Q295NH vs Q355NH – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Q295NH dan Q355NH adalah dua baja struktural berkekuatan tinggi yang umum ditentukan dengan penunjukan Cina yang digunakan di seluruh industri bejana tekan, jembatan, dan fabrikasi berat. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan antara material yang lebih murah dan lebih mudah dibentuk dan material yang lebih kuat yang mengurangi ukuran atau berat bagian. Konteks keputusan yang khas termasuk menyeimbangkan kapasitas beban yang diperlukan dan ketangguhan versus kemampuan las, kemudahan fabrikasi, dan biaya.

Perbedaan praktis utama adalah tingkat kekuatan yang ditargetkan: Q355NH ditentukan dengan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi dibandingkan Q295NH. Karena kedua grade memiliki filosofi metalurgi yang serupa (karbon rendah, mikroaloy dan pemrosesan terkontrol), mereka sering dibandingkan ketika desainer berusaha mengoptimalkan berat, margin keselamatan, atau produktivitas fabrikasi.

• Standar utama di mana grade setara atau terkait muncul:
• GB (standar nasional Republik Rakyat Cina): Q295NH, Q355NH muncul di bawah penunjukan GB/T untuk baja struktural yang dinormalisasi dan diperlakukan panas, atau baja bejana tekan tergantung pada edisi standar yang tepat.
• EN (Eropa): baja struktural yang sebanding berada di seri S (misalnya, S275, S355) meskipun kesetaraan langsung harus divalidasi oleh data mekanik dan kimia.
• ASTM/ASME: grade analog (berdasarkan kekuatan) termasuk ASTM A572 untuk bentuk struktural; substitusi langsung memerlukan pencocokan sifat dan persetujuan.
• JIS: standar Jepang memiliki penunjukan sendiri yang memerlukan tabel konversi dan pemeriksaan sifat.

Klasifikasi: Baik Q295NH maupun Q355NH adalah baja struktural paduan rendah, berkekuatan tinggi (kategori HSLA dalam istilah luas). Mereka bukan baja tahan karat atau baja alat.

Kedua grade diformulasikan sebagai baja mikroaloy karbon rendah. Mereka biasanya mengandung karbon, mangan, dan silikon sebagai elemen utama, dengan fosfor dan belerang yang terkontrol, serta tambahan kecil elemen mikroaloy (Nb, V, Ti) untuk memperhalus butir dan meningkatkan kekuatan melalui penguatan presipitasi atau pemurnian butir.

Tabel — gambaran komposisi kualitatif

Penjelasan: Strategi paduan untuk kedua grade menekankan karbon keseluruhan yang rendah untuk mempertahankan kemampuan las dan ketangguhan, sambil menggunakan mangan dan tambahan mikroaloy untuk mencapai kekuatan hasil yang ditargetkan. Q355NH mencapai kekuatan yang lebih tinggi terutama melalui paduan dan intensitas pemrosesan yang sedikit lebih tinggi (kontrol termo-mekanis, normalisasi, atau presipitasi mikroaloy) daripada dengan paduan berat dengan Cr/Ni/Mo.

Mikrostruktur tipikal: - Baja yang digulung dan dinormalisasi (huruf “N” di akhiran sering menunjukkan perlakuan normalisasi atau dinormalisasi) menghasilkan matriks ferit–pearlit atau ferit–bainit yang halus tergantung pada laju pendinginan dan komposisi. - Q295NH biasanya menghasilkan mikrostruktur ferit–pearlit dengan butir halus yang cocok untuk ketangguhan yang baik pada suhu ambien dan suhu lebih rendah. - Q355NH, dengan kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi dan kemungkinan tambahan mikroaloy, dapat menunjukkan konstituen bainitik yang lebih halus atau pulau martensit yang ditempa dalam skenario pendinginan tinggi; pemurnian butir melalui Nb/Ti/V menstabilkan kekuatan tanpa mengorbankan ketangguhan.

Efek perlakuan panas: - Normalisasi: memperhalus ukuran butir, meningkatkan keseragaman dan ketangguhan untuk kedua grade. - Pendinginan & penempaan: lebih umum digunakan ketika kombinasi kekuatan/ketangguhan yang lebih tinggi diperlukan; Q355NH lebih cocok untuk menghasilkan struktur martensit/bainit yang lebih kuat jika diperlakukan panas, tetapi sifat ketebalan dan distorsi harus dikelola. - Pemrosesan terkontrol termo-mekanis (TMCP): kedua grade mendapatkan manfaat dari TMCP untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi pada tingkat karbon rendah; Q355NH biasanya menerima jadwal TMCP yang lebih agresif untuk mencapai persyaratan hasil yang lebih tinggi.

Bagian numerik dari nama grade menunjukkan kekuatan hasil minimum nominal dalam MPa, yang menjadi pusat pemilihan.

Tabel — sifat mekanik komparatif (indikator kualitatif dan nominal)

Interpretasi: Q355NH adalah grade yang lebih kuat berdasarkan desain dan akan mendukung beban yang lebih tinggi untuk penampang yang sama. Q295NH menawarkan duktilitas yang lebih besar untuk pembentukan dan mungkin lebih disukai di mana kapasitas deformasi dan kemudahan fabrikasi menjadi prioritas. Nilai aktual (kekuatan tarik, peregangan, energi Charpy) ditentukan oleh edisi standar, ketebalan, dan pemrosesan pasca.

