Q345R vs Q390R – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Q345R dan Q390R adalah baja paduan rendah yang ditunjuk untuk penggunaan pressure vessel, banyak digunakan dalam fabrikasi di China dan internasional untuk boiler, pressure vessel, dan kontainer kriogenik. Para engineer, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi keputusan pemilihan antara kedua grade ini dengan mempertimbangkan biaya, kemudahan manufaktur, kemampuan pengelasan, dan performa mekanik yang dibutuhkan. Pertimbangan khas termasuk memilih material yang lebih murah dan lebih lunak versus alternatif dengan kekuatan lebih tinggi yang mengurangi ketebalan penampang atau berat.

Perbedaan teknis utama antara Q345R dan Q390R adalah tingkat kekuatan rancangannya: Q390R ditentukan dengan kekuatan luluh minimum lebih tinggi sehingga digunakan ketika kapasitas muatan lebih besar atau ketebalan dikurangi diperlukan. Karena keduanya adalah baja pressure vessel non-stainless dengan filosofi paduan yang serupa, keduanya sering dibandingkan saat mengoptimalkan desain untuk kekuatan, ketangguhan, dan fabrikasi.

1. Standar dan Penunjukan

• GB (China): Q345R dan Q390R ditetapkan dalam standar GB/T China untuk baja pressure vessel. Sufiks “R” menunjukkan kesesuaian untuk plat pressure vessel yang dilas.
• EN / ISO: Performa kasar yang setara sering dibandingkan dengan EN S355 (untuk seri Q345) dan baja struktural kekuatan lebih tinggi, namun penggantian langsung harus dicek terhadap standar pressure vessel.
• ASME / ASTM: Tidak ada grade ASME yang langsung setara; pengguna biasanya membandingkan ke keluarga ASTM A516/A572 berdasarkan sifat mekanik dan tegangan yang diperbolehkan.
• JIS: Standar Jepang menggunakan nomenklatur berbeda; pemetaan memerlukan pengecekan properti per properti.

Klasifikasi: Q345R dan Q390R adalah baja paduan rendah karbon-mangan (tipe HSLA untuk penggunaan pressure vessel), bukan baja alat atau tahan karat. Keduanya adalah varian pressure vessel (R) dengan ketangguhan impak yang disyaratkan pada temperatur tertentu.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Pemaduan

Tabel: kehadiran elemen umum secara kualitatif

Elemen	Q345R (tipikal)*	Q390R (tipikal)*	Peran fungsional
C	Rendah–sedang	Rendah–sedang (sering sedikit lebih rendah)	Kontrol kekuatan; karbon lebih tinggi meningkatkan kekuatan dan kekerasan tapi mengurangi kemampuan las dan ketangguhan.
Mn	Sedang	Sedang–tinggi	Deoksidasi dan penguatan larutan padat; membantu pengerasan.
Si	Jejak–sedang	Jejak–sedang	Deoksidasi; efek kecil pada kekuatan.
P	Jejak (terkendali rendah)	Jejak (terkendali rendah)	Impuritas—dijaga rendah untuk mempertahankan ketangguhan.
S	Jejak (terkendali rendah)	Jejak (terkendali rendah)	Impuritas—dikontrol untuk kemudahan las dan ketangguhan.
Cr	Jejak–rendah	Jejak–rendah	Dapat hadir dalam jumlah kecil untuk pengerasan/ketangguhan.
Ni	Jejak–rendah	Jejak–rendah	Meningkatkan ketangguhan pada temperatur rendah bila ada.
Mo	Jejak–rendah	Jejak–rendah	Pengerasan dan tahan creep bila ditambahkan.
V	Jejak (mikropaduan kemungkinan)	Jejak (mikropaduan lebih mungkin)	Mikropaduan untuk penguatan presipitasi (refinasi butir).
Nb (gabungan Nb,V)	Kemungkinan jejak	Kemungkinan jejak	Refinasi butir dan kekuatan pasca pemrosesan termomekanis.
Ti	Kemungkinan jejak	Kemungkinan jejak	Deoksidasi dan kontrol pertumbuhan butir.
B	Tidak tipikal	Tidak tipikal	Tingkat sangat rendah dapat digunakan di beberapa baja HSLA untuk meningkatkan pengerasan (jarang).
N	Terkendali rendah	Terkendali rendah	Dapat membentuk nitrida; dikontrol untuk ketangguhan.

