Q345R vs SA516 Gr70 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pendahuluan

Insinyur dan tim pengadaan biasanya menghadapi trade-off antara biaya, kemampuan pengelasan, dan kinerja mekanis saat memilih baja untuk bejana tekan. Q345R dan ASTM A516 Grade 70 (SA516 Gr70) adalah dua grade yang sering dibandingkan untuk peralatan tekan yang dilas, tangki penyimpanan, dan bejana suhu sedang. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih material untuk kinerja dampak suhu rendah, memenuhi persyaratan kode nasional (ASME vs. standar nasional), atau mengoptimalkan biaya dan logistik rantai pasokan.

Perbedaan utama antara keduanya adalah asal standar dan strategi mikroaloy: Q345R adalah grade bejana tekan Cina dengan karakteristik HSLA dan mikroaloy yang disengaja untuk meningkatkan kekuatan hasil, sedangkan SA516 Gr70 adalah baja karbon bejana tekan ASTM/ASME yang ditentukan untuk sifat tarik yang baik dan ketangguhan suhu rendah yang dapat diprediksi di bawah rejim perlakuan panas/pengujian yang ditentukan. Ini membuat keduanya dapat dibandingkan untuk desain tetapi berbeda dalam pemrosesan, kualifikasi prosedur pengelasan, dan ketersediaan regional.

1. Standar dan Penunjukan

• Q345R
• Standar utama: GB/T 713 (baja bejana tekan) dan spesifikasi GB/T terkait di Cina.
• Klasifikasi: Baja bejana tekan karbon-mangan dengan mikroaloy (fitur HSLA).
• SA516 Grade 70 (A516 Gr70)
• Standar utama: ASTM A516/A516M — digunakan secara luas dalam bahan ASME Bagian II, Bagian A untuk bejana tekan.
• Klasifikasi: Baja bejana tekan karbon (baja karbon-mangan konvensional dengan mikroaloy terbatas yang diizinkan).
• Standar terkait dan referensi silang yang sering ditemui: EN (misalnya, seri P355), JIS, dan standar nasional lainnya — tetapi Q345R dan A516 Gr70 tetap sering dibandingkan karena keduanya ditentukan untuk peralatan tekan yang dilas.

Keduanya adalah baja karbon non-stainless yang ditujukan untuk komponen penahan tekanan yang dilas; tidak ada yang merupakan material stainless berkadar tinggi.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Rentang komposisi kimia yang representatif (wt%). Ini adalah rentang tipikal yang digunakan dalam praktik; batas yang tepat harus diverifikasi dari standar pengendali dan sertifikat pabrik material.

Elemen	Q345R (tipikal, wt%)	SA516 Gr70 (tipikal, wt%)
C	0.10 – 0.20	≤ 0.27 (tipikal 0.12 – 0.27)
Mn	0.70 – 1.60	0.70 – 1.20
Si	0.15 – 0.50	0.15 – 0.40
P	≤ 0.025 – 0.030	≤ 0.035
S	≤ 0.020 – 0.030	≤ 0.035
Cr	jejak – ≤ 0.30	jejak – ≤ 0.30
Ni	jejak – ≤ 0.30	jejak – ≤ 0.30
Mo	jejak – ≤ 0.20	jejak – ≤ 0.20
V	jejak – hingga ~0.10 (mikroaloy)	jejak (kadang-kadang mikroaloy)
Nb (Cb)	jejak – hingga ~0.05 (mikroaloy)	jejak (kadang-kadang hadir dalam jumlah kecil)
Ti	jejak	jejak
B	jejak	jejak
N	jejak	jejak

Catatan: - Formulasi Q345R sering menggabungkan mikroaloy yang terkontrol (Nb, V, Ti) dan kontrol yang lebih ketat terhadap P/S untuk mencapai kekuatan hasil yang lebih tinggi dan perbaikan penghalusan butir tanpa pemrosesan quench-and-temper penuh. - SA516 Gr70 biasanya ditentukan sebagai baja bejana tekan karbon-mangan polos dengan komposisi yang dioptimalkan untuk ketangguhan dan kemampuan pengelasan; beberapa pabrik menyediakan varian mikroaloy, tetapi grade ini ditentukan oleh kriteria penerimaan mekanis dan dampak daripada paket mikroaloy yang tetap.

Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Karbon dan mangan terutama mengontrol kekuatan dan kemampuan pengerasan. Karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan. - Unsur mikroaloy (Nb, V, Ti) meningkatkan kekuatan hasil melalui penguatan presipitasi dan penghalusan butir, meningkatkan ketangguhan pada tingkat kekuatan tertentu tanpa peningkatan besar dalam karbon. - Tingkat rendah Cr, Ni, dan Mo (jika ada) meningkatkan kemampuan pengerasan dan dapat mempengaruhi ketangguhan; ini umumnya rendah atau tidak ada di kedua grade.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Q345R: dikirim terutama sebagai pelat dinormalisasi atau digulung, dengan matriks ferit–pearlit yang diperhalus oleh presipitat mikroaloy (Nb/Ti/V). Penghalusan butir dan penguatan dispersi dari karbida/nitrida mikroaloy meningkatkan kekuatan hasil sambil mempertahankan kelenturan. - SA516 Gr70: biasanya dikirim sebagai baja karbon-mangan dinormalisasi atau digulung dengan matriks ferit–pearlit; perlakuan panas yang ditargetkan atau penggulungan terkontrol memberikan kelenturan dan ketahanan dampak sesuai penerimaan ASTM.

Respons perlakuan panas: - Normalisasi (pendinginan udara dari suhu kritis) memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan untuk kedua grade. - Quenching dan tempering tidak umum untuk pelat bejana tekan dari grade ini — dirancang untuk memenuhi sifat mekanis dan dampak dalam kondisi as-digulung atau dinormalisasi. - Pemrosesan terkontrol termo-mekanis (TMCP) biasanya diterapkan pada Q345R untuk menghasilkan kekuatan hasil yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih baik melalui penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat. - Untuk keduanya, perlakuan panas pasca-pengelasan (PWHT) kadang-kadang diperlukan oleh kode desain tergantung pada ketebalan, desain sambungan, dan suhu layanan untuk mengurangi tegangan sisa dan menormalkan HAZ.

4. Sifat Mekanis

Rentang sifat mekanis yang representatif. Nilai aktual tergantung pada ketebalan, perlakuan panas, dan data sertifikat.

Sifat	Q345R (representatif)	SA516 Gr70 (representatif)
Kekuatan tarik (MPa)	~470 – 620	~485 – 620
Kekuatan hasil (MPa)	~345 (nilai desain nominal)	~240 – 300 (min ~250 tipikal)
Peregangan (A%)	20 – 25% (tergantung pada ketebalan)	18 – 22%
Ketangguhan dampak (Charpy V-notch)	Ditentukan pada suhu ruangan atau sub-zero tergantung pada spesifikasi; umumnya baik dengan TMCP	Ditentukan sesuai ASTM A516 (sering diuji pada −29°C/−20°F) dengan energi minimum yang ditentukan
Kekerasan (HBW)	Biasanya < 200 HBW (tergantung pada produk)	Biasanya < 200 HBW

Interpretasi: - Q345R dirancang untuk memberikan kekuatan hasil nominal yang lebih tinggi (angka “345” menunjukkan kelas hasil 345 MPa) melalui mekanisme HSLA, memberikan kekuatan desain yang lebih tinggi untuk penampang yang sama. - SA516 Gr70 menunjukkan sifat tarik yang kuat dengan perilaku dampak suhu rendah yang terbukti ketika diproduksi dan diuji sesuai dengan persyaratan ASTM; kekuatan hasilnya yang lebih rendah memudahkan pembentukan dan kadang-kadang meningkatkan ketangguhan dalam kondisi yang sangat terbatas. - Dalam praktiknya, Q345R memberikan kekuatan hasil yang lebih tinggi untuk desain yang sensitif terhadap berat, sementara SA516 Gr70 menyediakan kombinasi yang terkarakterisasi dengan baik antara kekuatan tarik dan ketangguhan dampak yang terverifikasi untuk fabrikasi berbasis ASME.

