Q345 vs Q390 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur umumnya menghadapi pilihan antara Q345 dan Q390 saat menentukan baja struktural untuk jembatan, crane, peralatan berat, dan fabrikasi yang menahan tekanan. Keputusan biasanya menyeimbangkan kekuatan hasil minimum yang dijamin yang lebih tinggi dan toleransi ketebalan bagian terhadap faktor-faktor seperti kemampuan pengelasan, ketangguhan pada suhu rendah, biaya fabrikasi, dan ketersediaan.
Secara umum, perbedaan utama antara Q345 dan Q390 adalah kekuatan hasil minimum yang dijamin: Q345 ditentukan pada 345 MPa dan Q390 pada 390 MPa. Perubahan dalam kekuatan yang dijamin ini dicapai melalui penyesuaian kecil dalam komposisi kimia dan pemrosesan metalurgi (mikroaloying, penggulungan terkontrol, dan perlakuan panas), yang pada gilirannya mempengaruhi kemampuan pengerasan, ketangguhan, dan perilaku fabrikasi. Kelas-kelas ini sering dibandingkan karena mereka menempati posisi berdekatan dalam keluarga baja struktural paduan rendah/kekuatan tinggi dan sering dapat dipertukarkan dalam desain di mana faktor keselamatan, berat, atau ketebalan pelat membuat perubahan kecil dalam hasil menjadi menarik.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar dan penunjukan umum di mana kelas-kelas ini muncul:
- GB/T (Cina): Q345 dan Q390 banyak dirujuk dalam standar Cina (misalnya, GB/T 1591 dan spesifikasi produk terkait untuk baja struktural paduan rendah kekuatan tinggi).
- EN (Eropa): referensi kasar mencakup baja dalam rentang S355 hingga S420 (tetapi kesetaraan langsung tidak tepat; selalu periksa sertifikat pabrik).
- ASTM/ASME (AS): peran serupa dimainkan oleh kelas ASTM A572/A709 (misalnya, Kelas 50) tetapi pencocokan kimia dan mekanis langsung harus divalidasi.
- JIS (Jepang) dan standar nasional lainnya: ekuivalen lokal ada tetapi nomenklatur berbeda.
- Klasifikasi: Baik Q345 maupun Q390 adalah baja karbon paduan rendah (HSLA) berkekuatan tinggi. Mereka bukan baja tahan karat atau baja alat; mereka bergantung pada kimia yang terkontrol dan pemrosesan termo-mekanis daripada tingkat paduan tinggi untuk kinerjanya.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Rentang komposisi representatif (tipikal) berdasarkan persen berat. Ini adalah analisis komersial indikatif untuk menggambarkan perbedaan; konsultasikan standar yang berlaku dan sertifikat pabrik untuk batasan yang tepat dan nilai spesifik subgrade.
| Elemen | Q345 (rentang tipikal, wt%) | Q390 (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | ~0.10–0.20 | ~0.10–0.22 |
| Mn | ~0.8–1.6 | ~0.9–1.8 |
| Si | ~0.20–0.50 | ~0.20–0.50 |
| P | ≤ 0.035 (maks) | ≤ 0.035 (maks) |
| S | ≤ 0.035 (maks) | ≤ 0.035 (maks) |
| Cr | jejak–~0.30 | jejak–~0.30 |
| Ni | jejak–~0.30 | jejak–~0.30 |
| Mo | jejak–~0.08 | jejak–~0.10 (kadang lebih tinggi) |
| V | jejak–kecil (mikroaloying) | jejak–kecil (mikroaloying) |
| Nb (Cb) | jejak–kecil (mikroaloying) | jejak–kecil (mikroaloying) |
| Ti | jejak–kecil (stabilizer) | jejak–kecil |
| B | jejak (jarang) | jejak (jarang) |
| N (jika dilaporkan) | biasanya rendah, terkontrol | biasanya rendah, terkontrol |
Catatan: - Q345 dan Q390 terutama adalah baja karbon-mangan yang ditambahkan mikroaloy (Nb, V, Ti) yang digunakan dalam beberapa jalur produksi untuk meningkatkan kekuatan tanpa karbon yang berlebihan. - Formulasi Q390 mungkin memungkinkan sedikit peningkatan dalam karbon, mangan, atau penambahan mikroaloy yang terkontrol dan pemrosesan perlakuan panas untuk mencapai persyaratan hasil yang lebih tinggi. - Penambahan yang tepat (misalnya, Mo, Cr) dapat muncul dalam beberapa varian produk untuk meningkatkan kemampuan pengerasan atau kinerja suhu tinggi, tetapi kedua kelas tetap merupakan baja paduan rendah secara umum.
