Q345B vs Q345D – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Q345B dan Q345D adalah dua varian temper/grade dari keluarga baja struktural paduan rendah Tiongkok yang biasanya dirujuk di bawah GB/T 1591. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering membandingkan keduanya saat merancang struktur yang dilas, jembatan, derek, dan peralatan untuk iklim dingin. Konteks keputusan yang umum menyeimbangkan kekuatan mekanik yang diperlukan, kemampuan dilas, biaya produksi, dan ketangguhan impak yang diperlukan pada suhu layanan.
Perbedaan praktis utama antara kedua grade ini terletak pada kinerja yang ditentukan pada suhu yang lebih rendah: satu ditujukan untuk penggunaan struktural umum pada kondisi ambient, sementara yang lainnya ditentukan dan diproses untuk memberikan ketangguhan patah yang lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah (sub-ambient). Karena banyak parameter kimia dan mekanik lainnya yang dibagi (atau sangat mirip), pemilihan sering kali bergantung pada persyaratan ketangguhan suhu rendah, batasan fabrikasi, dan anggaran.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar utama: GB/T 1591 — “Baja struktural paduan rendah yang dilas panas” (Tiongkok).
- Padanan internasional / spesifikasi terkait: tidak ada kecocokan langsung satu-ke-satu dalam ASTM/ASME atau EN; baja paduan rendah berkekuatan tinggi (HSLA) yang serupa ada (misalnya keluarga ASTM A572, S355) tetapi ada perbedaan dalam kimia dan kriteria impak.
- Klasifikasi berdasarkan jenis: baja struktural karbon HSLA (paduan rendah berkekuatan tinggi).
- Penunjukan:
- Q345B — Q = titik hasil, 345 ≈ 345 MPa minimum hasil, “B” menunjukkan kelas suhu uji impak tertentu (biasanya 0 °C).
- Q345D — kelas kekuatan nominal yang sama dengan “D” menunjukkan persyaratan uji impak yang lebih ketat (suhu lebih rendah) (biasanya −20 °C).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah perbandingan ringkas dari elemen umum yang biasanya dikendalikan untuk grade Q345. Nilai yang ditunjukkan adalah batas tipikal yang digunakan dalam praktik (konsultasikan edisi GB/T 1591 yang berlaku atau sertifikat pabrik untuk batas yang tepat).
| Elemen | Rentang atau batas tipikal (Q345B) | Rentang atau batas tipikal (Q345D) | Catatan |
|---|---|---|---|
| C (karbon) | ≤ ~0.20 wt% | ≤ ~0.20 wt% (sering di sisi yang lebih rendah) | C yang lebih rendah meningkatkan kemampuan dilas dan ketangguhan; D dapat diproduksi dengan kontrol C yang sedikit lebih ketat. |
| Mn (mangan) | ~0.4–1.6 wt% | ~0.4–1.6 wt% | Mn meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan; kandungan tipikal serupa untuk keduanya. |
| Si (silikon) | ≤ ~0.50 wt% | ≤ ~0.50 wt% | Deoksidasi; jumlah yang moderat membantu kekuatan tanpa merusak ketangguhan. |
| P (fosfor) | ≤ 0.035 wt% | ≤ 0.035 wt% | Dipertahankan rendah untuk menghindari embrittlement. |
| S (sulfur) | ≤ 0.035 wt% | ≤ 0.035 wt% | Dipertahankan rendah untuk ketangguhan dan kemampuan dilas. |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N | Umumnya dalam jumlah jejak atau tidak ditentukan di luar batas maksimum | Sama, dengan D kadang-kadang memiliki tambahan mikro paduan yang lebih ketat atau kontrol pemurnian butir | Mikro paduan (Nb, V, Ti) dan pemrosesan yang terkontrol digunakan untuk memperhalus butir dan meningkatkan ketangguhan suhu rendah untuk D. |
Bagaimana strategi paduan bekerja: - Karbon dan mangan adalah kontributor kekuatan utama; Mn yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi meningkatkan kemampuan pengerasan dan potensi retak dingin jika tidak dikendalikan. - Mikro paduan (Nb, V, Ti) dapat ditambahkan dalam jumlah kecil untuk mempromosikan pemurnian butir dan penguatan presipitasi tanpa peningkatan substansial dalam setara karbon — jalur yang menguntungkan untuk meningkatkan ketangguhan impak suhu rendah. - Mengendalikan elemen pengotor P dan S sangat penting untuk kedua grade; tingkat yang lebih rendah membantu mempertahankan duktilitas dan ketahanan patah.
