Q345R vs Q420R – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
Memilih grade baja bejana tekan yang tepat adalah dilema umum bagi insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur yang menyeimbangkan kekuatan, ketangguhan, kemampuan las, dan biaya. Q345R dan Q420R adalah dua baja karbon-mangan rendah paduan yang ditunjuk oleh Cina yang dikembangkan untuk aplikasi bejana tekan; pilihan praktis antara keduanya biasanya tergantung pada envelope tekanan/suhu yang diperlukan dan batasan fabrikasi yang terkait. Singkatnya, perbedaan praktis utama adalah kesesuaian layanan mereka: Q345R dipilih untuk bejana tekanan/suhu rendah hingga sedang di mana duktilitas dan kemampuan las diprioritaskan, sementara Q420R dipilih ketika margin kekuatan yang lebih tinggi (memungkinkan dinding yang lebih tipis atau tekanan desain yang lebih tinggi) diperlukan.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar nasional utama: penunjukan baja bejana tekan Cina (umumnya dirujuk dalam seri GB/GB/T untuk bejana tekan — perlu dicatat bahwa referensi kode lokal dan tahun edisi harus diperiksa untuk spesifikasi proyek).
- Hubungan internasional: grade ini sering dibandingkan dengan baja HSLA struktural dan baja bejana tekan dalam sistem EN dan ASTM, tetapi baik Q345R maupun Q420R bukanlah ekuivalen langsung satu-ke-satu dari satu grade ASTM/EN; spesifikasi dan persyaratan pengujian berbeda.
- Kelas material: baik Q345R maupun Q420R adalah baja karbon-mangan rendah paduan yang dirancang untuk layanan bejana tekan (yaitu, kelas struktural berkekuatan tinggi / HSLA daripada baja tahan karat, alat, atau baja paduan tinggi).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | Kehadiran / peran tipikal — Q345R | Kehadiran / peran tipikal — Q420R |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Karbon rendah untuk menjaga kemampuan las dan ketangguhan; maksimum yang terkontrol (secara nominal rendah per sepuluh persen) | Plafon karbon sedikit lebih tinggi daripada Q345R untuk mendukung kekuatan yang lebih tinggi; tetap dijaga relatif rendah |
| Mn (Mangan) | Elemen penguat dan deoksidasi utama; kandungan sedang untuk menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan | Kandungan Mn sedang hingga sedikit lebih tinggi untuk membantu kekuatan hasil dan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi |
| Si (Silikon) | Jumlah kecil sebagai deoksidator; bukan kontributor kekuatan utama | Peran serupa — jumlah kecil yang terkontrol |
| P (Fosfor) | Dijaga pada tingkat rendah sebagai kotoran; membatasi degradasi ketangguhan | Dijaga rendah; kontrol yang sebanding dengan Q345R |
| S (Belerang) | Tingkat rendah untuk menghindari kerapuhan dan meningkatkan kemampuan las | Tingkat rendah; rasional yang serupa |
| Cr, Ni, Mo | Biasanya hadir pada tingkat sangat rendah atau jejak dalam grade Q standar; bukan penambahan paduan tinggi | Mungkin mengandung penambahan kecil atau kontrol yang lebih ketat dalam beberapa spesifikasi untuk meningkatkan kemampuan pengerasan/ketangguhan |
