L390 vs L415 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi kompromi saat memilih grade baja: kekuatan yang lebih tinggi sering kali bertentangan dengan kemudahan fabrikasi dan pengelasan, sementara kemampuan las yang lebih baik dapat membatasi kekuatan puncak atau ketahanan aus yang dapat dicapai. L390 dan L415 sering dibahas dalam banyak percakapan pemilihan karena mereka menempati posisi berdekatan dalam spektrum baja struktural dan baja jenis alat paduan rendah di mana desainer menyeimbangkan kekuatan yang diberikan dengan kenyamanan fabrikasi.

Perbedaan praktis utama antara kedua grade ini adalah kompromi antara kekuatan maksimum yang dapat dicapai/kekerasan dan kemudahan pengelasan/fabrikasi. L415 umumnya ditentukan ketika kekuatan dan kekerasan melalui ketebalan yang lebih tinggi diperlukan, sementara L390 sering dipilih di mana kemampuan las, ketangguhan, dan perlakuan panas yang lebih sederhana diprioritaskan. Karena konvensi penamaan dan komposisi kimia yang tepat dapat bervariasi menurut standar atau pemasok, pengguna harus mengonfirmasi sertifikat pabrik dan standar yang berlaku untuk setiap pembelian tertentu.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar umum yang perlu diperiksa untuk kedua grade: EN (Norma Eropa), ASTM/ASME (Amerika), JIS (Jepang), dan standar nasional seperti GB (Cina). Tidak semua standar menggunakan label L390/L415 yang tepat; ini mungkin merupakan nama komersial atau nama dagang yang dipetakan ke nomor standar yang setara.
• Klasifikasi:
• L390 — umumnya diperlakukan sebagai baja struktural atau baja rekayasa paduan rendah; terkadang digunakan dalam aplikasi pisau/alat/pembentukan di mana keseimbangan ketangguhan dan kekuatan sedang diperlukan.
• L415 — biasanya merupakan baja paduan rendah dengan kekuatan lebih tinggi atau varian kekerasan lebih tinggi yang digunakan di mana kekuatan tarik/hasil yang lebih besar atau pengerasan yang lebih dalam diperlukan.
• Tipe: Keduanya bukan grade stainless (kecuali secara eksplisit ditentukan demikian dalam spesifikasi pemasok); keduanya adalah baja paduan rendah atau mikro paduan daripada baja alat konvensional atau baja stainless. Konfirmasi apakah grade yang dimaksud adalah baja struktural paduan, varian baja alat, atau produk khusus dari pabrik tertentu.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut merangkum strategi paduan yang khas secara kualitatif. Komposisi yang tepat bervariasi menurut spesifikasi dan produsen; konsultasikan spesifikasi material yang sebenarnya dan sertifikat uji pabrik untuk pengadaan atau desain.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: Elemen yang meningkatkan kekerasan (Cr, Mo, Mn, B, dan kadang-kadang Ni) memungkinkan transformasi martensitik yang lebih dalam selama pendinginan dan dengan demikian kekuatan melalui ketebalan yang lebih tinggi pada bagian yang lebih tebal. Elemen mikropaduan (V, Nb, Ti) memungkinkan penguatan butir halus dan ketangguhan yang baik tanpa karbon yang sangat tinggi, meningkatkan rasio kekuatan terhadap ketangguhan. Namun, kekerasan yang lebih tinggi dan setara karbon umumnya mengurangi kemampuan las dan meningkatkan persyaratan pemanasan awal/interpass untuk menghindari retak.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur khas:
• L390: setelah siklus dinormalisasi atau pendinginan dan temper, L390 cenderung menunjukkan matriks martensitik atau bainitik yang ditemper dengan butir austenit sebelumnya yang relatif halus ketika mikropaduan. Ini menghasilkan ketangguhan yang seimbang dengan kekuatan sedang.
• L415: cenderung membentuk fraksi martensit yang lebih tinggi atau bainit suhu rendah setelah pendinginan, terutama pada bagian yang lebih tebal atau ketika didinginkan untuk meningkatkan kekerasan. Kontrol ukuran butir austenit sebelumnya dan tempering sangat penting untuk mendapatkan ketangguhan yang dapat diterima.
• Rute dan efek perlakuan panas:
• Normalisasi: kedua grade mendapatkan manfaat dari normalisasi untuk memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya; L390 merespons dengan baik dengan peningkatan ketangguhan. L415 yang dinormalisasi akan menunjukkan kekuatan yang lebih tinggi setelah tempering selanjutnya.
• Pendinginan & temper: rute utama untuk mendapatkan kekuatan tinggi. L415 biasanya memerlukan media pendinginan yang lebih agresif atau tempering yang lebih lambat untuk mencapai kekuatan desain; tempering diperlukan untuk memulihkan ketangguhan.
• Proses termo-mekanis: penggulungan terkontrol ditambah pendinginan yang dipercepat dapat menghasilkan mikrostruktur bainitik atau martensitik-bainitik yang halus dengan kekuatan tinggi dan ketangguhan yang baik, sering kali memungkinkan kemampuan las yang lebih baik daripada siklus pendinginan/temper berat.
• Catatan praktis: Seiring dengan meningkatnya kekerasan, perlakuan panas pasca-las (PWHT) dan persyaratan pemanasan awal menjadi lebih signifikan untuk menghindari retak dingin yang dibantu hidrogen.

