Q345 vs Q355 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Q345 dan Q355 adalah dua baja struktural yang ditunjuk oleh Cina yang banyak digunakan dan sering dipertimbangkan dalam desain, fabrikasi, dan pengadaan untuk bangunan, jembatan, bagian tekanan, dan peralatan berat. Insinyur secara rutin menyeimbangkan faktor-faktor seperti kekuatan versus kemampuan pengelasan, biaya versus margin keselamatan, dan ketangguhan pada suhu rendah saat memilih antara kelas-kelas ini.
Perbedaan praktis utama adalah bahwa Q355 menentukan kekuatan hasil nominal yang lebih tinggi daripada Q345 sambil tetap berada dalam keluarga baja struktural paduan rendah berkekuatan tinggi yang sama. Karena kedua kelas memiliki komposisi kimia dan jalur pemrosesan yang serupa, pemilihan sering kali didorong oleh kapasitas hasil yang diperlukan, batasan ketebalan/bagian, kinerja dampak, dan biaya daripada oleh perilaku material yang sangat berbeda.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar utama Cina: GB/T 1591 (baja struktural paduan rendah berkekuatan tinggi), yang mencakup seri Q345 dan Q355.
- Standar terkait lainnya dan keluarga referensi silang (ketersediaan dan kesetaraan yang tepat bervariasi menurut wilayah dan aplikasi): EN (misalnya, keluarga S355), kelas struktural ASTM/ASME, JIS; perlu dicatat bahwa kesetaraan langsung antara GB dan EN/ASTM tidak tepat dan harus divalidasi untuk setiap aplikasi.
- Klasifikasi: baik Q345 maupun Q355 adalah HSLA (baja paduan rendah berkekuatan tinggi) karbon/mikropaduan (bukan stainless, bukan baja alat, bukan baja paduan tinggi).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Baja seri Q dirancang untuk mencapai kekuatan hasil yang lebih tinggi melalui pengendalian kandungan karbon yang dikombinasikan dengan mikropaduan dan kontrol termo-mekanis dari mikrostruktur. Batasan yang tepat bervariasi menurut subkelas (misalnya, varian Q345A/B/C/D/E); tabel di bawah ini memberikan rentang komposisi tipikal yang digunakan untuk pemilihan dan perbandingan rekayasa. Selalu konsultasikan sertifikat dan standar yang berlaku untuk batasan yang tepat.
| Elemen | Q345 Tipikal (wt%) | Q355 Tipikal (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.12 – 0.20 | 0.10 – 0.20 |
| Mn | 0.80 – 1.60 | 0.80 – 1.60 |
| Si | 0.20 – 0.50 | 0.20 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | ≤ 0.30 (jika ada) | ≤ 0.30 (jika ada) |
| Ni | ≤ 0.30 (jika ada) | ≤ 0.30 (jika ada) |
| Mo | ≤ 0.08 (sesekali) | ≤ 0.08 (sesekali) |
| V | jejak (mikropaduan) | jejak (mikropaduan) |
| Nb | jejak (mikropaduan) | jejak (mikropaduan) |
| Ti | jejak (mikropaduan) | jejak (mikropaduan) |
| B | jejak (langka) | jejak (langka) |
| N | terkendali (rendah) | terkendali (rendah) |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan terutama mengontrol kekuatan melalui penguatan larutan padat dan mempengaruhi kemampuan pengerasan. - Elemen mikropaduan (Nb, V, Ti) mendorong pemurnian butir dan penguatan presipitasi, meningkatkan kekuatan hasil tanpa peningkatan besar dalam karbon (yang mempertahankan kemampuan pengelasan). - Sulfur dan fosfor rendah ditentukan untuk mempertahankan ketangguhan dan kualitas pengelasan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Pelat Q345 dan Q355 yang digulung atau dinormalisasi umumnya menunjukkan matriks ferit–pearlit dengan butir yang diperhalus karena mikropaduan dan penggulungan yang terkontrol. Kelas Q355, yang menargetkan hasil yang lebih tinggi, mungkin menunjukkan kepadatan dislokasi yang sedikit lebih besar dan efek presipitasi/pengerasan yang lebih kuat dari pemrosesan termo-mekanis yang terkontrol. - Tidak ada kelas yang terutama disuplai sebagai baja yang dikuenching dan dipanaskan; mereka dimaksudkan sebagai baja struktural yang cocok untuk fabrikasi dalam kondisi digulung atau dinormalisasi.