5. Kemampuan Pengelasan

Pertimbangan kemampuan pengelasan bergantung pada kandungan karbon, ekuivalen karbon (kecenderungan pengerasan), dan mikroaloy.

Rumus ekuivalen karbon umum yang digunakan secara kualitatif: - Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (lebih konservatif): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Kedua grade dianggap dapat dilas dengan proses umum (SMAW, GMAW, SAW). SA516 Gr70, dengan batas karbon yang umumnya lebih tinggi, memerlukan kesadaran terhadap efek ketebalan dan persyaratan pemanasan awal; A516 banyak digunakan dengan prosedur pengelasan dan logam pengisi yang telah ditetapkan sesuai ASME. - Mikroaloy Q345R dan potensi pengerasan yang lebih besar di bagian tebal dapat meningkatkan kerentanan terhadap pengerasan HAZ dan retak dingin yang diinduksi hidrogen jika tidak dilas dengan pemanasan awal dan suhu antar yang sesuai. Oleh karena itu, kualifikasi prosedur pengelasan untuk Q345R sering kali mencakup perhatian terhadap pemanasan awal, suhu antar, dan pemilihan bahan habis pakai untuk mencocokkan persyaratan dampak dan tarik. - Penggunaan rumus di atas membantu menentukan kebutuhan pemanasan awal dan PWHT: $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ yang lebih tinggi menunjukkan pemanasan awal yang lebih ketat atau laju pendinginan yang lebih rendah disarankan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik Q345R maupun SA516 Gr70 bukanlah stainless; ketahanan korosi adalah seperti baja karbon dan keduanya memerlukan perlindungan permukaan di lingkungan korosif.
• Perlindungan tipikal: sistem pelapisan (epoksi, poliuretan), primer, pengecatan, dan galvanisasi celup panas (ketika kompatibel dengan persyaratan bejana tekan). Untuk layanan terkubur atau air laut, pemilihan pelapisan, perlindungan katodik, atau peningkatan paduan adalah hal yang umum.
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) adalah untuk paduan stainless dan tidak berlaku untuk baja karbon non-stainless, tetapi untuk referensi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — PREN tidak berlaku untuk Q345R atau SA516 Gr70.

Kapan mempertimbangkan alternatif tahan korosi: - Pilih paduan tahan korosi (stainless, duplex, atau pelapisan tahan korosi) ketika kondisi desain mencakup media agresif, klorida, atau layanan panjang tanpa pemeliharaan. Pelapisan SA516 atau Q345R dengan lapisan stainless kadang-kadang digunakan untuk bejana tekan untuk menggabungkan kekuatan dan ketahanan korosi.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk

• Kemampuan mesin: Keduanya adalah baja karbon standar dengan kemampuan mesin yang serupa; kekuatan yang sedikit lebih tinggi atau mikroaloy di Q345R dapat meningkatkan keausan alat secara marginal.
• Kemampuan bentuk/pembengkokan: Kekuatan hasil yang lebih rendah dari SA516 Gr70 umumnya membuat pembentukan dan pembengkokan dingin lebih mudah untuk radius yang ketat; kekuatan hasil yang lebih tinggi dari Q345R menuntut radius bengkok yang lebih besar atau lebih banyak gaya dan kontrol yang hati-hati untuk menghindari pemulihan.
• Pemotongan dan proses termal: pemotongan oksigen-bahan bakar, plasma, dan laser adalah rutinitas untuk keduanya; mikroaloy di Q345R tidak secara material mempengaruhi pemotongan tetapi mungkin memerlukan perhatian lebih terhadap input panas selama pemotongan untuk menghindari kerapuhan HAZ di bagian berat.
• Penyelesaian: Penggilingan, pemolesan, dan persiapan permukaan standar untuk pelapisan adalah hal yang umum untuk kedua grade.