*“Tipikal” menunjukkan strategi paduan umum untuk baja pressure vessel ini; konsultasikan dengan produsen/spesifikasi standar untuk batas elemen tersertifikasi dan sertifikat batch.

Ringkasan strategi paduan: - Kedua grade mengandalkan karbon dan mangan yang dikendalikan dengan mikropaduan selektif (Nb, V, Ti) dan elemen jejak untuk ketangguhan dan kekuatan. - Q390R biasanya dibuat untuk mencapai kekuatan luluh lebih tinggi; produsen bisa mengetatkan kontrol karbon, menambah micropaduan, atau mengaplikasikan pemrosesan termomekanis untuk mencapai level lebih tinggi tanpa meningkatkan kadar karbon yang merugikan kemampuan las atau ketangguhan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Kondisi pengiriman biasanya plat yang dinormalisasi atau digulung secara terkontrol dengan mikrostruktur ferrit–pearlit atau bainitik-ferritik berbutir halus tergantung laju pendinginan dan micropaduan. - Q345R, yang dirancang untuk tingkat kekuatan lebih rendah, sering memperlihatkan ferrit ekwiseks dan pearlit dengan daerah ferrit lebih besar, yang mendukung keuletan. - Q390R bertujuan mikrostruktur berbutir lebih halus dengan kontribusi matriks yang lebih kuat (bainit temper atau ferrit halus) yang diperoleh melalui jadwal penggulungan lebih ketat atau presipitasi micropaduan, menghasilkan kekuatan luluh lebih tinggi.

Respons perlakuan panas: - Normalisasi: Kedua grade merespon normalisasi dengan memperhalus butir dan meningkatkan keseragaman; normalisasi umum disyaratkan pada plat pressure vessel untuk menjamin ketangguhan. - Quenching & tempering: Tidak tipikal sebagai kondisi standar pengiriman untuk plat pressure vessel “as-rolled”, tetapi memungkinkan untuk varian kekuatan lebih tinggi buatan khusus; Q390R dapat diproses dengan jalur quench and temper untuk mendapatkan kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan tetap. - Pemrosesan termomekanis terkontrol (TMCP): Banyak digunakan untuk membuat Q390R mencapai kekuatan tinggi dengan mempertahankan ketangguhan dan kemampuan las yang dapat diterima—elemen micropaduan mengendap dan merinci ukuran butir austenit selama penggilingan.

4. Sifat Mekanik

Tabel: perbandingan sifat mekanik (kualitatif dengan nilai minimum sesuai dimana berlaku)

Properti	Q345R	Q390R	Komentar
Kekuatan luluh minimum yang ditentukan	~345 MPa (sesuai penunjukan)	~390 MPa (sesuai penunjukan)	Perbedaan inti—Q390R memiliki kekuatan luluh lebih tinggi secara hukum.
Kekuatan tarik	Sedang	Lebih tinggi	Q390R biasanya mencapai kekuatan tarik maksimum lebih tinggi.
Regangan (keuletan)	Keuletan lebih tinggi	Keuletan sedikit lebih rendah	Baja dengan kekuatan lebih tinggi biasanya menunjukkan elongasi seragam yang lebih rendah.
Ketangguhan impak	Baik (sesuai temperatur rancang)	Baik tetapi memerlukan kontrol lebih ketat	Kedua grade dinilai berdasar impak, tetapi Q390R membutuhkan kontrol proses untuk mempertahankan ketangguhan pada kekuatan lebih tinggi.
Kekerasan	Sedang	Lebih tinggi	Kekuatan lebih tinggi berasosiasi dengan peningkatan kekerasan.