4. Sifat Mekanis

Tabel di bawah ini membandingkan kecenderungan sifat yang diharapkan. Nilai aktual tergantung pada perlakuan panas, bentuk produk, dan pemasok. Gunakan laporan uji pabrik untuk verifikasi desain.

Penjelasan: Konten paduan yang lebih tinggi dan/atau setara karbon L415 memungkinkan desainer mencapai kekuatan tarik dan hasil yang lebih tinggi, tetapi peningkatan ini sering kali datang dengan mengorbankan duktilitas dan kemampuan las. L390 menekankan keseimbangan—kekuatan yang wajar sambil mempertahankan ketangguhan dan deformabilitas yang lebih baik.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las dipengaruhi oleh kandungan karbon, setara karbon (kekerasan), dan elemen mikropaduan. Dua rumus prediktif umum berguna untuk menginterpretasikan perilaku relatif:

• Setara karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm untuk kerentanan 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): - L390: nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah hingga sedang umumnya menunjukkan pengelasan yang lebih mudah dengan bahan habis pakai standar dan pemanasan awal yang kurang ketat. Karbon yang lebih rendah dan paduan yang dibatasi menyederhanakan desain sambungan dan mengurangi PWHT yang diperlukan. - L415: paduan dan karbon yang lebih tinggi meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, meningkatkan kerentanan terhadap retak yang dibantu hidrogen dan terkait pengerasan. Pengelasan L415 sering kali memerlukan pemanasan awal yang terkontrol, bahan habis pakai hidrogen yang lebih rendah, kontrol antar-lapisan, dan kadang-kadang PWHT.

Panduan praktis: Untuk kedua grade, ikuti prosedur pengelasan pemasok; lakukan PWHT jika ditentukan. Gunakan elektroda atau logam pengisi yang terkontrol hidrogen yang sesuai dengan kekuatan dan duktilitas yang diinginkan. Di mana las harus dilakukan dengan praktik bengkel biasa dengan kemampuan pemanasan awal yang terbatas, L390 biasanya akan menjadi pilihan yang lebih aman.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik L390 maupun L415 tidak secara inheren stainless; ketahanan korosi adalah khas dari baja karbon/paduan rendah dan memerlukan perlindungan permukaan di lingkungan yang terpapar.
• Perlindungan umum:
• Galvanisasi celup panas, semprotan seng, atau metalisasi untuk perlindungan korosi atmosfer.
• Cat, pelapis epoksi, atau sistem pelapis bubuk untuk paparan arsitektur atau ringan.
• Perlindungan katodik dan pelapis khusus untuk lingkungan laut atau sangat korosif.
• PREN (Angka Setara Ketahanan Pitting) tidak berlaku kecuali grade secara eksplisit stainless. Sebagai referensi, PREN adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Tetapi indeks ini hanya berlaku untuk paduan stainless; L390/L415 harus diperlakukan dengan strategi perlindungan baja karbon konvensional.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Pembentukan