(Selalu verifikasi sertifikat pabrik atau edisi standar yang mengatur untuk komposisi yang tepat untuk panas atau bentuk produk tertentu.)
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Baik Q345B maupun Q345D diproduksi untuk memberikan mikrostruktur ferrit–pearlit yang dominan dalam kondisi yang digulung. Mikrostruktur adalah fungsi dari kimia, laju pendinginan, dan pemrosesan termo-mekanik.
Rute pemrosesan dan efeknya: - Normalisasi: Pemanasan di atas suhu transformasi dan pendinginan udara menghasilkan struktur ferrit–pearlit yang lebih halus dan lebih homogen yang dapat sedikit meningkatkan ketangguhan. - Penggulungan terkontrol / Pemrosesan Kontrol Termo-Mekanik (TMCP): Mengurangi ukuran butir austenit sebelum transformasi dan mempromosikan ferrit berbutir halus dengan pearlit atau bainit yang terdispersi — ini adalah jalur umum untuk memenuhi persyaratan impak suhu rendah Q345D tanpa meningkatkan paduan. - Pendinginan & penguatan: Tidak umum untuk grade ini karena Q345 ditentukan sebagai baja struktural yang dilas panas; pendinginan–penguatan akan menciptakan kekuatan yang lebih tinggi tetapi merupakan kelas produk yang berbeda. - Perbedaan respons perlakuan panas: Karena kimia dasar serupa, perbedaan dalam respons biasanya dicapai dengan kontrol yang lebih ketat terhadap jadwal penggulungan dan tambahan mikro paduan untuk Q345D untuk memastikan ukuran butir yang lebih halus dan energi Charpy V-notch yang lebih tinggi pada suhu rendah.
Ukuran butir dan ketangguhan: - Ukuran butir austenit yang lebih halus sebelumnya dan ukuran/distribusi inklusi yang berkurang meningkatkan ketangguhan dan mengurangi suhu transisi dari duktil ke rapuh — mekanisme biasa di mana Q345D mengungguli Q345B pada suhu subambient.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik representatif untuk grade Q345 (nilai tipikal; verifikasi standar atau sertifikat uji pabrik untuk produk yang tepat):
| Sifat | Q345B Tipikal | Q345D Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Hasil Minimum (MPa) | ~345 MPa | ~345 MPa | Kedua grade menargetkan hasil minimum yang sama (nama memberikan 345 MPa). |
| Kekuatan Tarik (MPa) | ~470–630 MPa | ~470–630 MPa | Rentang tarik yang tumpang tindih; bentuk produk tertentu (plat, koil) dan ketebalan mempengaruhi nilai. |
| Peregangan (A%) | ≥ ~20% (tergantung pada ketebalan) | ≥ ~20% (tergantung pada ketebalan) | D umumnya mempertahankan duktilitas yang serupa sambil meningkatkan ketangguhan. |
| Ketangguhan Impak (Charpy V) | Biasanya ditentukan pada 0 °C (misalnya, 27 J tipikal) | Ditentukan pada suhu lebih rendah, misalnya, −20 °C (tingkat energi yang sama pada suhu lebih rendah) | Pembeda kunci: Q345D memerlukan energi impak yang dapat diterima pada suhu yang lebih rendah. |
| Kekerasan (HB) | Biasanya sedang; bukan grade yang dikendalikan kekerasannya | Serupa | Kekerasan biasanya berada dalam rentang yang kompatibel dengan pengelasan dan pembentukan; bukan kontrol spesifikasi utama. |
Interpretasi: - Kekuatan: Kedua grade memberikan hasil nominal yang sama dan rentang tarik yang serupa—tidak ada yang secara inheren “lebih kuat” dalam kekuatan statis jika disuplai sesuai spesifikasi yang sama. - Ketangguhan: Q345D diproses dan memenuhi syarat untuk memberikan ketangguhan impak yang lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah; oleh karena itu, lebih kecil kemungkinannya mengalami patah rapuh di lingkungan dingin. - Duktilitas: Sebanding antara keduanya saat diuji pada suhu kualifikasi masing-masing; strategi penguatan bertujuan untuk mempertahankan duktilitas di Q345D.