| V, Nb, Ti (mikropaduan) | Mungkin hadir dalam jumlah kecil/jejak dalam praktik pabrik modern untuk mengontrol ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan | Lebih mungkin digunakan (atau ditentukan) untuk memperhalus butir dan meningkatkan kekuatan hasil tanpa mengorbankan duktilitas |
| B | Jejak jika digunakan untuk kontrol kemampuan pengerasan dalam peleburan tertentu | Jejak mungkin ada dalam rute produksi tertentu |
| N (Nitrogen) | Dikendalikan melalui praktik deoksidasi; mempengaruhi bentuk inklusi dan ketangguhan | Kontrol serupa |
Catatan: Tabel ini sengaja menghindari klaim nilai tunggal. Praktik manufaktur dan batasan kimia yang tepat harus dikonfirmasi terhadap spesifikasi pembeli dan sertifikat uji pabrik. Secara umum, Q420R mencapai kekuatan yang lebih tinggi terutama melalui kontrol komposisi yang lebih ketat dan mikropaduan yang dioptimalkan (elemen pemurni butir), bukan dengan peningkatan besar dalam elemen paduan konvensional.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan meningkatkan kekuatan tarik dan hasil tetapi dapat mengurangi kemampuan las dan ketangguhan jika diterapkan secara berlebihan. - Elemen mikropaduan (Nb, V, Ti) memungkinkan hasil yang lebih tinggi pada duktilitas tertentu melalui pemurnian butir dan penguatan presipitasi, memberikan keseimbangan kekuatan–ketangguhan yang lebih baik daripada sekadar meningkatkan C. - Jejak Cr/Ni/Mo akan meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi tetapi biasanya tidak signifikan dalam Q345R/Q420R standar kecuali perlakuan panas tertentu atau layanan suhu tinggi diperlukan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Kedua grade disuplai dalam kondisi dinormalisasi atau digulung terkontrol yang memberikan mikrostruktur ferrit-perlit yang halus. Varian mikropaduan akan menunjukkan butir yang lebih halus dan presipitat antar fase yang meningkatkan kekuatan hasil. - Q345R: umumnya dioptimalkan untuk matriks ferrit yang duktil dengan perlit yang terdispersi; penekanan pada ketangguhan dan perpanjangan yang seragam. - Q420R: mencapai kekuatan yang lebih tinggi melalui ukuran butir yang lebih halus dan/atau penguatan presipitasi yang lebih banyak; perlit yang sedikit lebih tinggi atau ferrit yang lebih halus mungkin muncul tergantung pada sejarah termal.
Respons perlakuan panas: - Normalisasi (pendinginan udara setelah austenitisasi) memperhalus butir dan menghomogenkan sifat; umum digunakan untuk memastikan stabilitas dimensi dan meningkatkan ketangguhan untuk kedua grade. - Quench dan temper: tidak umum diterapkan untuk pelat bejana tekan standar yang dimaksudkan untuk pembentukan/pengelasan, tetapi mungkin digunakan dalam aplikasi khusus. Karena kedua grade adalah paduan rendah, mereka merespons quench/temper dengan peningkatan kekuatan dan ketangguhan jika dilakukan dengan benar; waspadai peningkatan stres residual. - Penggulungan termo-mekanis (penggulungan terkontrol) ditambah pendinginan yang dipercepat digunakan oleh pabrik untuk menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi dengan ketangguhan yang dipertahankan — sangat efektif untuk Q420R, memungkinkan hasil yang lebih tinggi dengan duktilitas yang dapat diterima.