Respons perlakuan panas: - Normalisasi: kedua kelas merespons normalisasi dengan pemurnian butir dan peningkatan kekuatan dan ketangguhan yang moderat. Normalisasi dapat digunakan untuk menghomogenkan struktur untuk bagian berat. - Quenching dan tempering: mungkin tetapi kurang umum untuk baja ini; Q345/Q355 dapat dikeraskan hingga tingkat kekuatan yang lebih tinggi, tetapi trade-off dalam ketangguhan dan distorsi serta kebutuhan untuk kontrol komposisi yang lebih ketat membuat Q&T jarang untuk pasokan struktural standar. - Pemrosesan yang terkontrol secara termo-mekanis (TMCP): jalur produksi modern menggunakan TMCP untuk meningkatkan kekuatan hasil sambil mempertahankan ketangguhan, mekanisme utama di mana Q355 mencapai hasil yang dijamin lebih tinggi dengan kimia yang serupa.
4. Sifat Mekanis
Berikut adalah rentang sifat tipikal yang representatif seperti yang disuplai dalam kondisi dinormalisasi/digulung — sifat akhir tergantung pada temper, ketebalan, dan subkelas.
| Sifat | Q345 Tipikal | Q355 Tipikal |
|---|---|---|
| Kekuatan Hasil yang Ditentukan (tipikal) | ~345 MPa (target nominal) | ~355 MPa (target nominal) |
| Kekuatan Tarik (Rm) | ~470 – 630 MPa | ~490 – 640 MPa |
| Peregangan (A5, % tipikal) | 20 – 26% (tergantung pada ketebalan) | 18 – 25% (tergantung pada ketebalan) |
| Dampak Charpy (V-notch) | Ditentukan untuk subkelas; biasanya 27 J @ suhu yang ditentukan (bervariasi) | Persyaratan serupa; dapat ditentukan pada suhu yang sama atau lebih rendah |
| Kekerasan (HB) | ~120 – 190 HB (bervariasi dengan perlakuan panas dan ketebalan) | ~120 – 200 HB (sedikit lebih tinggi mungkin) |
Interpretasi: - Q355 ditentukan dengan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi dan sering kali envelope tarik yang sedikit lebih tinggi; peningkatannya moderat tetapi berarti untuk desain struktural (memungkinkan bagian yang lebih kecil atau tegangan yang diizinkan lebih tinggi). - Ketangguhan (dampak) lebih merupakan fungsi dari pemilihan subkelas (A/B/C/D/E), ketebalan, dan suhu pengujian daripada nomor kelas nominal. Pemilihan subkelas yang tepat sangat penting untuk aplikasi suhu rendah.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan dipengaruhi oleh ekuivalen karbon dan kandungan mikropaduan. Dua rumus empiris umum yang digunakan untuk menilai kemampuan pengelasan adalah:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
dan
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Baik Q345 maupun Q355 diformulasikan untuk menjaga kandungan karbon dan ekuivalen karbon relatif rendah. Mikropaduan (Nb, V, Ti) memberikan kekuatan tanpa peningkatan besar dalam karbon, yang membantu mempertahankan kemampuan pengelasan. - Q355 mungkin memiliki kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi di subkelas tertentu karena pemrosesan dan kimia yang sedikit berbeda; oleh karena itu, kontrol suhu preheat dan interpass mungkin sedikit lebih konservatif untuk bagian Q355 yang lebih tebal dibandingkan dengan Q345. - Untuk pengelasan kritis, ikuti kualifikasi prosedur (WPS/PQR), perhitungkan ketebalan, dan gunakan preheat/post-heat sesuai dengan $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ yang dihitung dan panduan pabrik/standar yang berlaku. - Kontrol hidrogen, pemilihan pengisi yang tepat, dan kontrol input panas adalah kunci untuk menghindari retak dingin pada kedua kelas.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik Q345 maupun Q355 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi adalah seperti baja karbon paduan rendah dan oleh karena itu bergantung pada strategi perlindungan permukaan.
- Metode perlindungan tipikal: galvanisasi celup panas, metalisasi seng, pelapis organik (cat, pelapisan bubuk), perlindungan katodik, dan desain yang efektif untuk menghindari perangkap air.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting),
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
adalah indeks baja tahan karat dan tidak berlaku untuk Q345/Q355; indeks ini hanya relevan untuk baja tahan karat austenitik atau duplex yang mengandung Cr, Mo, dan N yang signifikan. - Untuk aplikasi yang terpapar lingkungan agresif (laut, kimia), pilih paduan tahan korosi atau terapkan pelapis yang kuat daripada mengandalkan Q345/Q355 apa adanya.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Pemotongan: kedua kelas dapat dipotong dengan baik menggunakan proses oksigen-bahan bakar, plasma, dan laser; parameter pemotongan dapat disesuaikan untuk ketebalan dan input panas untuk meminimalkan efek HAZ.
- Pembentukan/membengkok: formabilitas baik; karbon yang lebih rendah dan mikropaduan membantu mempertahankan duktilitas. Jari-jari bengkok minimum tergantung pada ketebalan dan subkelas; kekuatan hasil Q355 yang sedikit lebih tinggi mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang sedikit lebih besar untuk proses pembentukan yang sama.