• Memotong dan memproses:
• L390: biasanya lebih mudah diproses dalam kondisi dinormalisasi/tempered; kekerasan dan karbon yang lebih rendah membantu umur alat dan throughput.
• L415: pemrosesan bisa lebih menantang jika disuplai dalam kondisi kekerasan tinggi atau didinginkan; pemrosesan awal dalam kondisi yang lebih lunak atau menggunakan alat karbida dan umpan yang sesuai disarankan.
• Pembentukan dan pembengkokan:
• L390: kemampuan pembentukan yang lebih baik, pengurangan pembengkokan yang lebih tinggi yang diizinkan sebelum retak dalam kondisi dinormalisasi atau tempered.
• L415: pembentukan lebih terbatas ketika kekuatan tinggi temper ada; pembentukan dingin mungkin memerlukan anil atau alat khusus.
• Pengelasan dan penyelesaian pasca-las:
• L390: lebih mudah untuk menggerinda, merapikan, dan menyelesaikan setelah pengelasan.
• L415: mungkin memerlukan PWHT tambahan dan penggerindaan yang hati-hati untuk menghindari efek tempering dan mempertahankan sifat.

8. Aplikasi Khas

Rasional pemilihan: pilih L390 untuk pekerjaan yang memprioritaskan fabrikasi, ketangguhan, atau di mana pengelasan yang kompleks tidak dapat dihindari. Pilih L415 untuk desain yang menuntut kekuatan statis yang lebih tinggi, ketahanan aus, atau kapasitas beban yang lebih besar dan di mana lingkungan fabrikasi dapat mengakomodasi kontrol pengelasan dan perlakuan panas yang lebih ketat.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: L415 biasanya lebih mahal per ton ketika kandungan paduan dan pemrosesan (misalnya, perlakuan panas khusus) lebih tinggi. L390 cenderung lebih ekonomis untuk aplikasi di mana kekuatan ultra-tinggi tidak diperlukan.
• Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: kedua grade umumnya tersedia dalam bentuk pelat, batang, dan bentuk tempa dari pabrik khusus dan pusat layanan, tetapi waktu tunggu bervariasi menurut permintaan regional dan apakah perlakuan panas atau sertifikasi tertentu diperlukan. Stok standar cenderung lebih banyak pada paduan struktural yang umum; varian kekuatan tinggi yang khusus mungkin memerlukan produksi pabrik atau penundaan perlakuan panas.
• Tip pengadaan: tentukan perlakuan panas yang diperlukan, target kekerasan atau mekanis, dan pengujian material yang diperlukan (UT, MT, PMI, MTC) di muka untuk menghindari kejutan harga dan waktu tunggu.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif):

Rekomendasi: - Pilih L390 jika Anda membutuhkan baja rekayasa yang seimbang dengan kemampuan las yang relatif baik, pemesinan dan pembentukan yang lebih mudah, serta ketangguhan yang baik untuk struktur atau komponen yang dilas yang diproduksi di lingkungan bengkel dengan prosedur pengelasan standar. - Pilih L415 jika kebutuhan utama Anda adalah kekuatan tarik atau hasil yang lebih tinggi, pengerasan yang lebih dalam pada bagian yang lebih tebal, atau ketahanan aus yang lebih besar dan rencana manufaktur dapat mengakomodasi prosedur pengelasan yang lebih ketat, pemanasan awal/PWHT, dan kemungkinan biaya material yang lebih tinggi.

Catatan akhir: Istilah L390 dan L415 dapat digunakan secara berbeda di antara pemasok dan standar. Selalu konfirmasi komposisi kimia yang tepat, persyaratan sifat mekanis, dan rute perlakuan panas yang ditentukan dalam spesifikasi material dan sertifikat uji pabrik sebelum desain akhir atau pengadaan.