Q355 vs Q390 – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Q355 dan Q390 adalah baja struktural berkekuatan tinggi yang banyak digunakan dalam konstruksi, peralatan berat, dan fabrikasi umum. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara biaya material, kemampuan pengelasan, ketangguhan, dan hasil desain minimum saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih kelas dengan biaya lebih rendah untuk rangka struktural yang dilas versus memilih kelas dengan kekuatan lebih tinggi untuk mengurangi ukuran atau berat bagian di bawah beban yang sama.
Perbedaan utama antara keduanya adalah penunjukan kekuatannya: Q390 ditentukan dengan hasil minimum yang lebih tinggi dibandingkan Q355, yang mempengaruhi perbedaan dalam pemrosesan, strategi mikroaloy, kontrol ketangguhan, dan praktik fabrikasi. Baja ini biasanya dibandingkan karena mereka berada di tingkat kekuatan yang berdekatan dalam lini produk baja struktural dan sering bersaing dalam kinerja-per-biaya untuk struktur yang dilas dan dibentuk.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar utama di mana kelas ini muncul atau memiliki ekuivalen dekat:
- GB/T (Cina): Q355, Q390 (baja struktural).
- EN (Eropa): kekuatan yang sebanding ditemukan dalam seri S355 dan S420, tetapi persyaratan kimia dan mekanis berbeda.
- ASTM/ASME (AS): tidak ada ekuivalen langsung yang tepat; kelas umum terdekat termasuk ASTM A572 (Kelas 50/60) dan A656 (dinormalisasi), tetapi kesetaraan harus diverifikasi oleh data kimia dan mekanis.
-
JIS (Jepang): baja struktural berkekuatan tinggi yang serupa ada, tetapi sekali lagi referensi silang langsung memerlukan verifikasi.
-
Klasifikasi:
- Kedua Q355 dan Q390 adalah baja karbon struktural berkekuatan tinggi, paduan rendah (keluarga HSLA). Mereka bukan baja tahan karat atau baja alat. Mereka biasanya bergantung pada kandungan karbon yang terkontrol ditambah mikroaloy (Nb, V, Ti) dan pemrosesan termo-mekanis untuk mendapatkan keseimbangan antara kekuatan dan ketangguhan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Catatan: Kimia bervariasi menurut pemasok, bentuk produk, dan subkelas tertentu (misalnya, Q355A/B/C/D/E). Tabel di bawah ini memberikan indikasi keberadaan dan rentang tipikal yang umum ditemui dalam baja Q355 dan Q390 komersial; verifikasi nilai aktual dari sertifikat uji pabrik (MTC) dan standar yang berlaku sebelum desain atau pengelasan.
| Elemen | Q355 (tipikal, indikatif) | Q390 (tipikal, indikatif) | Peran / Efek |
|---|---|---|---|
| C (karbon) | Rendah hingga sedang (sekitar 0.05–0.22%) | Rendah hingga sedang (sekitar 0.06–0.22%) | Meningkatkan kekuatan dan kekerasan, mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan dengan meningkatnya kandungan. |
| Mn (mangan) | 0.6–1.6% | 0.6–1.6% (sering sedikit lebih tinggi untuk kekerasan) | Penguatan, deoksidator; meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik. |
| Si (silikon) | 0.02–0.5% | 0.02–0.5% | Deoksidator; efek kecil pada kekuatan. |
| P (fosfor) | ≤0.035% (terkontrol) | ≤0.035% | Impuritas; P tinggi mengurangi ketangguhan—dijaga rendah. |
| S (sulfur) | ≤0.035% (terkontrol) | ≤0.035% | Impuritas; mengurangi duktilitas dan kemampuan mesin jika tinggi. |
| Cr (krom) | jejak–rendah (jika ada) | jejak–rendah (jika ada) | Meningkatkan kekerasan dan kekuatan saat ada. |
| Ni (nikel) | jejak–rendah | jejak–rendah | Ketangguhan dan kekuatan pada suhu rendah saat ditambahkan. |
| Mo (molybdenum) | ≤0.1% (kadang-kadang ditambahkan) | ≤0.1% (kadang-kadang ditambahkan) | Meningkatkan kekerasan dan ketahanan creep. |
| V (vanadium) | mikroaloy (ppm–0.1%) | mikroaloy (ppm–0.1%) | Mengendapkan karbida/nitrida untuk penguatan; meningkatkan pemurnian butir. |