8. Aplikasi Tipikal

Q345R — Penggunaan Tipikal	SA516 Gr70 — Penggunaan Tipikal
Bejana tekan dan boiler di Cina/Asia di mana standar GB digunakan; bagian tekan yang dilas berat yang memerlukan kekuatan hasil lebih tinggi	Bejana tekan, boiler, tangki penyimpanan, dan pipa sesuai ASME dan kode internasional lainnya; umum digunakan di Amerika Utara dan pasar ekspor
Struktur yang dilas dengan pelat tebal di mana kekuatan hasil yang lebih tinggi memungkinkan bagian yang lebih ringan	Tank dan boiler yang diproduksi di mana ketangguhan dampak suhu rendah yang terverifikasi diperlukan
Komponen struktural dalam peralatan yang mendapat manfaat dari kekuatan mikroaloy HSLA	Komponen penahan tekanan umum dan retrofit untuk sistem pipa/pelat spesifikasi ASME

Rasional pemilihan: - Pilih Q345R ketika kekuatan hasil desain yang lebih tinggi dan penghematan berat/penampang adalah pendorong utama, dan pengadaan/fabrikasi sejalan dengan standar dan pemasok GB. - Pilih SA516 Gr70 ketika kepatuhan ASME/ASTM, prosedur pengelasan yang terdokumentasi dengan baik, dan pengujian dampak suhu rendah yang terdokumentasi diperlukan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Bergantung pada wilayah. Q345R sering kali kompetitif dalam biaya di Cina dan Asia karena produksi lokal dan penggunaan umum. SA516 Gr70 umumnya tersedia di AS, Eropa, dan banyak pasar global; daya saing harga tergantung pada basis pabrik lokal, ketebalan, dan ukuran pesanan.
• Ketersediaan: SA516 Gr70 memiliki ketersediaan luas dalam pelat pabrik yang memenuhi syarat ASTM; Q345R tersedia luas di Cina dan pasar tetangga dan dapat diperoleh secara internasional dari eksportir. Waktu pengiriman dan jejak sertifikat harus dikonfirmasi untuk pengadaan lintas batas.
• Bentuk produk: Keduanya disuplai sebagai pelat, bentuk potong, dan kadang-kadang sebagai gulungan; SA516 lebih sering ditentukan untuk boiler dan bejana tekan ASME, sehingga jaringan pemasok untuk pelat bersertifikat kuat dalam rantai pasokan tersebut.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Metrik	Q345R	SA516 Gr70
Kemampuan pengelasan	Baik; mungkin memerlukan pemanasan awal yang lebih ketat untuk bagian tebal karena mikroaloy/pengerasan	Luar biasa; banyak digunakan dengan prosedur pengelasan ASME yang telah ditetapkan
Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Kekuatan hasil nominal yang lebih tinggi (efek HSLA); ketangguhan yang baik dengan TMCP/normalisasi	Kekuatan tarik yang seimbang dan ketangguhan suhu rendah yang terverifikasi sesuai pengujian ASTM
Biaya & Ketersediaan	Efektif biaya di pasar Cina/Asia; ketersediaan lokal yang kuat	Tersedia luas dalam rantai pasokan ASME/ASTM; distribusi global yang baik

Rekomendasi: - Pilih Q345R jika Anda memerlukan kekuatan hasil nominal yang lebih tinggi dan ingin penghematan berat/penampang, bekerja dalam kode GB atau basis pemasok, dan dapat mengontrol pengelasan/pemanasan awal serta pengujian penerimaan untuk memperhitungkan efek mikroaloy dan ketebalan. - Pilih SA516 Gr70 jika Anda memerlukan kepatuhan ASME/ASTM, kinerja dampak suhu rendah yang dapat diprediksi dengan rejim pengujian yang telah ditetapkan, dan ketersediaan global yang luas dengan bahan habis pakai dan prosedur pengelasan yang familiar.

Catatan akhir: Pemilihan material harus selalu divalidasi terhadap kode desain pengendali, spesifikasi prosedur pengelasan proyek (WPS/PQR), suhu pengujian dampak yang diperlukan, dan sertifikat pabrik. Ketika ragu, tinjau batas kimia dan mekanis yang tepat pada sertifikat pabrik dan kualifikasi prosedur pengelasan dengan ketebalan pelat yang representatif dan input panas yang konsisten dengan grade yang dipilih.