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Karbon dan mangan adalah pembentuk kekuatan utama melalui penguatan larutan padat dan dengan memungkinkan penguatan transformasi. Karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan jika tidak dikompensasi. - Unsur mikroaloy (Nb, V, Ti) membentuk karbida/nitrida halus yang memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan hasil melalui presipitasi dan pemurnian butir tanpa secara signifikan meningkatkan setara karbon. - Penambahan kecil Cr, Mo, atau Ni (jika ada) meningkatkan kemampuan pengerasan dan dapat membantu mencapai kekuatan yang lebih tinggi di bagian yang lebih tebal tetapi dapat meningkatkan setara karbon dan mempengaruhi kemampuan pengelasan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur tipikal:
- Q345: diproduksi melalui penggulungan terkontrol dan normalisasi atau pemrosesan terkontrol termo-mekanis (TMCP) untuk menghasilkan ferrit–pearlit butir halus atau ferrit dengan presipitat mikroaloy yang terdispersi. Mikrostruktur ini menekankan ketangguhan dan duktilitas pada tingkat kekuatan sedang.
- Q390: mikrostruktur dasar yang serupa tetapi dirancang untuk memberikan hasil yang lebih tinggi melalui kepadatan dislokasi yang sedikit lebih tinggi, lebih banyak penguatan presipitasi, atau pearlit/bainit yang lebih tinggi tergantung pada proses. Di bagian yang lebih tebal, peningkatan kemampuan pengerasan mendorong mikrostruktur berkekuatan lebih tinggi setelah pendinginan terkontrol.
- Efek perlakuan panas dan pemrosesan:
- Normalisasi/pemurnian: kedua kelas mendapatkan manfaat dari normalisasi untuk memperhalus ukuran butir dan menghomogenkan mikrostruktur; Q390 terkadang menerima jadwal TMCP yang lebih agresif untuk memastikan kekuatan tinggi yang seragam.
- Quenching & tempering: tidak umum untuk produk pabrik Q345/Q390 standar (ini umumnya disampaikan sebagai baja TMCP), tetapi quench-and-temper dapat diterapkan untuk varian berkekuatan lebih tinggi dengan transformasi yang disengaja menjadi martensit dan perlakuan tempering berikutnya—ini mengubah ketangguhan dan kemampuan mesin secara substansial.
- Pemrosesan termo-mekanis: TMCP (penggulungan/pendinginan terkontrol) umumnya digunakan untuk mencapai kekuatan tinggi dengan ketangguhan dan kemampuan pengelasan yang baik, terutama untuk Q390, di mana pemrosesan mengkompensasi target kekuatan yang sedikit lebih tinggi tanpa karbon yang berlebihan.
4. Sifat Mekanis
Tabel: Sifat mekanis representatif. Nilai-nilai bersifat indikatif dan tergantung pada ketebalan pelat, standar pengujian, dan subgrade—gunakan sertifikat pabrik untuk pengadaan.
| Sifat | Q345 (tipikal) | Q390 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan Hasil Minimum (Rp0.2) | 345 MPa | 390 MPa |
| Kekuatan Tarik (Rm) | ~470–630 MPa | ~520–690 MPa |
| Peregangan (A50mm) | ≥ 20% (bervariasi berdasarkan ketebalan) | ≥ 18% (bervariasi berdasarkan ketebalan) |
| Ketangguhan Impak (Charpy V-notch) | Baik pada suhu layanan umum; tergantung subgrade | Sebanding tetapi mungkin memerlukan kontrol subgrade yang lebih ketat untuk layanan suhu rendah |
| Kekerasan (HBW) | Sedang | Sedikit lebih tinggi (tergantung pada pemrosesan) |
Interpretasi: - Kekuatan: Q390 adalah yang lebih kuat dari keduanya berdasarkan spesifikasi (kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi), memungkinkan pengurangan ketebalan bagian atau kapasitas beban yang lebih tinggi untuk geometri yang sama. - Ketangguhan dan duktilitas: Q345 biasanya menunjukkan peregangan yang sedikit lebih baik dan kadang-kadang ketangguhan suhu rendah yang lebih baik untuk kimia tertentu karena target kekuatan yang sedikit lebih rendah dan sering kali kemampuan pengerasan yang lebih rendah. Namun, proses TMCP modern memungkinkan Q390 mencapai ketangguhan yang baik pada suhu pengujian yang diperlukan—subgrade dan ketebalan pelat sangat penting. - Trade-off: Peningkatan kekuatan hasil yang dijamin di Q390 biasanya disertai dengan pengorbanan moderat dalam duktilitas dan dapat meningkatkan sensitivitas terhadap kondisi pengelasan, kecuali mikroaloying dan kontrol proses mengkompensasi.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan dipengaruhi oleh kandungan karbon, setara karbon (kemampuan pengerasan), ketebalan, dan pembatasan. Rumus prediktif yang berguna termasuk:
