Q235NH vs Q355NH – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Q235NH dan Q355NH adalah dua baja struktural Cina yang banyak digunakan dalam bejana tekan, boiler, dan aplikasi struktural umum yang memerlukan perlakuan panas normalisasi (N) dan kadang-kadang kinerja dampak yang ditingkatkan (H). Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali dihadapkan pada pilihan antara dua grade ini ketika menyeimbangkan biaya, kemampuan las, dan kebutuhan akan kekuatan yang lebih tinggi atau ketangguhan yang lebih baik. Konteks keputusan yang umum termasuk apakah akan memprioritaskan biaya material yang lebih rendah dan fabrikasi yang lebih mudah (mendukung grade kekuatan lebih rendah) atau mengurangi ketebalan dan berat bagian melalui material yang lebih kuat (mendukung grade kekuatan lebih tinggi).

Perbedaan praktis antara keduanya terutama adalah tradeoff tingkat kinerja: Q355NH memberikan kekuatan hasil yang dijamin lebih tinggi daripada Q235NH, dengan konsekuensi untuk ketebalan, berat, dan persyaratan ketangguhan. Karena keduanya adalah baja karbon (non-stainless) dengan normalisasi dalam rute pemrosesannya, mereka sering dibandingkan untuk aplikasi di mana kekuatan, ketangguhan notch, dan perilaku fabrikasi harus seimbang.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar umum di mana baja ini muncul:
• GB/T (Cina): Q235NH dan Q355NH adalah penunjukan dalam standar nasional Cina untuk baja bejana tekan/struktur.
• EN (Eropa): Secara kasar sebanding dengan keluarga S235 dan S355 (baja struktural), tetapi substitusi langsung memerlukan tinjauan semua persyaratan properti.
• ASTM/ASME: Grade ASME/ASTM yang setara tidak cocok satu lawan satu; baja bejana tekan ASME seperti SA-516 Grade 70 adalah spesifikasi terpisah dengan kimia dan persyaratan ketangguhan yang berbeda.

• JIS: Grade Jepang berbeda; substitusi perlu diverifikasi.

• Klasifikasi:

• Kedua Q235NH dan Q355NH adalah baja karbon/ringan paduan rendah (non-stainless), biasanya dikategorikan sebagai baja struktural atau baja bejana tekan daripada baja alat atau baja stainless. Q355NH umumnya dianggap sebagai baja struktural/HSLA tipe kekuatan lebih tinggi (tingkat kinerja lebih tinggi dalam keluarga struktural).

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Catatan: - Akhiran “NH” menunjukkan kondisi normalisasi dan persyaratan ketangguhan dampak atau karakteristik pemrosesan termal lainnya daripada penambahan paduan besar. Strategi paduan untuk kedua grade menekankan penyesuaian karbon dan mangan serta batas kotoran yang ketat (P, S) untuk memastikan ketangguhan dan kemampuan las. Q355NH mencapai kekuatan hasil yang lebih tinggi terutama melalui komposisi dan pemrosesan yang terkontrol daripada paduan berat.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan adalah kontributor kekuatan utama: C dan Mn yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi kemampuan las dan duktilitas jika tidak dikelola. - Silikon adalah deoksidator dan memiliki efek penguatan yang sedang. - Elemen paduan mikro (V, Nb, Ti), ketika hadir bahkan pada tingkat ppm rendah, meningkatkan kekuatan hasil dengan memperhalus ukuran butir dan mengendapkan karbida/nitrida, meningkatkan kekuatan tanpa secara proporsional mengurangi ketangguhan. - Kotoran (P dan S) membuat rapuh dan mengurangi ketangguhan dan oleh karena itu sangat dibatasi dalam grade bejana tekan/struktur ini.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Kondisi normalisasi (N): Kedua grade biasanya dinormalisasi (panaskan hingga austenit, lalu pendinginan udara) untuk mengembangkan mikrostruktur ferrit–pearlit yang halus dan relatif seragam. - Q235NH: Normalisasi menghasilkan struktur ferrit–pearlit dengan kandungan pearlit yang relatif kasar dibandingkan dengan baja kekuatan lebih tinggi. Mikrostruktur mendukung duktilitas yang baik dan ketangguhan yang dapat diterima pada suhu sedang. - Q355NH: Normalisasi yang dipadukan dengan kimia yang sedikit berbeda dan mungkin penggulungan/pemurnian yang terkontrol memberikan ferrit–pearlit yang lebih halus dengan kepadatan dislokasi yang lebih tinggi dan kadang-kadang endapan paduan mikro. Ini menghasilkan kekuatan hasil dan kekuatan tarik yang lebih tinggi sambil mempertahankan ketangguhan.

Rute perlakuan panas dan respons: - Normalisasi (standar untuk penunjukan “N”): Meningkatkan ketangguhan melalui pemurnian butir dan memberikan sifat mekanik yang konsisten. Efektif untuk kedua grade, terutama di mana ketangguhan dampak pada suhu rendah penting. - Pendinginan dan tempering (Q&T): Tidak umum diterapkan pada grade ini dalam praktik standar untuk baja bejana tekan; Q&T akan secara substansial meningkatkan kekuatan tetapi juga mengubah ketangguhan dan merupakan kelas material yang berbeda. - Pemrosesan termo-mekanis yang terkontrol (TMCP): Sering digunakan untuk baja kelas Q355 untuk mendapatkan kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan yang baik dengan menggabungkan penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat; ini adalah rute produksi daripada perlakuan panas di bengkel dan membantu mencapai target kekuatan lebih tinggi yang diperlukan tanpa paduan berlebihan.

