Q235 vs Q255 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali memilih antara Q235 dan Q255 saat menentukan baja karbon struktural untuk rangka las, pelat, dan bagian. Keputusan ini biasanya menyeimbangkan biaya dan kemudahan fabrikasi dengan kebutuhan akan kekuatan hasil yang lebih tinggi dan kinerja saat digunakan (misalnya: kapasitas beban yang lebih tinggi atau ukuran bagian yang lebih kecil). Konteks keputusan yang umum termasuk anggota struktural yang dilas, fabrikasi umum, dan wadah tekanan atau penyimpanan dengan beban sedang di mana kekuatan dan kemampuan dilas sama-sama penting.
Perbedaan teknis utama antara Q235 dan Q255 adalah kekuatan hasil desain mereka: Q255 ditentukan dengan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi dibandingkan Q235. Target hasil ini mendorong perbedaan halus dalam kontrol kimia, pemrosesan, dan trade-off pemilihan yang membuat kedua grade ini sering dibandingkan dalam desain dan manufaktur.
1. Standar dan Penunjukan
- GB (Republik Rakyat Tiongkok): Q235, Q255 (grade baja karbon struktural nasional). Ini ditunjuk sebagai baja struktural karbon.
- Ekivalen sistem lainnya (fungsional, tidak identik): Q235 sering dibandingkan dengan ASTM A36 / EN S235JR dalam aplikasi struktural, tetapi ekivalensi langsung memerlukan tinjauan terhadap kimia dan pengujian mekanik.
- Klasifikasi: baik Q235 maupun Q255 adalah baja struktural karbon biasa (bebas paduan rendah), bukan baja tahan karat, alat, atau baja paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA) dalam pengertian modern—meskipun praktik pabrik mungkin mencakup mikro-paduan atau penggulungan terkontrol untuk memenuhi sifat mekanik.
Catatan: Standar dan bentuk produk berbeda (pelat, strip, batang, bagian); selalu tentukan standar dan bentuk produk yang tepat yang diperlukan dalam pesanan pembelian.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini merangkum keberadaan relatif elemen kunci dan perannya. Entri ini menggambarkan praktik pabrik yang khas dan tingkat relatif daripada batas standar yang preskriptif—sertifikat pabrik dan standar yang berlaku harus dirujuk untuk nilai kontrak.
| Elemen | Q235 (tingkat relatif tipikal) | Q255 (tingkat relatif tipikal) | Tujuan / Efek |
|---|---|---|---|
| C (Karbon) | Rendah hingga sedang (mengontrol kekuatan) | Rendah hingga sedang (sering dikontrol untuk memenuhi hasil yang lebih tinggi tanpa kekerasan yang berlebihan) | Kontrol kekuatan utama; C yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi kemampuan dilas dan ketangguhan. |
| Mn (Mangan) | Sedang (deoksidasi, kekuatan) | Sedang (mungkin sedikit lebih tinggi atau dikontrol ketat untuk hasil) | Meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan; membantu mengimbangi C rendah untuk kekuatan. |
| Si (Silikon) | Rendah (agen deoksidasi) | Rendah (agen deoksidasi) | Agen deoksidasi; efek kecil pada kekuatan. |
| P (Fosfor) | Jejak (dijaga rendah) | Jejak (dijaga rendah) | Impuritas—kelebihan mengurangi ketangguhan, terutama pada suhu rendah. |
| S (Belerang) | Jejak (dijaga rendah) | Jejak (dijaga rendah) | Impuritas—mengurangi ketangguhan dan kemampuan mesin; kombinasi Mn-S mempengaruhi morfologi sulfida. |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | Biasanya jejak / tidak ditambahkan secara sengaja | Biasanya jejak / mungkin termasuk mikro-paduan di beberapa pabrik | Ketika ditambahkan secara sengaja, ini mengontrol kemampuan pengerasan, perbaikan butir, dan kekuatan (mikro-paduan). Tidak umum dalam Q235/Q255 dasar kecuali ditentukan. |