4. Sifat Mekanik
| Sifat | Q345R (target tipikal) | Q420R (target tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan hasil (Rp0.2/Rp%) | ~345 MPa karakteristik (referensi nama grade) | ~420 MPa karakteristik (referensi nama grade) |
| Kekuatan tarik (UTS) | Rentang tipikal lebih tinggi dari hasil; umumnya dalam ratusan MPa menengah | Rentang tarik lebih tinggi sejalan dengan peningkatan hasil |
| Perpanjangan (A%) | Umumnya duktilitas lebih tinggi (misalnya, perpanjangan persen dua digit tipikal) | Perpanjangan sedikit lebih rendah daripada Q345R tetapi masih duktil untuk pembentukan/pengelasan |
| Ketangguhan impak (Charpy) | Ditentukan untuk memenuhi persyaratan impak suhu rendah bejana tekan; ketangguhan notch yang baik | Juga ditentukan untuk ketangguhan notch tetapi suhu atau energi minimum mungkin lebih ketat untuk aplikasi tertentu |
| Kekerasan | Sedang (cocok untuk pemesinan & pembentukan standar) | Kekerasan sedikit lebih tinggi sejalan dengan kekuatan yang lebih tinggi |
Catatan: Nama grade menunjukkan tingkat hasil minimum yang kira-kira dan memberikan urutan yang jelas: Q420R lebih kuat. Persyaratan kekuatan tarik, perpanjangan, dan impak yang tepat ditetapkan oleh standar yang mengatur dan spesifikasi pembeli — selalu verifikasi dengan sertifikat uji pabrik. Kekuatan yang lebih tinggi pada Q420R mungkin memerlukan perhatian lebih besar terhadap kualifikasi prosedur pengelasan dan toleransi pembentukan.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las diatur oleh kandungan karbon, kemampuan pengerasan gabungan (dari Mn dan paduan lainnya), dan elemen mikropaduan. Dua indeks empiris yang umum digunakan:
-
Setara karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm Internasional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi (kualitatif): - Nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan kemampuan las yang lebih mudah dengan pemanasan awal yang lebih rendah dan risiko retak dingin yang disebabkan hidrogen yang berkurang. - Q345R, dengan karbon nominal sedikit lebih rendah dan lebih sedikit kontributor kemampuan pengerasan, biasanya memiliki kemampuan las yang lebih baik (CE/Pcm lebih rendah) dan memerlukan pemanasan awal yang lebih sedikit dibandingkan Q420R, semua hal lain sama. - Kekuatan yang lebih tinggi pada Q420R dan peningkatan mikropaduan/pengerasan menuntut kontrol parameter pengelasan yang lebih ketat: pemanasan awal, suhu antar proses, bahan habis pakai rendah hidrogen, dan kualifikasi prosedur pengelasan serta perlakuan panas pasca-las (jika diperlukan). - Selalu lakukan kualifikasi prosedur dan penilaian kontrol hidrogen berdasarkan analisis kimia sertifikat pabrik dan ketebalan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua Q345R dan Q420R adalah baja karbon-mangan non-tahan karat. Mereka tidak secara inheren tahan terhadap korosi dan memerlukan perlindungan permukaan di lingkungan korosif.
- Opsi perlindungan umum: sistem pengecatan di pabrik atau lapangan, pelapisan epoksi atau poliuretan, galvanisasi celup panas (tergantung pada batasan ketebalan dan geometri), dan toleransi korosi dalam desain.
- Indeks kinerja tahan karat seperti PREN tidak berlaku untuk baja non-tahan karat: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Ini hanya relevan untuk baja tahan karat duplex/austenitik.
- Ketika kelelahan korosi, lingkungan klorida, atau layanan asam (H2S) menjadi perhatian, pilih metalurgi yang sesuai (tahan karat, clad, atau paduan tahan korosi) daripada mengandalkan grade Q dengan perlindungan permukaan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Pembentukan: Hasil rendah Q345R membuat pembentukan dingin, pembengkokan, dan pembentukan gulungan lebih mudah dengan pengembalian yang berkurang dan kebutuhan gaya yang lebih rendah. Q420R akan memerlukan beban pembentukan yang lebih tinggi dan kekuatan alat yang lebih ketat; jari-jari bengkok dan urutan pembentukan harus memperhitungkan hasil yang lebih tinggi dan perpanjangan yang lebih rendah.
- Pemotongan dan pemesinan: kedua baja dapat diproses dengan baik dengan praktik standar; kekuatan yang lebih tinggi/Q420R dapat menyebabkan keausan alat yang lebih cepat dan mungkin memerlukan penyesuaian pada kecepatan/pemakanan pemotongan.
- Pengelasan dan operasi pasca-las: Q420R sering memerlukan kontrol pemanasan awal/antar yang lebih ketat dan perlakuan panas pasca-las yang potensial pada bagian tebal untuk mencegah retak hidrogen dan memenuhi persyaratan ketangguhan.