4. Sifat Mekanik

Penjelasan: - Q355NH adalah grade yang lebih kuat berdasarkan desain: kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi dan kekuatan tarik tipikal yang lebih tinggi memungkinkan bagian yang lebih tipis untuk beban struktural yang sama. Tradeoff-nya adalah duktilitas yang sedikit lebih rendah dan potensi sensitivitas yang lebih besar terhadap mikrostruktur keras yang dihasilkan dari pengelasan kecuali prosedur pengelasan yang tepat digunakan. - Ketangguhan tergantung pada ketebalan, perlakuan normalisasi, dan kontrol kualitas. Ketika dinormalisasi dan diproduksi sesuai spesifikasi, kedua grade dapat memenuhi persyaratan dampak; Q355NH sering memiliki kontrol proses yang lebih ketat untuk memenuhi kombinasi kekuatan + ketangguhan yang lebih tinggi.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las: - Kandungan karbon dan kemampuan pengerasan gabungan mengatur persyaratan pemanasan awal, suhu antar proses, dan perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT). - Paduan mikro dan kandungan mangan mempengaruhi kemampuan pengerasan dan risiko retak dingin di zona yang terpengaruh panas.

Indeks setara karbon dan paduan yang berguna (interpretatif; diterapkan untuk penilaian kualitatif): - Setara karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (untuk kerentanan retak dingin, interpretasikan secara kualitatif): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi (kualitatif): - Kedua grade menargetkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang rendah hingga sedang dibandingkan dengan baja yang dikeraskan, sehingga umumnya dianggap dapat dilas dengan bahan habis pakai standar dan praktik pemanasan awal. - Q235NH, dengan kekuatan yang biasanya lebih rendah dan setara karbon yang sedikit lebih rendah, umumnya lebih toleran dalam pengelasan—lebih sedikit pemanasan awal dan risiko retak HAZ yang lebih rendah. - Q355NH, meskipun dirancang untuk kemampuan las, mungkin memerlukan praktik pengelasan yang lebih konservatif (input panas yang terkontrol, pemanasan awal yang mungkin untuk bagian yang lebih tebal, dan bahan pengisi yang sesuai) karena kekuatan yang lebih tinggi dan sedikit peningkatan dalam kemampuan pengerasan dapat meningkatkan kerentanan terhadap mikrostruktur keras di HAZ jika tidak dilas dengan benar.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kedua Q235NH dan Q355NH adalah baja karbon non-stainless; ketahanan korosi intrinsik terbatas.
• Metode perlindungan yang umum:
• Galvanisasi celup panas (untuk perlindungan korosi atmosfer).
• Cat, primer, dan pelapis (sistem epoksi, poliuretan) untuk lingkungan yang agresif.
• Perlindungan katodik dan pelapisan (misalnya, pelapisan stainless) untuk layanan kimia di mana ketahanan korosi sangat penting.
• Formula PREN (angka setara ketahanan pitting): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PREN adalah indeks korosi baja stainless dan tidak berlaku untuk Q235NH/Q355NH karena ini bukan paduan stainless dan tidak bergantung pada film pasif berbasis Cr/Mo/N.
• Klarifikasi: Untuk aplikasi bejana tekan atau kimia yang memerlukan ketahanan korosi, pertimbangkan pelapisan, pelapisan, atau memilih paduan stainless atau tahan korosi daripada bergantung pada Q235NH/Q355NH.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemrosesan, dan Kemudahan Pembentukan

• Pemotongan: Kedua grade dipotong dengan metode oksigen-bahan bakar, plasma, atau laser standar; Q355NH mungkin memerlukan parameter yang sedikit disesuaikan karena kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi.
• Kemudahan pemrosesan: Q235NH umumnya lebih mudah diproses karena kekuatan dan kekerasan yang lebih rendah. Q355NH dapat diproses dengan baik tetapi keausan alat bisa lebih tinggi; pemilihan alat dan umpan harus mempertimbangkan kekuatan tarik/kekerasan yang lebih tinggi.
• Kemudahan pembentukan/kelenturan: Q235NH menawarkan kemudahan pembentukan yang lebih baik dan jari-jari bengkok yang lebih besar pada ketebalan tertentu. Q355NH dapat dibentuk tetapi mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau parameter pembentukan yang terkontrol untuk menghindari retak, terutama jika paduan mikro meningkatkan kekuatan.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima cat, galvanisasi, dan pelapisan dengan baik setelah persiapan permukaan yang sesuai.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih Q235NH ketika sensitivitas biaya, duktilitas tinggi, dan kemudahan fabrikasi/pengelasan adalah pendorong utama. - Pilih Q355NH ketika kekuatan hasil yang lebih tinggi memungkinkan pengurangan ketebalan bagian, memberikan penghematan berat dan material, atau ketika kode/desain memerlukan tingkat kinerja yang lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Q235NH biasanya lebih murah