Q345A vs Q345B – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Q345A dan Q345B adalah dua subgrade umum dari keluarga Q345 baja struktural berkekuatan tinggi yang ditentukan dalam standar Tiongkok. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi trade-off yang melekat saat memilih antara keduanya: menyeimbangkan biaya dan pasokan dengan ketangguhan, kemampuan las, dan perilaku fabrikasi hilir yang diperlukan. Konteks keputusan yang umum mencakup anggota struktural di mana ketangguhan suhu rendah penting, fabrikasi yang dilas di mana sensitivitas retak harus diminimalkan, dan aplikasi di mana sifat mekanik yang distandarisasi diperlukan di seluruh ketebalan.
Perbedaan teknis utama antara Q345A dan Q345B terletak pada spesifikasi ketangguhan impaknya — satu subgrade ditentukan dengan kinerja impak yang lebih menuntut daripada yang lain. Karena baja-baja tersebut memiliki komposisi kimia dan target kekuatan yang serupa, desainer biasanya membandingkannya ketika desain struktural memerlukan persyaratan energi impak tertentu atau ketika proses fabrikasi (pengelasan, pembentukan) dapat menghasilkan mikrostruktur rapuh.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar utama: GB/T 1591 (Tiongkok) — mendefinisikan Q345 dan subgrade-nya (A, B, C, D, E) sebagai baja struktural berkekuatan tinggi rendah paduan.
- Standar rekanan perkiraan (untuk pengadaan atau referensi silang): kelas baja struktural ASTM/ASME seperti ASTM A572 Grade 50 (bukan kesetaraan langsung satu banding satu), baja EN dalam keluarga S355 (kelas kekuatan serupa), dan baja struktural JIS. Selalu verifikasi kesetaraan dengan sertifikat pabrik dan laporan uji mekanik; substitusi langsung memerlukan validasi yang hati-hati.
- Kategori: HSLA (Baja Karbon Paduan Rendah Berkekuatan Tinggi) (non-stainless). Kelas Q345 adalah baja paduan rendah berbasis karbon-mangan yang ditujukan untuk penggunaan struktural.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Keluarga Q345 diformulasikan sebagai baja struktural yang diperkuat mangan dengan karbon rendah, dengan mikro-paduan dan kontrol ketat elemen pengotor untuk mencapai keseimbangan kekuatan, duktilitas, dan ketangguhan. Kontrol komposisi yang khas berfokus pada karbon rendah untuk mempertahankan kemampuan las, mangan sedang untuk mengembangkan kekuatan, dan elemen mikro-paduan jejak (V, Nb, Ti) dalam beberapa jalur produksi untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan hasil.
Tabel: Rentang komposisi tipikal (representatif — konsultasikan standar yang berlaku atau sertifikat pemasok untuk batas yang tepat)
| Elemen | Rentang atau batas tipikal (wt%) — Q345A / Q345B |
|---|---|
| C (Karbon) | ~0.12–0.20 (maks bervariasi menurut spesifikasi) |
| Mn (Mangan) | ~0.50–1.60 |
| Si (Silikon) | ~0.10–0.50 |
| P (Fosfor) | ≤ ~0.035 (terkendali) |
| S (Belerang) | ≤ ~0.035 (terkendali) |
| Cr (Krom) | jejak hingga ~0.30 |
| Ni (Nikel) | jejak hingga ~0.30 |
| Mo (Molybdenum) | jejak hingga ~0.08 |
| V (Vanadium) | jejak (sering ≤ 0.10) |
| Nb (Niobium) | jejak (digunakan dalam beberapa proses termo‑mekanis) |
| Ti (Titanium) | jejak (deoksidasi/stabilisasi) |
| B (Boron) | jejak (kadang digunakan dalam varian mikro-paduan) |
| N (Nitrogen) | terkendali (rendah) |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat - Karbon dan mangan adalah kontributor utama kekuatan: lebih tinggi Mn meningkatkan kekuatan tetapi juga meningkatkan kemampuan pengerasan dan dapat mempengaruhi kemampuan las. - Silikon bertindak sebagai deoksidator dan dapat sedikit mempengaruhi kekuatan. - Mikro-paduan jejak (V, Nb, Ti) diperkenalkan dalam beberapa jalur produksi untuk menghasilkan ukuran butir ferit yang lebih halus dan pengerasan presipitasi, meningkatkan kekuatan hasil tanpa banyak kehilangan duktilitas. - Tingkat rendah elemen seperti P dan S ditegakkan untuk menghindari kerapuhan dan mempertahankan ketangguhan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur di bawah manufaktur standar - Kelas Q345 yang digulung dan dinormalisasi biasanya menampilkan mikrostruktur ferit–pearlit dengan presipitat mikro-paduan yang tersebar (jika V/Nb/Ti ada). Ukuran butir dan fraksi pearlit mempengaruhi kekuatan, ketangguhan, dan kemampuan bentuk. - Q345B ditentukan dengan sifat impak yang lebih ketat atau lebih menuntut; ini biasanya dicapai dengan kontrol ukuran butir yang lebih ketat, tingkat inklusi/kotoran yang lebih rendah, dan kadang variasi proses (proses kontrol termo‑mekanis) yang memperhalus mikrostruktur.