5. Kemampuan Dilas
Kemampuan dilas sebagian besar ditentukan oleh kandungan karbon, setara karbon (kemampuan pengerasan), dan mikro paduan.
Rumus kemampuan dilas umum (berguna untuk perbandingan kualitatif): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ 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 Q345B maupun Q345D memiliki kandungan karbon yang relatif rendah dan Mn yang moderat, yang umumnya memberikan kemampuan dilas yang baik untuk aplikasi struktural. - Q345D dapat diproduksi dengan kontrol C yang sedikit lebih ketat dan dengan mikro paduan/ukuran butir yang dioptimalkan untuk memenuhi ketangguhan suhu rendah, yang sebenarnya dapat membantu ketangguhan pasca-dilas jika prosedur pengelasan mengontrol input panas dan persyaratan pemanasan awal. - Nilai setara karbon untuk kedua grade biasanya rendah hingga moderat, yang menunjukkan prosedur pemanasan awal/pemanasan pasca standar dan bahan habis pakai pengelasan umum cukup dalam kebanyakan kasus; namun, bagian yang lebih tebal, pengekangan, dan desain sambungan dapat memerlukan pemanasan awal dan kontrol input panas. - Selalu ambil rekomendasi PWHT (perlakuan panas pasca pengelasan) dan pemanasan awal dari kualifikasi prosedur pengelasan yang menggunakan CE aktual atau $P_{cm}$ untuk panas tersebut.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik Q345B maupun Q345D bukanlah stainless; keduanya adalah baja struktural paduan rendah non-stainless dan akan berkarat di lingkungan yang agresif.
- Strategi perlindungan yang umum: galvanisasi celup panas, sistem pengecatan seng atau epoksi, pelapis cuaca (jika komposisi paduan mendukungnya), perlindungan katodik di lingkungan terendam, atau menggunakan pelapis pengorbanan.
- Untuk penggunaan indeks stainless atau tahan korosi: PREN tidak berlaku untuk baja non-stainless ini. Pengingat rumus PREN untuk konteks stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Dalam praktiknya, pilih perlindungan permukaan sesuai dengan kelas paparan (atmosfer, laut, kimia) daripada perbedaan komposisi kecil antara Q345B dan Q345D.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Formabilitas: Kedua grade menunjukkan karakteristik pembentukan dingin dan pembengkokan yang baik yang khas dari baja HSLA ketika berada dalam ketebalan yang ditentukan dan ketika jari-jari bengkok memenuhi minimum yang direkomendasikan. Ketangguhan suhu rendah Q345D yang ditingkatkan tidak secara material merusak formabilitas.
- Kemampuan mesin: Keduanya moderat dalam kemampuan mesin—kondisi material (mikro paduan, tingkat kekuatan) mempengaruhi umur alat. Langkah-langkah pencegahan pemesinan yang khas untuk baja berkekuatan tinggi (penggunaan pengaturan yang kaku, pendingin yang memadai, dan parameter pemotongan yang tepat) berlaku.
- Pemotongan dan pengelasan: Pemotongan oksigen-bahan bakar, plasma, dan laser standar bekerja serupa untuk keduanya. Bahan habis pakai pengelasan dipilih untuk memenuhi persyaratan sifat mekanik; ketika ketangguhan impak pada suhu rendah diperlukan di zona las, gunakan bahan habis pakai yang sesuai dan prosedur yang memenuhi syarat.