-
Setara karbon IIW: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
-
Rumus Pcm internasional (indikator 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: - Nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan kemampuan pengelasan yang lebih mudah dan kecenderungan yang lebih rendah untuk membentuk mikrostruktur HAZ yang keras dan rapuh. Baik Q345 maupun Q390 diproduksi dengan bahan dan mikroaloying yang dioptimalkan untuk kemampuan pengelasan; namun: - Q345 cenderung memiliki nilai setara karbon yang sedikit lebih rendah rata-rata, membuatnya sedikit lebih mudah untuk dilas di bagian yang lebih tebal tanpa pemanasan awal. - Q390, karena target kekuatan yang lebih tinggi, mungkin memiliki mangan atau mikroaloying yang lebih tinggi dan dengan demikian setara karbon yang lebih tinggi dalam praktiknya, meningkatkan kebutuhan untuk pemanasan awal, input panas yang terkontrol, atau perlakuan panas pasca pengelasan di bagian yang lebih tebal atau sambungan yang dibatasi. - Mitigasi: Penggunaan logam pengisi yang cocok untuk ketangguhan dan kekuatan, suhu antar-passing yang terkontrol, pemanasan awal, dan pemilihan bahan dan prosedur pengelasan yang tepat biasanya memastikan perakitan yang dapat dilas untuk kedua kelas. Selalu kualifikasikan prosedur pengelasan pada ketebalan yang representatif dan untuk suhu desain terendah.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua Q345 dan Q390 adalah baja karbon-mangan non-tahan karat dan tidak memberikan ketahanan korosi intrinsik di luar baja telanjang. Strategi perlindungan standar meliputi:
- Galvanisasi celup panas untuk paparan atmosfer.
- Sistem cat (primer pabrik + lapisan akhir) dengan persiapan permukaan (misalnya, blasting abrasif).
- Pelapisan semprot termal atau polimer untuk lingkungan yang agresif.
- Indeks khusus tahan karat tidak berlaku untuk kelas-kelas ini. Rumus PREN, yang digunakan untuk ketahanan korosi tahan karat, oleh karena itu tidak relevan di sini: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
- Panduan pemilihan: Di mana kinerja korosi diperlukan (paparan laut, kimia), pilih paduan tahan korosi atau tentukan sistem perlindungan. Pilihan antara Q345 dan Q390 tidak secara material mempengaruhi ketahanan korosi kecuali perbedaan paduan yang sangat kecil mencakup elemen yang mempengaruhi korosi (jarang).
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Pemotongan: Pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, dan laser berperilaku serupa untuk kedua kelas; Q390 mungkin memerlukan input termal yang sedikit berbeda untuk pemotongan gouging atau pemotongan tanpa gouge karena kekuatan yang sedikit lebih tinggi.
- Kemampuan mesin: Keduanya sedang dalam kemampuan mesin; Q390 yang lebih kuat mungkin menunjukkan keausan alat yang sedikit lebih tinggi dalam pemesinan berat karena kekuatan yang meningkat dan mungkin presipitat mikro yang lebih keras.
- Pembentukan/membengkok: Q345, dengan duktilitas yang sedikit lebih besar, umumnya lebih toleran untuk pembentukan dingin dan pembengkokan. Q390 dapat dibentuk tetapi mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau urutan pembentukan yang terkontrol untuk menghindari retak, terutama di pelat yang lebih tebal atau di bagian dengan regangan yang sudah ada sebelumnya yang tinggi.
- Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima metode penyelesaian standar; perhatikan kontrol pelepasan stres dan distorsi selama fabrikasi saat bekerja dengan Q390 karena stres residual yang lebih tinggi dapat berkembang pada tingkat kekuatan yang lebih tinggi.