Penjelasan: - Q390R memberikan rasio kekuatan terhadap berat lebih tinggi dan memungkinkan penampang lebih tipis untuk beban yang sama. Trade-off-nya adalah pencapaian kekuatan lebih tinggi dapat mengurangi keuletan dan membuat kontrol mikrostruktur lebih penting untuk menjaga ketangguhan temperatur rendah. - Pada banyak aplikasi pressure vessel di mana ketangguhan disyaratkan pada temperatur tertentu, kedua grade dirancang memenuhi persyaratan energi impak; pemasok memverifikasi melalui pengujian charpy V-notch pada temperatur yang ditentukan.

5. Kemampuan Las

Pendorong kemampuan las: - Kandungan karbon dan pengerasan gabungan menentukan kerentanan terhadap retak dingin dan kebutuhan preheat/post-heat. - Mikropaduan (Nb, V) dapat meningkatkan pengerasan lokal di zona pengaruh panas las (HAZ).

Indeks berguna (penggunaan kualitatif; bukan pengganti kualifikasi prosedur): - Karbon ekuivalen, bentuk IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 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: - Nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan kemudahan pengelasan dengan consumables standar dan pra-pemanasan yang lebih rendah; seiring meningkatnya kadar karbon dan beberapa unsur paduan tertentu, kebutuhan untuk pra-pemanasan, pengendalian temperatur antar lapis las, dan perlakuan panas pasca-las juga meningkat. - Q345R, dengan kekuatan desain yang lebih rendah dan seringkali rentang karbon yang diperbolehkan sedikit lebih tinggi, biasanya menunjukkan kemampuan las yang lebih baik secara inheren dibandingkan Q390R jika faktor lain sama. Namun, Q390R modern yang diproduksi dengan karbon rendah dan TMCP dapat memiliki nilai $CE_{IIW}/P_{cm}$ yang dapat diterima dan sebanding dengan Q345R. - Kualifikasi prosedur pengelasan (WPS/PQR) dan kontrol hidrogen sangat penting untuk kedua grade, terutama untuk bagian tebal dan layanan suhu rendah.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik Q345R maupun Q390R bukan baja tahan karat maupun tahan korosi berdasarkan komposisi kimianya. Perlindungan korosi dicapai melalui:
• Pelapis: cat solvent-borne atau water-borne, epoxy primer, dan polyurethane topcoat.
• Perlindungan metalik: galvanis hot-dip atau metallizing (seng/aluminium) untuk layanan atmosfer.
• Toleransi korosi: spesifikasi ketebalan plat yang lebih tebal untuk mengantisipasi laju korosi yang dapat diprediksi.
• PREN (pitting resistance equivalent number) tidak berlaku untuk baja non-tahan karat ini: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Gunakan PREN hanya untuk paduan tahan karat; untuk Q345R/Q390R gunakan perlindungan katodik, pelapis penghalang, dan pemilihan material yang sesuai untuk lingkungan agresif.

7. Fabrikasi, Kemudahan Mesin, dan Kemampuan Bentuk

• Pemotongan: Kedua grade mudah dipotong dengan flame cutting, plasma cutting, dan laser cutting. Kekuatan lebih tinggi pada Q390R mungkin memerlukan kecepatan potong yang lebih lambat untuk mengontrol kualitas tepi pada bagian tebal.
• Bending/forming: Q345R dengan kekuatan luluh lebih rendah umumnya lebih mudah dibengkokkan pada radius kecil dan dibentuk dingin tanpa springback atau retak. Q390R yang lebih kuat menunjukkan efek springback lebih tinggi dan jendela kelenturan bengkok yang sempit — desain bentuk harus direview dan toleransi gambar disesuaikan.
• Kemudahan mesin: Keduanya dapat dimesin dengan praktik standar baja karbon. Kekuatan dan kekerasan tinggi pada Q390R dapat sedikit mengurangi umur alat potong; pemilihan bahan alat potong dan kecepatan harus disesuaikan.
• Finishing permukaan: Proses grinding dan shot-blasting berjalan serupa; input panas selama pengelasan atau pemesinan berat dapat mengubah sifat lokal dan harus diperhatikan dalam urutan fabrikasi.