- Kemampuan mesin: kemampuan mesin baja karbon tipikal; kekuatan Q355 yang sedikit lebih tinggi dapat meningkatkan keausan alat secara moderat. Pilih kecepatan dan umpan pemotongan berdasarkan sifat tarik dan ketebalan bagian.
- Penyelesaian permukaan: keduanya menerima pengelasan, penggilingan, dan pemesinan; hati-hati dengan stres residual dan distorsi untuk fabrikasi toleransi ketat.
8. Aplikasi Tipikal
| Q345 — Penggunaan Tipikal | Q355 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Pekerjaan baja struktural umum: rangka, penyangga, balok beban sedang, kolom | Bagian struktural yang lebih berat: balok beban tinggi, rel crane, komponen jembatan |
| Komponen yang difabrikasi di mana sensitivitas biaya adalah yang utama dan hasil 345 MPa sudah memadai | Aplikasi di mana hasil yang sedikit lebih tinggi memungkinkan pengurangan bagian atau tegangan yang diizinkan lebih tinggi |
| Dasar mesin, anggota struktural sekunder | Anggota penyangga beban utama, rakitan las stres tinggi |
| Wadah tekanan atau tangki (ketika diizinkan oleh kode dan dengan sertifikasi yang tepat) | Komponen struktural di daerah dingin di mana kekuatan lebih tinggi ditentukan (tergantung pada subkelas dampak) |
| Pagar, platform, fabrikasi umum | Peralatan berat, struktur maritim (dengan pelapis), rangka stres tinggi |
Rasional pemilihan: - Gunakan Q345 ketika kekuatan struktural standar sudah cukup dan prioritasnya adalah biaya material yang lebih rendah dan kemudahan pembentukan. - Gunakan Q355 ketika desain memerlukan kekuatan hasil yang dijamin lebih tinggi untuk mengurangi ukuran bagian atau memenuhi tegangan desain yang lebih tinggi, dengan syarat kemampuan pengelasan dan persyaratan dampak kompatibel.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Q355 biasanya sedikit lebih mahal per massa dibandingkan Q345 karena sifat mekanis yang dijamin lebih tinggi dan pemrosesan yang diperlukan untuk memenuhi persyaratan Q355. Premi bervariasi menurut pasar, pabrik, bentuk produk, dan harga baja global.
- Ketersediaan: Kedua kelas diproduksi secara luas dan tersedia dalam bentuk pelat, gulungan, dan bagian. Ketersediaan subkelas tertentu, ketebalan, dan laporan uji bersertifikat tergantung pada kemampuan pabrik dan rantai pasokan regional.
- Tip pengadaan: tentukan subkelas, suhu dampak, dan bentuk produk dengan jelas dalam pesanan pembelian untuk menghindari ketidakcocokan dan memastikan sertifikat pabrik yang benar.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | Q345 | Q355 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Baik — rentang duktil yang luas; CE rendah saat mikropaduan | Baik — kemungkinan kemampuan pengerasan sedikit lebih tinggi; mungkin memerlukan preheat konservatif untuk bagian tebal |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan moderat dengan duktilitas/ketangguhan yang baik | Hasil lebih tinggi untuk keluarga yang sama; sedikit trade-off dalam duktilitas pada komposisi yang sama tetapi dikompensasi oleh TMCP |
| Biaya | Lebih rendah (biasanya) | Lebih tinggi (biasanya) |
Kesimpulan dan panduan: - Pilih Q345 jika: desain Anda memerlukan baja struktural HSLA yang andal dan ekonomis di mana hasil nominal ~345 MPa memenuhi persyaratan desain; di mana pembentukan dan kemudahan fabrikasi adalah prioritas; dan di mana sensitivitas biaya dan ketersediaan yang luas adalah penting. - Pilih Q355 jika: Anda membutuhkan peningkatan yang moderat tetapi berguna dalam kekuatan hasil yang dijamin untuk mengurangi ukuran bagian atau meningkatkan beban yang diizinkan; ketika spesifikasi proyek secara eksplisit menuntut kemampuan hasil yang lebih tinggi; dan ketika biaya tambahan marginal dibenarkan oleh penghematan struktural atau berat.
Catatan akhir: baik Q345 maupun Q355 adalah bagian dari keluarga baja struktural yang sama; pilihan yang tepat tergantung pada tegangan desain, ketebalan dan kondisi pengelasan, persyaratan ketangguhan, dan total biaya siklus hidup. Selalu tentukan subkelas yang tepat, suhu kinerja dampak, dan dokumentasi uji pabrik yang diperlukan, dan validasi prosedur pengelasan dengan penilaian berbasis $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ untuk fabrikasi kritis.