8. Aplikasi Tipikal
Tabel: Penggunaan tipikal untuk setiap kelas dengan alasan.
| Q345 — Aplikasi Tipikal | Q390 — Aplikasi Tipikal |
|---|---|
| Komponen struktural umum (balok, kolom) di gedung dan jembatan di mana ketangguhan dan kemampuan pengelasan yang baik diperlukan | Anggota struktural yang lebih berat di mana ketebalan bagian yang berkurang atau kapasitas beban yang meningkat diperlukan (rel crane, rangka mesin berat) |
| Pelat baja las untuk tangki, trailer, fabrikasi umum | Bagian struktural dalam transportasi dan peralatan berat di mana hasil yang lebih tinggi memungkinkan desain yang lebih ringan |
| Bagian yang dibentuk dingin dan rangka yang difabrikasi | Komponen yang terkena beban statis yang lebih tinggi atau di mana margin untuk desain kelelahan terbatas |
| Pekerjaan baja teknik pertanian dan umum (sensitif terhadap biaya) | Aplikasi di mana manfaat kekakuan terhadap berat atau kekuatan terhadap berat membenarkan biaya material yang lebih tinggi |
Alasan pemilihan: - Pilih Q345 di mana kemudahan fabrikasi, duktilitas yang lebih tinggi, dan biaya lebih diutamakan dan di mana hasil yang lebih rendah cukup untuk desain. - Pilih Q390 di mana desain mendapatkan manfaat dari hasil yang lebih tinggi yang dijamin (penampang lebih kecil, penghematan berat), asalkan prosedur pengelasan, kontrol fabrikasi, dan persyaratan ketangguhan terpenuhi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Q390 biasanya lebih mahal per ton dibandingkan Q345 karena kontrol proses yang lebih ketat dan potensi kandungan paduan yang lebih tinggi atau jadwal TMCP yang lebih ketat. Premi harga bervariasi berdasarkan pasar, ketebalan, dan wilayah geografis.
- Ketersediaan: Keduanya adalah lini produk standar di wilayah penghasil baja utama; Q345 umumnya lebih banyak tersedia karena merupakan kelas struktural yang umum. Q390 umumnya tersedia di banyak pasar tetapi ketersediaan ketebalan tertentu, ukuran pelat, dan subgrade mungkin lebih terbatas—waktu tunggu harus diperiksa.
- Bentuk produk: Keduanya disuplai sebagai pelat hot-rolled, koil, dan kadang-kadang sebagai pelat yang dinormalisasi atau digulung secara termomekanis. Untuk pelat khusus (bagian ultra-tebal atau subgrade yang diuji dampak tertentu), waktu tunggu meningkat.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Perbandingan cepat (kualitatif).
| Metrik | Q345 | Q390 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Baik (lebih mudah, CE lebih rendah) | Baik hingga Cukup (mungkin perlu pemanasan awal pada bagian tebal) |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang menuju ketangguhan dan duktilitas | Kekuatan lebih tinggi; ketangguhan dapat dicapai dengan kontrol proses yang tepat |
| Biaya | Lebih rendah (umumnya) | Lebih tinggi (premium untuk kekuatan lebih tinggi) |
Rekomendasi: - Pilih Q345 jika: - Desain dapat menerima hasil 345 MPa dan prioritas adalah duktilitas yang lebih tinggi, pengelasan yang lebih mudah, dan biaya material yang lebih rendah. - Fabrikasi akan melibatkan pembentukan atau pengerjaan dingin yang signifikan, atau di mana pengelasan rutin tanpa pemanasan awal yang ekstensif diperlukan. - Ketersediaan stok dan ekonomi penting.
- Pilih Q390 jika:
- Anda membutuhkan kekuatan hasil yang lebih tinggi yang dijamin (390 MPa) untuk mengurangi ketebalan bagian atau berat, atau untuk memenuhi persyaratan kapasitas beban tertentu.
- Prosedur fabrikasi dapat mengakomodasi kontrol pengelasan yang sedikit lebih tinggi (pemanasan awal, WPS yang memenuhi syarat), dan persyaratan ketangguhan dapat dipenuhi dengan memilih subgrade dan proses yang tepat.
- Proyek membenarkan biaya material yang lebih tinggi dengan penghematan dalam fabrikasi hilir, transportasi, atau desain yang sensitif terhadap berat.
Catatan akhir: Q345 dan Q390 adalah pilihan berdekatan dalam keluarga baja struktural HSLA. Pemilihan yang optimal didorong oleh persyaratan tingkat komponen (hasil, ketangguhan pada suhu layanan terendah), batasan fabrikasi (pengelasan dan pembentukan), biaya siklus hidup (pelapisan dan pemeliharaan), dan ketersediaan. Selalu verifikasi sertifikat kimia dan mekanis dari pemasok baja, kualifikasikan prosedur pengelasan pada material dan ketebalan yang representatif, dan tentukan energi dampak yang diperlukan serta suhu uji untuk aplikasi yang terpapar pada layanan suhu rendah atau beban dinamis.