- Penyelesaian permukaan: kedua grade menerima perlakuan permukaan umum; hati-hati dengan input panas penggilingan/pengelasan untuk menghindari dekarburisasi permukaan atau embrittlement HAZ.
8. Aplikasi Tipikal
| Q345R (penggunaan umum) | Q420R (penggunaan umum) |
|---|---|
| Bejana tekanan rendah hingga sedang, tangki, dan boiler di mana kemampuan las dan duktilitas menjadi prioritas | Bejana tekan dan penukar panas di mana tekanan desain yang lebih tinggi atau dinding yang lebih tipis diperlukan |
| Komponen struktural umum dalam sistem tekanan dan rangka penyangga | Rumah bertekanan beban tinggi, bejana yang lebih tebal di mana pengurangan berat/ruang penting |
| Barang yang dibuat yang memerlukan pembentukan dan pengelasan yang luas dengan ketangguhan suhu rendah yang baik | Aplikasi yang menuntut margin kekuatan yang lebih tinggi tetapi di mana prosedur pengelasan dapat dikontrol dengan hati-hati |
Rasional pemilihan: - Pilih Q345R ketika pembentukan, kemudahan pengelasan, dan biaya menjadi prioritas dan envelope tekanan/suhu desain berada dalam rentang yang diizinkan. - Pilih Q420R ketika kekuatan hasil yang lebih tinggi diperlukan untuk mengurangi ketebalan dinding atau memenuhi tekanan desain yang lebih tinggi; terima kontrol fabrikasi yang lebih ketat dan biaya material yang sedikit lebih tinggi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: Q420R biasanya lebih mahal per ton dibandingkan Q345R karena kontrol paduan dan pemrosesan yang lebih ketat serta rentang sifat mekanik yang lebih tinggi. Biaya pasti tergantung pada lokasi, ketebalan pelat, dan kapasitas pabrik.
- Ketersediaan: Kedua grade umumnya diproduksi di daerah pembuatan baja utama; namun, ukuran pelat, ketebalan, dan bentuk produk yang dinormalisasi/diproses termo-mekanis bervariasi menurut pabrik. Perencana proyek harus mengonfirmasi waktu pengiriman dan bentuk produk yang tersedia (pelat, gulungan, rakitan las) lebih awal dalam pengadaan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | Q345R | Q420R |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Lebih baik (prosedur lebih mudah, pemanasan awal lebih rendah) | Memerlukan kontrol pengelasan yang lebih ketat |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Ketangguhan yang baik dengan kekuatan sedang | Kekuatan lebih tinggi; pertahankan ketangguhan melalui mikropaduan/pemrosesan |
| Biaya | Lebih rendah (tipikal) | Lebih tinggi (tipikal) |
Rekomendasi: - Pilih Q345R jika Anda memerlukan keseimbangan duktilitas, pengelasan yang sederhana, dan biaya material yang lebih rendah untuk bejana tekan yang beroperasi dalam batas tekanan/suhu sedang, atau ketika pembentukan yang luas diperlukan. - Pilih Q420R jika desain memerlukan kekuatan hasil dan kekuatan tarik yang lebih tinggi (untuk mengurangi ketebalan dinding, memenuhi tekanan desain yang lebih tinggi, atau mencapai penghematan berat), dan Anda dapat mengakomodasi kontrol pengelasan yang lebih ketat, potensi pemanasan awal/PWHT yang diperlukan, dan biaya material yang sedikit lebih tinggi.
Catatan akhir: Grade yang dibahas didefinisikan oleh dokumen standar tertentu dan sertifikat pabrik. Selalu tentukan edisi standar yang mengatur, kriteria penerimaan mekanis (hasil, tarik, suhu/energi impak), batasan kimia, kondisi pengiriman (dinormalisasi, TMCP), dan kualifikasi prosedur pengelasan yang diperlukan dalam dokumentasi pengadaan. Verifikasi semua keputusan desain dan fabrikasi terhadap sertifikat uji pabrik yang sebenarnya dan kode atau standar bejana tekan yang berlaku.