Q345B vs Q345C – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Q345 adalah seri baja struktural berkekuatan tinggi dan paduan rendah (HSLA) yang umum digunakan dengan penunjukan Cina yang digunakan di seluruh dunia dalam jembatan, bejana tekan, mesin berat, dan komponen struktural. Dalam keluarga Q345, huruf akhiran B, C, D, dan E menunjukkan varian yang memenuhi target kimia dan mekanik dasar yang sama tetapi diuji pada suhu dampak yang semakin rendah. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali harus memilih antara Q345B dan Q345C saat menentukan bahan untuk struktur yang menghadapi suhu lingkungan atau layanan yang berbeda, batasan fabrikasi, dan target biaya.
Perbedaan teknis utama antara Q345B dan Q345C adalah suhu ketangguhan dampak yang dijamin: Q345C ditentukan untuk kondisi uji dampak yang lebih dingin dibandingkan Q345B, yang mempengaruhi pemilihan untuk layanan suhu rendah. Karena kimia nominal dan kekuatan hasil mereka serupa, keputusan biasanya bergantung pada ketangguhan pada suhu rendah, pertimbangan kemampuan las, dan trade-off biaya/ketersediaan.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar utama: GB/T 1591 — "Baja yang dilas untuk struktur" (Cina). Seri Q345 didefinisikan dalam standar ini.
- Standar dan ekuivalen relevan lainnya (kontekstual):
- ASTM/ASME: tidak ada satu-satu langsung; baja struktural yang sebanding termasuk ASTM A572 Grade 50, S355 (EN), tetapi persyaratan kimia dan ketangguhan berbeda.
- EN: keluarga S355 (baja struktural) — niat serupa, matriks sifat dan klasifikasi suhu dampak yang berbeda.
- JIS: JIS G3106 (baja struktural berkekuatan tinggi) — pendekatan klasifikasi yang berbeda.
- Klasifikasi material: seri Q345 = HSLA (baja karbon berkekuatan tinggi dan paduan rendah) yang cocok untuk aplikasi struktural yang dilas, bukan baja tahan karat atau baja alat.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Rentang elemen tipikal untuk seri Q345 (representatif dari keluarga GB/T 1591). Ini adalah rentang indikatif yang digunakan dalam praktik industri; selalu verifikasi sertifikat pabrik untuk nilai yang tepat saat menentukan material.
| Elemen | Rentang / batas tipikal (seri Q345, representatif) |
|---|---|
| C (karbon) | ≤ 0.20 (karbon rendah untuk menjaga kemampuan las) |
| Mn (mangan) | 0.50 – 1.60 (kekuatan dan kemampuan pengerasan) |
| Si (silikon) | 0.10 – 0.50 (deoksidasi; kekuatan) |
| P (fosfor) | ≤ 0.035 (batas kotoran) |
| S (sulfur) | ≤ 0.035 (batas kotoran) |
| Cr (krom) | ≤ ~0.30 (jika ada, kemampuan pengerasan/korosif yang moderat) |
| Ni (nikel) | ≤ ~0.30 (kadang-kadang ada untuk ketangguhan) |
| Mo (molybdenum) | ≤ ~0.08 (jika mikro paduan, efek kecil pada kemampuan pengerasan) |
| V (vanadium) | jejak hingga ≤ ~0.08 (mikro paduan untuk pemurnian butir) |
| Nb (niobium) | jejak hingga ≤ ~0.05 (mikro paduan untuk penguatan presipitasi) |
| Ti (titanium) | jejak (deoksidasi, kontrol butir) |
| B (boron) | jejak (sangat rendah, jika ada) |
| N (nitrogen) | terkendali, rendah (mempengaruhi ketangguhan) |
Penjelasan: - Kelas Q345 dirancang sebagai baja HSLA karbon rendah. Karbon dan mangan memberikan kekuatan dasar. Silikon digunakan untuk deoksidasi dan sedikit peningkatan kekuatan. - Elemen mikro paduan (Nb, V, Ti) digunakan dalam jumlah terkontrol untuk memperhalus struktur butir dan memberikan penguatan presipitasi, yang membantu mempertahankan ketangguhan tanpa meningkatkan ekuivalen karbon secara berlebihan. - Paduan dijaga sederhana untuk mempertahankan kemampuan las; paduan yang kompleks atau berat yang meningkatkan kemampuan pengerasan umumnya dihindari.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur tipikal saat digulung: ferrit–pearlit dengan kemungkinan presipitat mikro paduan yang terdispersi (NbC, VC, TiN) yang bertanggung jawab untuk pemurnian butir dan penguatan presipitasi.
- Mikrostruktur Q345B vs Q345C: di bawah jadwal penggulungan dan pendinginan yang sama, metalografi dasar pada dasarnya sama. Persyaratan ketangguhan suhu rendah untuk Q345C dicapai melalui kontrol kimia yang lebih ketat (terutama kotoran yang sangat rendah), jadwal penggulungan/pendinginan terkontrol, dan kadang-kadang peningkatan kandungan mikro paduan atau pemrosesan termo-mekanis untuk memperhalus ukuran butir.