8. Aplikasi Umum

Q345R – Penggunaan Umum	Q390R – Penggunaan Umum
Ketel dan bejana tekan tekanan rendah hingga sedang di mana optimasi berat tidak kritis; profil struktural dan fabrikasi las yang memerlukan duktibilitas dan ketangguhan baik	Bejana tekan, tangki penyimpanan, dan struktur di mana pengurangan ketebalan dinding atau penghematan berat menjadi prioritas; bejana proses dan komponen tugas berat di bawah beban statis lebih tinggi
Saluran pipa dan komponen dengan kebutuhan ketangguhan suhu rendah yang menuntut duktibilitas lebih tinggi	Fabrikasi di mana tegangan yang diperbolehkan atau kode desain mengizinkan keuntungan dari kekuatan luluh yang lebih tinggi (misalnya, untuk mengurangi ketebalan plat)
Tangki dan peralatan fabrikasi untuk penggunaan umum di mana kemudahan pengelasan dan biaya menjadi perhatian utama	Aplikasi di mana kekuatan mekanis sangat penting sambil mempertahankan integritas las—dengan pengendalian proses yang ketat

Alasan pemilihan: - Pilih Q345R jika kemudahan fabrikasi, kemampuan bentuk, dan batasan pengelasan minimal lebih diperhatikan daripada kebutuhan pengurangan berat. - Pilih Q390R jika optimasi struktural, penghematan berat, atau tekanan desain yang lebih tinggi memerlukan kekuatan luluh lebih tinggi—dengan pengendalian mutu untuk menjamin ketangguhan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Q390R biasanya memiliki harga premium dibanding Q345R karena pengendalian proses yang lebih ketat, kemungkinan mikro-paduan, dan sertifikasi untuk kekuatan lebih tinggi. Premium ini bervariasi berdasarkan pasar dan batch.
• Ketersediaan: Kedua grade umum diproduksi, tetapi ketersediaan bergantung pada ketebalan plat, lebar, dan kualifikasi suhu impak. Q345R mungkin lebih tersedia dalam variasi ukuran yang lebih luas; ketersediaan Q390R bisa lebih variatif untuk plat tebal atau batch bersertifikat suhu rendah.
• Pengadaan: Spesifikasikan sifat mekanik yang dibutuhkan, suhu impak, dan kompatibilitas consumables las. Minta sertifikat uji pabrik (MTC) dan nomor panas untuk memastikan keterlacakan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Atribut	Q345R	Q390R
Kemudahan las	Baik	Baik–Sedang (memerlukan pengendalian proses)
Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Kekuatan sedang dengan duktibilitas/ketangguhan baik	Kekuatan lebih tinggi; ketangguhan dapat dicapai dengan kontrol ketat
Biaya	Lebih rendah	Lebih tinggi

Rekomendasi: - Pilih Q345R jika: - Kesederhanaan fabrikasi, duktibilitas lebih tinggi, dan biaya material lebih rendah adalah prioritas. - Desain tidak membutuhkan kekuatan luluh lebih tinggi dan pengurangan ketebalan. - Kemudahan pengelasan dan pembentukan lebih penting daripada meminimalkan berat.

• Pilih Q390R jika:
• Daya luluh desain yang lebih tinggi diperlukan untuk mengurangi ketebalan dinding atau berat.
• Ekonomi proyek mendukung penggunaan bagian yang lebih tipis meskipun biaya material per satuan lebih tinggi.
• Produsen dapat menyediakan material bersertifikat yang memenuhi persyaratan ketangguhan dan pengendalian proses (TMCP, karbon rendah, mikro-paduan) untuk mengelola kemampuan las dan sifat HAZ.

Catatan akhir: Selalu verifikasi batasan kimia dan mekanik yang tepat dari sertifikat pabrik pemasok dan kualifikasi prosedur pengelasan untuk ketebalan plat dan suhu layanan yang spesifik. Untuk pekerjaan bejana tekan, penuhi kode atau standar yang berlaku serta dokumentasikan metode uji impak dan pemeriksaan nondestruktif saat memilih antara Q345R dan Q390R.