| N (Nitrogen) | Jejak | Jejak | Dapat bergabung dengan Al, Ti, Nb untuk membentuk nitrit; mempengaruhi ketangguhan dan penuaan. |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Meningkatkan C atau meningkatkan paduan (Cr, Mo, V) meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi kemampuan dilas dan ketangguhan jika tidak diimbangi dengan pemrosesan. - Mn adalah elemen paduan utama yang disengaja dalam grade ini; ia menyeimbangkan kekuatan dengan kemampuan bentuk. - Mikro-paduan (V, Nb, Ti) dapat memungkinkan hasil yang lebih tinggi pada karbon yang lebih rendah, meningkatkan kekuatan tanpa banyak kehilangan kemampuan dilas—jika ada, harus dinyatakan dalam dokumentasi pabrik.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur khas yang digulung untuk kedua grade: - Mikrostruktur ferrit–pearlite mendominasi bentuk produk yang digulung dan dinormalisasi untuk baja struktural karbon. - Q255, karena tujuan hasilnya yang lebih tinggi, mungkin menunjukkan fraksi pearlite yang sedikit lebih besar atau ukuran butir ferrit yang lebih halus melalui penggulungan terkontrol atau mikro-paduan, tetapi mikrostruktur dasar tetap ferrit + pearlite dalam proses komersial normal.
Efek dari rute pemrosesan umum: - Normalisasi: memperhalus butir dan dapat menghasilkan sifat mekanik yang lebih seragam; digunakan ketika ketangguhan yang lebih baik diperlukan. - Pendinginan & tempering: tidak umum untuk Q235/Q255 komoditas; menghasilkan mikrostruktur martensitik atau bainitik dengan kekuatan yang jauh lebih tinggi tetapi berada di luar ruang lingkup penunjukan normal. - Pemrosesan terkontrol termo-mekanis (TMCP): ketika diterapkan, menghasilkan ukuran butir yang lebih halus dan kombinasi kekuatan–ketangguhan yang lebih baik sambil menjaga karbon tetap rendah—ini adalah rute umum untuk meningkatkan hasil tanpa C yang berlebihan.
Implikasi: - Untuk fabrikasi rutin, kedua grade diproses untuk memberikan perilaku ferrit–pearlite yang dapat diprediksi. Jika kekuatan yang lebih tinggi diperlukan sambil mempertahankan kemampuan dilas, cari versi TMCP atau mikro-paduan daripada hanya meningkatkan karbon.
4. Sifat Mekanik
Perbedaan mekanik yang dijamin utama adalah kekuatan hasil.
| Sifat | Q235 (tipikal) | Q255 (tipikal) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Hasil Nominal (minimum) | 235 MPa | 255 MPa | Nilai nominal ini adalah titik hasil desain yang diimplikasikan oleh nama grade. |
| Kekuatan Tarik | Sedang; tergantung pada bentuk produk | Sedikit lebih tinggi atau serupa; tergantung pada bentuk produk | Kekuatan tarik akhir tergantung pada ketebalan, penggulungan, dan perlakuan panas. |
| Peregangan (ketangguhan) | Ketangguhan yang baik untuk pembentukan dan pengelasan | Sebanding tetapi mungkin sedikit lebih rendah jika pemrosesan kekuatan lebih tinggi digunakan | Ketangguhan tergantung pada kimia dan pemrosesan; karbon rendah meningkatkan ketangguhan. |
| Ketangguhan Impak | Baik dengan pemrosesan yang sesuai | Sebanding jika diproses untuk ketangguhan; mungkin lebih konservatif pada suhu rendah | Pengujian Charpy tergantung pada produk dan perlakuan panas. |
| Kekerasan | Kekerasan baja struktural yang khas | Sedikit lebih tinggi pada produk dengan hasil lebih tinggi | Kekerasan berkorelasi dengan sifat tarik. |
Penjelasan: - Q255 lebih kuat berdasarkan kriteria hasil desain; tergantung pada bagaimana baja diproduksi, Q255 dapat mencapai hasil yang lebih tinggi melalui mikro-paduan dan kontrol penggulungan daripada dengan meningkatkan karbon secara substansial. Ketika karbon dijaga rendah dan mikro-paduan/TMCP digunakan, ketangguhan dan kemampuan dilas dapat tetap dapat diterima. - Ketangguhan dan ketangguhan yang sebenarnya lebih ditentukan oleh sejarah pemrosesan dan impuritas daripada oleh grade saja.