- Respons perlakuan panas:
- Normalisasi: memperhalus ukuran butir dan dapat sedikit meningkatkan ketangguhan; berguna ketika sifat ketebalan yang lebih baik diperlukan.
- Quenching & tempering: tidak umum untuk Q345; baja ini diproduksi untuk memenuhi kekuatan/ketangguhan dalam kondisi normalisasi/penggulungan terkontrol. Q&T akan mengubah sifat secara substansial dan bukan merupakan pengiriman standar untuk kelas Q345.
- Pemrosesan termo-mekanis (penggulungan terkontrol dan pendinginan dipercepat) umumnya digunakan oleh pabrik untuk mengembangkan struktur ferritik-pearlitik butir halus yang diperlukan untuk kinerja dampak suhu rendah, terutama untuk Q345C dan varian suhu rendah lainnya.
4. Sifat Mekanik
Tabel: Rentang sifat mekanik tipikal untuk keluarga Q345. Nilai-nilai ini representatif; konfirmasi sertifikat pabrik spesifik dan nilai yang bergantung pada ketebalan.
| Sifat | Q345 tipikal (umum) | Q345B | Q345C |
|---|---|---|---|
| Kekuatan hasil (ReL) | ~345 MPa (dasar penunjukan) | ≥ 345 MPa | ≥ 345 MPa |
| Kekuatan tarik (Rm) | ~470 – 630 MPa (tergantung pada ketebalan dan pemrosesan) | Rentang tipikal di atas | Rentang tipikal di atas |
| Peregangan (A) | ≥ ~20% (bervariasi dengan ketebalan) | Sebanding | Sebanding |
| Ketangguhan dampak (Charpy V-notch) | Energi yang ditentukan dengan kelas suhu | 27 J pada −20 °C (persyaratan tipikal) | 27 J pada −40 °C (persyaratan tipikal) |
| Kekerasan (HB) | Tipikal 120 – 190 HB (tergantung proses) | Sebanding | Sebanding |
Interpretasi: - Kekuatan: kedua kelas ditentukan pada hasil nominal yang sama (345 MPa) dan rentang tarik yang serupa; tidak ada kelas yang secara inheren lebih kuat dalam kondisi yang dikirimkan. - Ketangguhan: Q345C menjamin ketangguhan dampak yang lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah dibandingkan Q345B. Ini membuat Q345C lebih disukai di mana risiko patah rapuh pada suhu layanan di bawah nol menjadi perhatian. - Duktibilitas: peregangan dan duktibilitas serupa antara keduanya, dengan asumsi ketebalan dan pemrosesan yang sama.
5. Kemampuan Las
- Baja Q345 dirancang untuk kemampuan las yang baik: kandungan karbon rendah dan paduan terkontrol meminimalkan kerentanan terhadap retak dingin. Namun, kemampuan las harus dievaluasi berdasarkan ekuivalen karbon dan Pcm untuk penilaian yang lebih tepat.
- Ekuivalen karbon umum dan rumus parameter yang digunakan untuk memperkirakan perilaku pengelasan: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretasi kualitatif:
- Kedua Q345B dan Q345C biasanya memiliki nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang rendah relatif terhadap baja karbon yang lebih tinggi, menunjukkan persyaratan pemanasan awal yang relatif rendah dan kemampuan las yang baik secara umum.
- Kontrol kotoran yang lebih ketat pada Q345C dan kemungkinan penyesuaian mikro paduan untuk ketangguhan suhu rendah dapat sedikit meningkatkan atau menurunkan ekuivalen karbon yang dihitung tergantung pada kimia pabrik; oleh karena itu, kualifikasi prosedur pengelasan harus didasarkan pada nilai sertifikat material yang sebenarnya dan ketebalan.
- Untuk bagian berat, suhu antar las yang rendah dan rekomendasi perlakuan panas pra-las/pasca-las yang sesuai harus mengikuti kode pengelasan dan CE/Pcm yang dihitung.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Q345B dan Q345C adalah baja struktural non-tahan karat; ketahanan korosi yang melekat serupa dan moderat. Perlindungan permukaan biasanya diperlukan untuk aplikasi yang terpapar.
- Strategi perlindungan tipikal:
- Galvanisasi celup panas untuk ketahanan korosi atmosfer.
- Pengecatan di pabrik atau lapangan dengan primer dan lapisan atas yang sesuai (sistem epoksi, poliuretan).
- Pelapisan baja cuaca adalah pendekatan desain yang berbeda dan tidak melekat pada Q345.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) berlaku untuk paduan tahan karat, bukan untuk baja Q345. Sebagai referensi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini tidak berarti untuk baja karbon/HSLA karena mereka tidak memiliki Cr/Mo/N yang cukup untuk menahan korosi lokal secara intrinsik.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Pemotongan: pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, dan laser semuanya umum digunakan; parameter pemotongan tergantung pada ketebalan dan mikrostruktur tetapi serupa untuk kedua kelas.
