kecil diinginkan |
| Jembatan dengan permintaan beban moderat dan di mana kemampuan bentuk penting | Bagian mesin berat, struktur las dengan permintaan beban tinggi dan batasan berat/penampang yang ketat |
| Bagian yang dibentuk dingin dan rakitan yang memerlukan duktilitas yang baik | Aplikasi di mana kekuatan luluh tinggi memungkinkan penghematan dalam ketebalan dan berat baja |
Alasan pemilihan: - Pilih HX300LAD ketika duktilitas yang lebih tinggi, pembentukan yang lebih mudah, dan biaya material yang lebih rendah adalah prioritas. - Pilih HX420LAD ketika rasio kekuatan-terhadap-berat yang lebih tinggi atau ketebalan penampang yang lebih rendah diperlukan dan kontrol fabrikasi/weld dapat diterapkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: HX420LAD umumnya lebih mahal per ton dibandingkan HX300LAD karena kontrol komposisi yang lebih ketat, tambahan mikro-paduan dan pemrosesan (TMCP), dan potensi hasil yang lebih rendah per unit berat karena biaya pemrosesan yang lebih tinggi.
- Ketersediaan: Kedua kelas umumnya tersedia dari pabrik pelat besar; HX300LAD memiliki ketersediaan yang lebih luas dengan bentuk produk dan rentang ketebalan standar, sedangkan ketersediaan HX420LAD dapat lebih terbatas pada ukuran pelat yang sangat tebal atau temper tertentu tergantung pada pabrik.
- Tip pengadaan: Untuk proyek dengan kebutuhan tonase besar, libatkan pabrik lebih awal untuk memverifikasi waktu pengiriman dan mengonfirmasi sertifikat uji pabrik (kimia dan mekanik).
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | HX300LAD | HX420LAD |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Sangat baik (CE lebih rendah) | Baik, tetapi sedikit lebih sensitif terhadap ketebalan dan pemanasan awal |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Keseimbangan baik dengan duktilitas lebih tinggi | Kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan yang dirancang; kontrol proses lebih banyak diperlukan |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
| Kemampuan bentuk | Lebih baik | Memadai tetapi lebih menuntut |
Rekomendasi: - Pilih HX300LAD jika Anda memerlukan baja HSLA yang hemat biaya dengan duktilitas baik, pembentukan dan pengelasan yang lebih mudah, dan di mana kekuatan luluh ~300 MPa memenuhi persyaratan struktural. - Pilih HX420LAD jika Anda memerlukan kekuatan luluh yang lebih tinggi (~420 MPa) untuk mengurangi ukuran penampang atau berat, dan rencana fabrikasi Anda dapat mengakomodasi kekerasan yang sedikit lebih tinggi dan kontrol pengelasan/panas yang terkait.
Catatan akhir: Komposisi yang tepat dan jaminan untuk HX300LAD dan HX420LAD tergantung pada pabrik yang menyuplai dan spesifikasi kontrak. Untuk pemilihan material akhir, minta laporan uji pabrik, tinjau data mekanik yang bergantung pada ketebalan, dan lakukan kualifikasi prosedur las sesuai kebutuhan untuk rakitan dan kondisi layanan yang selesai.