5. Kemampuan Dilas
Kemampuan dilas baja karbon sangat dikendalikan oleh ekivalensi karbon dan kemampuan pengerasan lokal.
Rumus ekivalensi karbon umum (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
Indeks lain yang digunakan di Eropa: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Ekivalensi karbon yang lebih rendah (CE) menunjukkan risiko retak dingin yang lebih rendah dan mengurangi kebutuhan pemanasan awal/pemanasan setelahnya. - Q235, yang biasanya diproduksi dengan karbon rendah, umumnya memiliki kemampuan dilas yang sangat baik untuk proses pengelasan rutin (SMAW, GMAW, FCAW). - Q255, yang memiliki target hasil lebih tinggi, dapat diproduksi dengan sedikit meningkatkan karbon atau dengan strategi lain (kontrol Mn, mikro-paduan, TMCP). Jika pemasok mencapai hasil yang lebih tinggi dengan mikro-paduan/TMCP dan menjaga karbon tetap rendah, kemampuan dilas tetap baik. Jika karbon yang lebih tinggi digunakan untuk mencapai hasil, CE meningkat dan pemanasan awal/pemanasan setelahnya serta prosedur pengelasan yang memenuhi syarat menjadi lebih kritis. - Selalu minta nilai CE atau Pcm pada sertifikat pabrik dan ikuti spesifikasi prosedur pengelasan yang berlaku (WPS). Untuk struktur las yang kritis, lakukan rekomendasi PWHT dan kontrol hidrogen sesuai kebutuhan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Grade ini adalah baja karbon biasa (tidak tahan karat); ketahanan korosi terbatas pada baja karbon yang tidak dipaduan.
- Strategi perlindungan yang khas:
- Galvanisasi celup panas untuk ketahanan korosi atmosfer.
- Pelapis organik (primer, cat, pelapis bubuk) untuk sistem yang dirancang.
- Pelapis metalurgi (primer kaya seng, overlay epoksi) tergantung pada paparan.
- PREN (angka ekivalen ketahanan pitting) adalah indeks baja tahan karat: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Tidak berlaku untuk Q235/Q255 karena tidak mengandung Cr, Mo, atau N yang cukup untuk menjadi tahan karat.
- Jika ketahanan korosi diperlukan di luar baja karbon yang dilapisi, tentukan paduan tahan karat atau tahan korosi daripada mengandalkan Q235/Q255.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Pembentukan/membengkok: Q235 memiliki kemampuan bentuk yang sangat baik karena hasil yang lebih rendah; Q255 dapat dibentuk tetapi mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau lebih banyak gaya tergantung pada produk dan temper.
- Pemotongan: Praktik yang sama berlaku; pemotongan oksigen, laser, pemotongan plasma adalah rutinitas. Versi yang lebih keras atau lebih kuat dapat menyebabkan lebih banyak keausan alat.
- Kemampuan mesin: Baja karbon rendah memiliki kemampuan mesin yang sedang; inklusi sulfida atau varian bebas mesin (tidak standar untuk Q235/Q255) meningkatkan kemampuan mesin tetapi dapat mengurangi sifat impak.
- Finishing permukaan dan pemrosesan pasca: Keduanya menerima pengelasan, pengeboran, penguliran, dan perlakuan permukaan standar dengan baik; perlakuan panas pasca-las jarang diperlukan untuk penggunaan struktural tipikal kecuali ditentukan.