- Pembengkokan/pembentukan: Kelas Q345 mudah dibentuk saat menggunakan jari-jari bengkok yang tepat terkait dengan ketebalan; bengkokan ketat pada bagian yang lebih tebal memerlukan perhatian terhadap pemulihan dan potensi patah untuk layanan ultra-dingin (Q345C) di mana ketangguhan patah menjadi kritis.
- Kemampuan mesin: kemampuan mesin baja karbon tipikal; elemen mikro paduan dapat sedikit mengurangi kemampuan mesin relatif terhadap baja karbon rendah biasa tetapi tidak secara dramatis. Alat dan kecepatan pemotongan harus dipilih untuk kekerasan yang sebenarnya.
- Finishing permukaan dan pemrosesan pasca: kedua kelas merespons dengan baik terhadap persiapan permukaan standar dan operasi finishing (penggilingan, peledakan, pelapisan).
8. Aplikasi Tipikal
| Q345B — Penggunaan tipikal | Q345C — Penggunaan tipikal |
|---|---|
| Bagian struktural umum: balok, saluran, pelat untuk bangunan dan crane di mana kondisi lingkungan sedang | Komponen struktural di iklim yang lebih dingin atau layanan dingin (misalnya, struktur lepas pantai arktik, dukungan penyimpanan berpendingin) |
| Jembatan, rekayasa sipil umum di mana ketangguhan −20 °C sudah memadai | Bejana tekan dan rangka yang memerlukan ketangguhan yang terverifikasi pada suhu yang lebih rendah (misalnya, −40 °C) |
| Dasar mesin dan rangka yang dilas di mana kemampuan las dan biaya penting | Dukungan pipa petrokimia, infrastruktur daerah dingin di mana risiko patah rapuh pada suhu rendah lebih tinggi |
| Fabrikasi yang sensitif terhadap biaya di mana kinerja Q345 standar sudah memadai | Aplikasi di mana margin keselamatan terhadap patah rapuh pada suhu rendah diprioritaskan |
Rasional pemilihan: - Jika suhu layanan, kode keselamatan, atau penilaian risiko memperkirakan paparan di bawah sekitar −20 °C, Q345C (atau kelas yang lebih dingin) menjadi menarik. Jika suhu lingkungan/layanan tetap di atas ambang tersebut, Q345B sering kali cukup dan lebih ekonomis.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: Q345C biasanya sedikit lebih mahal daripada Q345B karena kontrol proses yang lebih ketat, pengujian, dan penyesuaian potensial dalam kimia pemrosesan untuk menjamin kinerja dampak suhu yang lebih rendah.
- Ketersediaan: Kedua kelas tersedia secara luas di daerah dengan rantai pasokan yang mapan untuk baja standar Cina. Ketebalan pelat/kumparan, dimensi khusus, dan sertifikasi (misalnya, jejak panas pabrik untuk layanan suhu rendah) mempengaruhi waktu pengiriman dan biaya.
- Bentuk produk: pelat, kumparan yang dilas panas, bentuk struktural; ketersediaan bervariasi menurut pabrik dan inventaris regional.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Perbandingan cepat
| Atribut | Q345B | Q345C |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Sangat baik (C rendah, paduan terkontrol) | Sangat baik (serupa), verifikasi CE/Pcm dari sertifikat |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kesimbangan Q345 standar | Jaminan ketangguhan suhu rendah yang lebih baik |
| Biaya | Lebih rendah (tipikal) | Lebih tinggi (tipikal, karena pengujian/pemrosesan) |
Rekomendasi: - Pilih Q345B jika: aplikasi Anda beroperasi di lingkungan di mana ketangguhan dampak sekitar −20 °C (atau lebih tinggi) sudah memadai, Anda memprioritaskan efisiensi biaya, dan kinerja struktural standar serta kemampuan las sudah cukup. - Pilih Q345C jika: struktur atau komponen akan terpapar suhu lingkungan atau layanan yang sangat di bawah nol (memerlukan ketangguhan yang terverifikasi pada sekitar −40 °C), atau kode proyek dan penilaian risiko mengharuskan klasifikasi dampak suhu yang lebih rendah.
Catatan akhir: Meskipun keputusan antara Q345B dan Q345C terutama bergantung pada kinerja dampak suhu rendah, spesifikasi yang bertanggung jawab memerlukan peninjauan sertifikat pabrik untuk komposisi kimia yang sebenarnya, ekuivalen karbon (atau $P_{cm}$ yang dihitung), sifat mekanik yang bergantung pada ketebalan, dan peningkatan tambahan (pemrosesan termo-mekanis, penggulungan terkontrol) yang mempengaruhi ketangguhan dan kemampuan las.