Perlakuan panas dan pemrosesan termo-mekanis - Normalisasi (pendinginan udara setelah annealing rekristalisasi) memperhalus ukuran butir dan menghomogenkan mikrostruktur; ini dapat meningkatkan ketangguhan di bagian yang lebih tebal dengan mengurangi efek segregasi. - Pendinginan dan tempering tidak umum atau diperlukan untuk aplikasi struktural Q345 standar dan jarang diterapkan pada pelat struktural massal kecuali set sifat khusus diperlukan; melakukan hal ini mengubah mikrostruktur menjadi martensit/bainit ditambah fase yang ditemper dan meningkatkan kekuatan dengan biaya pemrosesan dan biaya tambahan. - Pemrosesan kontrol termo-mekanis (TMCP) atau penggulungan terkontrol dapat digunakan untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi dan ketangguhan suhu rendah yang lebih baik di Q345B dengan mempercepat rekristalisasi dan menghasilkan ferit acicular yang halus.
4. Sifat Mekanik
Tabel: Perbandingan sifat mekanik tipikal (representatif; konsultasikan sertifikat pabrik)
| Sifat | Q345A (tipikal) | Q345B (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan hasil nominal | ~345 MPa (kekuatan desain) | ~345 MPa (kekuatan desain) |
| Kekuatan tarik | Rentang representatif (bervariasi dengan ketebalan/proses) | Rentang serupa; perbedaan kecil mungkin terjadi |
| Peregangan (A%) | Duktilitas yang memadai untuk pembentukan struktural | Serupa atau sedikit lebih tinggi karena spesifikasi yang lebih ketat |
| Ketangguhan impak notched Charpy V | Dasar (kurang ketat) | Energi impak yang lebih tinggi ditentukan pada suhu rendah yang ditetapkan |
| Kekerasan | Sedang (konsisten dengan baja HSLA) | Serupa; terkontrol untuk mempertahankan ketangguhan |
Interpretasi - Kedua kelas menargetkan tingkat hasil yang kira-kira sama (hasil nominal “345” dalam MPa), jadi desainer tidak boleh mengharapkan perbedaan besar dalam kekuatan statis. - Perbedaan mekanik utama terletak pada ketangguhan impak: Q345B ditentukan untuk memberikan ketangguhan yang lebih baik pada suhu yang lebih rendah atau tingkat energi impak yang lebih tinggi dibandingkan Q345A. Ini membuat Q345B lebih disukai di mana ketahanan terhadap retak rapuh di bawah impak atau layanan suhu rendah sangat penting. - Duktilitas dan kekerasan secara umum serupa; jalur proses dan ketebalan memainkan peran besar dalam nilai dunia nyata.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las pada baja struktural biasanya dinilai dengan mempertimbangkan kandungan karbon, indeks setara karbon/kekuatan pengerasan, dan keberadaan elemen mikro-paduan.
Rumus kemampuan las yang berguna - Setara karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Indeks 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 - Kelas Q345 memiliki kandungan karbon yang relatif rendah dan paduan yang terkontrol, menghasilkan kemampuan pengerasan yang sedang dan umumnya kemampuan las yang baik untuk metode pengelasan struktural konvensional. - Persyaratan ketangguhan yang lebih tinggi pada Q345B dicapai melalui kontrol mikrostruktur daripada peningkatan karbon yang signifikan; oleh karena itu, dalam banyak kasus kemampuan las tetap sebanding dengan Q345A. Namun, kontrol yang lebih ketat terhadap kotoran dan penambahan elemen mikro-paduan di Q345B dapat sedikit mempengaruhi praktik pemanasan awal/pemanasan setelah — misalnya, bagian yang lebih tebal yang ditentukan untuk memenuhi kinerja impak suhu rendah mungkin masih memerlukan pemanasan awal atau suhu antar-passing yang terkontrol untuk menghindari kerapuhan HAZ. - Gunakan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ untuk memperkirakan kebutuhan pemanasan awal atau prosedur pengelasan yang lebih canggih: indeks yang lebih tinggi menunjukkan peningkatan risiko retak dingin yang disebabkan oleh hidrogen dan kebutuhan yang lebih besar untuk pemanasan awal atau bahan habis pakai rendah-hidrogen.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Q345A dan Q345B adalah baja karbon non-stainless dan oleh karena itu memerlukan perlindungan permukaan di lingkungan korosif.
- Metode perlindungan umum: galvanisasi celup panas, primer kaya seng, sistem pengecatan, pelapisan bubuk, dan toleransi korosi dalam desain.
- Indeks stainless seperti PREN tidak berlaku untuk baja Q345 karena mereka bukan paduan stainless. Sebagai referensi, PREN digunakan untuk baja stainless austenitik dan duplex: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Pemilihan sistem perlindungan harus mempertimbangkan lingkungan yang diharapkan (laut, industri, atmosfer), umur layanan, dan rejim pemeliharaan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan bentuk: Kedua kelas memiliki kemampuan bentuk yang baik untuk fabrikasi struktural (pembengkokan, penggulungan). Ketangguhan Q345B yang ditingkatkan umumnya tidak mengurangi kemampuan bentuk; terkadang ketangguhan yang lebih baik berkorelasi dengan duktilitas yang lebih baik pada baja dengan pemrosesan terkontrol.