8. Aplikasi Tipikal
| Q345B (penggunaan tipikal) | Q345D (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Anggota struktural umum: balok, kolom, girder pelat yang dilas untuk iklim standar | Anggota struktural untuk iklim dingin: topsides lepas pantai, bingkai penyimpanan berpendingin, jembatan daerah dingin |
| Derek, hoist, dan fabrikasi umum di mana layanan ambient atau sedikit subambient berlaku | Komponen yang terpapar suhu ambient yang lebih rendah atau suhu subzero transien, atau di mana ketangguhan patah pada −20 °C diperlukan |
| Bingkai mesin, baja fabrikasi, pelat tujuan umum | Pekerjaan baja las berat dengan kriteria layanan suhu rendah, peralatan tekanan tertentu di mana ketangguhan suhu rendah ditentukan |
| Fitting pipa dan flens untuk layanan non-korosif | Sama seperti Q345B di mana kinerja impak suhu rendah tambahan diwajibkan |
Rasional pemilihan: - Pilih Q345B untuk proyek yang sensitif terhadap biaya yang beroperasi pada atau di atas suhu layanan ambient standar. - Pilih Q345D di mana kode, spesifikasi klien, atau penilaian risiko menuntut ketangguhan impak yang terverifikasi pada suhu yang cukup rendah (misalnya, −20 °C).
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Q345B umumnya sedikit lebih murah daripada Q345D karena D biasanya memerlukan kontrol proses yang lebih ketat atau pengujian tambahan untuk memvalidasi ketangguhan suhu rendah. Selisih harga moderat untuk sebagian besar pelat/koil komoditas tetapi dapat meningkat dengan ketebalan dan waktu pengiriman yang ketat.
- Ketersediaan: Q345B diproduksi secara luas dan tersedia dalam banyak bentuk produk (plat, koil, balok). Q345D juga umumnya tersedia tetapi mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama atau diproduksi berdasarkan pesanan di beberapa pabrik, terutama untuk bagian yang lebih tebal atau ketika perlakuan panas pabrik tertentu diperlukan.
- Bentuk produk mempengaruhi pasokan: pelat dan bentuk struktural dalam ukuran umum tersedia dengan mudah; dimensi khusus, ketebalan pelat berat, atau toleransi permukaan yang tidak biasa dapat memperpanjang waktu tunggu.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan
| Atribut | Q345B | Q345D |
|---|---|---|
| Kemampuan Dilas | Sangat baik (C rendah, CE moderat) | Sangat baik; mungkin memerlukan kontrol pengelasan yang sama; sering kali perilaku PWHT yang serupa atau sedikit lebih baik karena kontrol proses |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang umum yang baik pada suhu ambient | Ketangguhan suhu rendah yang lebih baik untuk kekuatan yang sebanding |
| Biaya | Lebih rendah (tipikal) | Sedikit lebih tinggi (tipikal) |
Rekomendasi: - Pilih Q345B jika struktur akan beroperasi terutama pada suhu ambient atau suhu dingin yang ringan, kontrol biaya penting, dan prosedur pengelasan/fabrikasi standar akan digunakan. - Pilih Q345D jika aplikasi mengekspos material pada lingkungan sub-zero atau shock dingin yang berkelanjutan, desain atau kode memerlukan energi impak yang terverifikasi pada suhu yang lebih rendah (misalnya −20 °C), atau jika penilaian risiko menunjukkan kontrol patah rapuh pada suhu layanan yang lebih rendah.
Catatan akhir: Baik Q345B maupun Q345D adalah baja struktural HSLA yang efektif dengan kekuatan hasil nominal yang sama. Faktor pembeda praktis adalah ketangguhan suhu rendah yang terverifikasi dan kontrol pemrosesan yang digunakan untuk mencapainya. Selalu tentukan suhu impak dan nilai energi yang diperlukan secara eksplisit dalam dokumen pembelian, dan minta sertifikat uji pabrik dan hasil Charpy V-notch untuk panas yang dikirim untuk memastikan grade yang dipilih memenuhi kebutuhan ketangguhan patah dan fabrikasi proyek.