8. Aplikasi Tipikal
| Q235 — Penggunaan Tipikal | Q255 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Komponen struktural umum (balok, saluran, kolom) | Anggota struktural di mana hasil yang lebih tinggi memungkinkan pengurangan berat atau ukuran bagian |
| Fabrikasi las (rangka, rak, penutup) | Rangka berat, crane, komponen pengangkat dengan tegangan desain yang lebih tinggi |
| Pelat dan lembaran untuk manufaktur umum, tangki beban rendah | Aplikasi di mana peningkatan hasil yang moderat meningkatkan margin tanpa mengubah kelas material |
| Pipa dan profil untuk layanan non-kritis | Bagian mesin di mana sedikit peningkatan hasil meningkatkan umur atau kekakuan |
Rasional pemilihan: - Pilih Q235 untuk ketersediaan yang luas, kemampuan dilas yang sangat baik, dan biaya material terendah untuk komponen struktural konvensional. - Pilih Q255 ketika persyaratan proyek menentukan hasil minimum yang lebih tinggi sehingga ukuran bagian, berat, atau defleksi dapat dikurangi sambil mempertahankan praktik manufaktur yang serupa. Konfirmasi apakah pemasok mencapai hasil yang lebih tinggi melalui mikro-paduan/TMCP daripada karbon yang lebih tinggi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Q255 biasanya memerlukan premium yang moderat dibandingkan Q235 karena persyaratan properti yang lebih tinggi atau pemrosesan tambahan (TMCP, mikro-paduan). Premium bervariasi berdasarkan wilayah, pabrik, dan kondisi pasar.
- Ketersediaan: Q235 sangat umum dan banyak tersedia dalam berbagai bentuk produk. Q255 kurang umum tetapi biasanya tersedia dari pabrik besar; ketersediaan tergantung pada bentuk produk (pelat, gulungan, batang) dan produksi regional.
- Tip pengadaan: Tentukan sertifikat sifat mekanik dan batas kimia; jika pasokan ketat ada, pertimbangkan untuk memenuhi syarat pemasok alternatif atau menerima grade HSLA ekivalen dengan sifat terjamin yang serupa.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | Q235 | Q255 |
|---|---|---|
| Kemampuan Dilas | Sangat baik (C rendah, CE rendah tipikal) | Baik hingga cukup (tergantung pada rute menuju hasil yang lebih tinggi; mikro-paduan/TMCP = baik) |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang struktural standar | Hasil lebih tinggi; keseimbangan tergantung pada pemrosesan |
| Biaya | Lebih rendah (diproduksi secara luas) | Sedikit lebih tinggi (persyaratan hasil lebih tinggi atau pemrosesan) |
Rekomendasi: - Pilih Q235 jika Anda memprioritaskan kemampuan dilas maksimum, kemudahan fabrikasi, biaya material terendah, dan kinerja struktural standar di mana hasil 235 MPa memenuhi persyaratan desain. - Pilih Q255 jika desain memerlukan hasil minimum yang lebih tinggi (255 MPa) untuk mengurangi ukuran bagian atau meningkatkan kapasitas beban, dan Anda telah memverifikasi bahwa kimia dan pemrosesan pemasok mencapai hasil ini tanpa karbon berlebihan yang akan mengorbankan kemampuan dilas atau ketangguhan.
Panduan pengadaan akhir: - Selalu minta sertifikat uji pabrik (komposisi kimia dan pengujian mekanik), nilai ekivalen karbon, dan rincian tentang setiap mikro-paduan atau pemrosesan TMCP. - Untuk rakitan las dalam layanan kritis, tentukan pemanasan awal/pemanasan setelahnya yang diperlukan, kontrol hidrogen, dan lakukan kualifikasi sambungan menggunakan produk pemasok pelat/bagian yang sebenarnya. - Ketika ketahanan korosi, layanan suhu tinggi, atau ketangguhan yang sangat tinggi diperlukan, pertimbangkan grade baja alternatif atau pilihan paduan daripada hanya mengandalkan substitusi Q235/Q255.