- Kemampuan mesin: Baja struktural karbon rendah mudah diproses dengan alat standar; mikro-paduan meningkatkan kekuatan dan dapat sedikit mempengaruhi kemampuan mesin (keausan alat).
- Pembengkokan dan pembentukan dingin: Praktik standar diterapkan; jari-jari pembengkokan minimum tergantung pada ketebalan dan riwayat pemrosesan daripada subgrade saja.
- Penyelesaian: Perlakuan permukaan (peledakan, penggilingan) serupa untuk kedua kelas. Untuk fabrikasi yang dilas yang ditujukan untuk pengecatan atau galvanisasi, kebersihan dan kontrol profil las tetap kritis.
8. Aplikasi Tipikal
Tabel: Penggunaan tipikal berdasarkan kelas
| Q345A — Aplikasi tipikal | Q345B — Aplikasi tipikal |
|---|---|
| Pekerjaan baja struktural umum: balok, saluran, pelat di mana ketangguhan standar sudah cukup | Komponen struktural yang terpapar suhu lebih rendah atau beban impak: jembatan berat, struktur lepas pantai, rangka penyangga yang menahan tekanan |
| Komponen yang difabrikasi, rakitan yang dilas di lingkungan yang bersahabat | Rangka crane, komponen rel, dan bagian lain yang kritis terhadap keselamatan yang memerlukan ketangguhan impak suhu rendah yang terverifikasi |
| Proyek yang didorong oleh ekonomi di mana ketangguhan yang diperlukan oleh kode dipenuhi oleh Q345A | Proyek di mana spesifikasi atau regulasi menuntut kinerja energi impak yang lebih tinggi di seluruh ketebalan |
Alasan pemilihan - Pilih subgrade yang memenuhi kriteria kontrol retak desain: untuk banyak struktur biasa Q345A memberikan sifat mekanik yang cukup dengan biaya lebih rendah. Untuk aplikasi dengan kondisi layanan dingin, beban dinamis yang lebih tinggi, atau persyaratan kontrol retak yang ketat, ketangguhan Q345B yang lebih tinggi membuatnya menjadi pilihan yang konservatif.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Baik Q345A maupun Q345B umumnya diproduksi dan tersedia secara luas di daerah dengan industri baja yang kuat; ketersediaan dalam bentuk produk tertentu (pelat, gulungan, bagian, pipa) tergantung pada pabrik lokal dan inventaris.
- Biaya: Q345B biasanya sedikit lebih mahal daripada Q345A karena kontrol manufaktur yang lebih ketat, pengujian tambahan (pengujian impak) dan langkah proses potensial untuk menjamin sifat yang lebih tangguh. Premi biaya biasanya sedang tetapi dapat bervariasi berdasarkan ketebalan dan kondisi pengiriman.
- Waktu pengiriman: Serupa untuk kedua kelas, meskipun pengujian khusus atau inspeksi pihak ketiga untuk Q345B dapat menambah waktu pengiriman administratif.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Perbandingan cepat
| Atribut | Q345A | Q345B |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Baik (baja struktural standar) | Baik; serupa tetapi periksa persyaratan HAZ untuk bagian berat |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kesimbangan HSLA standar | Kekuatan nominal yang sama, ketangguhan impak yang lebih tinggi ditentukan |
| Biaya | Lebih rendah (dasar) | Sedikit premium untuk ketangguhan dan pengujian |
Rekomendasi - Pilih Q345A jika: - Desain Anda berada di lingkungan suhu sedang, dampak rendah dan ketangguhan struktural standar dapat diterima. - Biaya dan ketersediaan cepat adalah pendorong utama dan proyek tidak memerlukan sifat impak suhu rendah yang terverifikasi. - Pengelasan dan fabrikasi adalah rutinitas dan tidak diharapkan menghasilkan kondisi HAZ yang rapuh.
- Pilih Q345B jika:
- Struktur beroperasi pada suhu lebih rendah, terkena beban impak atau dinamis, atau spesifikasi memerlukan kinerja impak Charpy yang terverifikasi.
- Ketangguhan retak di seluruh ketebalan dan di zona yang terpengaruh panas adalah prioritas untuk keselamatan atau kepatuhan regulasi.
- Anda lebih memilih pilihan konservatif di mana margin ketangguhan memberikan jaminan terhadap retak rapuh akibat cacat atau kondisi layanan.
Pernyataan penutup Baik Q345A maupun Q345B adalah baja struktural HSLA yang berguna dan dipahami dengan baik. Ketika kekuatan adalah metrik utama, keduanya sebanding; ketika ketangguhan — terutama ketangguhan suhu rendah atau impak — sangat penting, spesifikasi Q345B yang lebih ketat adalah faktor penentu. Selalu konfirmasi kondisi uji mekanik dan impak yang diperlukan dengan kode yang mengatur dan sertifikat pabrik sebelum pemilihan material akhir.