Kemampuan las adalah fungsi dari kandungan karbon, kemampuan pengerasan yang efektif, dan elemen mikroaloy.

Rumus kemampuan las yang relevan: - Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Setara karbon (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Kedua grade mempertahankan setara karbon yang relatif rendah untuk mempromosikan kemampuan las yang baik dengan proses manual atau mekanis yang umum. Q355NH, sebagai grade berkekuatan lebih tinggi, dapat menunjukkan CE yang sedikit lebih tinggi karena peningkatan Mn atau tambahan mikroaloy, sehingga pemanasan awal, suhu antar proses, dan pemilihan bahan las memerlukan perhatian lebih untuk menghindari retak dingin. - Elemen mikroaloy (Nb, V, Ti) dapat meningkatkan kerentanan terhadap retak yang dibantu hidrogen jika dikombinasikan dengan restriksi tinggi dan kontrol hidrogen serta input panas yang tidak tepat. Kontrol ketat terhadap parameter pengelasan dan perlakuan panas pasca las (PWHT) jika diperlukan akan mengurangi risiko. - Dalam praktiknya, kedua grade dianggap dapat dilas dengan spesifikasi prosedur pengelasan (WPS) dan pengujian kualifikasi yang sesuai.

• Kedua Q295NH dan Q355NH adalah baja karbon/mikroaloy dan tidak tahan korosi seperti baja tahan karat. Pemilihan harus mempertimbangkan lingkungan layanan.
• Strategi perlindungan umum: galvanisasi celup panas, pelapisan seng atau organik, sistem pengecatan (epoksi, poliuretan), atau pelapisan metalurgi jika diperlukan.

• PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja non-tahan karat ini. Sebagai referensi, PREN dihitung sebagai: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ tetapi indeks ini hanya berarti untuk paduan tahan karat dengan tingkat Cr/Mo/N yang signifikan.

• Pembentukan: Q295NH, dengan hasil yang lebih rendah dan duktilitas yang lebih tinggi, lebih mudah dibentuk dan dibengkokkan dengan pemulihan yang lebih rendah dan risiko retak yang lebih rendah pada radius yang ketat. Q355NH dapat dibentuk tetapi memerlukan radius bengkok yang lebih besar atau pemanasan awal untuk deformasi yang parah.

• Kemampuan mesin: Keduanya cukup dapat diproses; kekuatan yang lebih tinggi di Q355NH dapat meningkatkan keausan alat dan gaya pemotongan yang diperlukan. Alat dan umpan yang tepat disarankan.
• Proses pemotongan dan thermal: Pemotongan plasma atau oksigen-bahan bakar bekerja untuk keduanya; sifat zona yang terpengaruh panas (HAZ) lebih kritis di Q355NH karena kemampuan pengerasan yang lebih tinggi.
• Penyelesaian: Persiapan permukaan untuk pelapisan adalah sama; Q355NH mungkin memerlukan kontrol yang lebih ketat untuk menghindari distorsi selama fabrikasi karena ketebalan yang lebih tipis dapat menanggung stres yang lebih tinggi.

Tabel — penggunaan tipikal berdasarkan grade

Rasional pemilihan: Pilih grade kekuatan lebih rendah ketika kompleksitas fabrikasi atau duktilitas menjadi batasan; pilih grade kekuatan lebih tinggi ketika efisiensi struktural, pengurangan berat, atau stres yang diizinkan lebih tinggi mengatur desain.

• Biaya: Q355NH umumnya memiliki premi yang moderat dibandingkan Q295NH karena mencapai kekuatan hasil yang lebih tinggi sering memerlukan kontrol pemrosesan yang lebih ketat, tambahan mikroaloy, dan kualifikasi. Persentase premi bervariasi dengan kondisi pasar baja.
• Ketersediaan: Kedua grade diproduksi secara luas dalam bentuk pelat dan gulungan di pasar yang dilayani oleh pabrik baja Cina dan umumnya tersedia dalam ketebalan standar. Ketebalan khusus atau pelat yang ditentukan ketat mungkin memiliki waktu tunggu; ketersediaan juga tergantung pada sertifikasi (bejana tekan vs struktural umum).

Tabel ringkasan

Rekomendasi: - Pilih Q295NH jika proyek memprioritaskan kemudahan pembentukan, duktilitas yang lebih tinggi, biaya material yang lebih rendah, dan beban desain dapat dipenuhi dengan tingkat hasil yang lebih rendah. - Pilih Q355NH jika desain memerlukan stres yang diizinkan lebih tinggi, pengurangan bagian atau penghematan berat, dan prosedur fabrikasi dan pengelasan dapat disesuaikan untuk mengontrol perilaku HAZ dan risiko retak.

Catatan akhir: Selalu validasi substitusi dan pemilihan terhadap standar proyek yang berlaku, tabel sifat mekanik yang bergantung pada ketebalan, dan prosedur pengelasan yang memenuhi syarat. Jika ragu, minta sertifikat pabrik (kimia dan mekanik), tinjau persyaratan suhu impak, dan lakukan atau minta kualifikasi WPS/PQR untuk proses perakitan yang dimaksud.