| Nb (niobium) | mikroaloy (ppm–0.05%) | mikroaloy (ppm–0.05%) | Mengontrol rekristalisasi dalam TMCP, meningkatkan hasil melalui penguatan presipitasi. |
| Ti (titanium) | kemungkinan mikroaloying (ppm) | kemungkinan mikroaloying (ppm) | Mengontrol N, memperhalus butir. |
| B (boron) | jejak (jika digunakan) | jejak (jika digunakan) | Penambahan yang sangat kecil meningkatkan kekerasan. |
| N (nitrogen) | terkontrol (ppm) | terkontrol (ppm) | Mempengaruhi presipitasi; dikombinasikan dengan Ti/Nb untuk membentuk nitrida untuk kekuatan. |
Ringkasan strategi paduan: - Q355 biasanya diproduksi dengan karbon dan Mn yang moderat dan bergantung pada penggulungan terkontrol dan/atau normalisasi untuk mencapai keseimbangan antara hasil, duktilitas, dan ketangguhan. - Q390 sering menggunakan kimia dasar yang serupa tetapi dapat menggabungkan mikroaloying yang lebih tinggi atau sedikit disesuaikan Mn/kekerasan untuk mencapai hasil minimum yang lebih tinggi sambil mempertahankan ketangguhan—umumnya dicapai melalui pemrosesan terkontrol termo-mekanis (TMCP) dan presipitasi mikroaloy daripada peningkatan besar dalam karbon.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur tipikal:
- Q355: matriks ferrit–pearlit untuk produk yang digulung panas atau dinormalisasi secara konvensional; ferrit yang lebih halus dan dispersi presipitat mikroaloy ketika TMCP digunakan.
-
Q390: ferrit berbutir lebih halus dengan proporsi bainit yang terkontrol dalam beberapa produk TMCP; penguatan presipitasi yang lebih terkontrol dari Nb/V/Ti umum untuk meningkatkan hasil tanpa mengorbankan ketangguhan.
-
Efek perlakuan panas dan pemrosesan:
- Normalisasi memperhalus ukuran butir, meningkatkan ketangguhan, dan menghomogenkan struktur—digunakan ketika sifat impak yang lebih baik diperlukan.
- Quenching & tempering tidak umum untuk bentuk produk struktural Q355/Q390 standar tetapi dapat digunakan untuk pelat atau komponen khusus untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi dan ketangguhan yang disesuaikan.
-
TMCP (pemrosesan terkontrol termo-mekanis) umum untuk kedua kelas untuk mencapai kekuatan tinggi dan ketangguhan suhu rendah yang baik melalui penggulungan terkontrol, pendinginan yang dipercepat, dan presipitasi mikroaloy—terutama efektif untuk Q390 untuk memenuhi target hasil yang lebih tinggi tanpa meningkatkan karbon secara signifikan.
-
Catatan praktis: Kedua kelas dirancang untuk kondisi yang digulung atau dinormalisasi; perlakuan panas pengerasan penuh biasanya tidak diperlukan dan dapat mengkompromikan kemampuan pengelasan dan duktilitas tanpa kontrol proses yang tepat.
4. Sifat Mekanis
Tabel berikut menyajikan rentang sifat mekanis yang representatif yang umum ditemui dalam produk pelat dan gulungan komersial. Nilai tergantung pada ketebalan, subkelas (A/B/C/D/E), dan pemrosesan—selalu verifikasi dengan sertifikat uji pemasok.
| Sifat | Q355 (tipikal, indikatif) | Q390 (tipikal, indikatif) |
|---|---|---|
| Kekuatan hasil minimum (MPa) | ~355 MPa | ~390 MPa |
| Kekuatan tarik (MPa) | ~470–630 MPa (bervariasi dengan temper dan ketebalan) | ~490–650+ MPa (bervariasi dengan temper dan ketebalan) |
| Peregangan (A%) | Rentang duktilitas yang lebih tinggi; misalnya, tipikal 20%+ untuk pelat yang lebih tipis | Sedikit berkurang dibandingkan dengan Q355; misalnya, sering rendah hingga menengah belasan hingga 20% tergantung pada produk |
| Ketangguhan impak Charpy | Baik (jika ditentukan dan diproduksi dengan TMCP/normalisasi yang sesuai) | Memerlukan perhatian lebih pada pemrosesan untuk memenuhi spesifikasi impak yang sama—mungkin tetapi harus diverifikasi |
| Kekerasan (HB/HRB) | Sedang | Umumnya sedikit lebih tinggi untuk memenuhi kekuatan |
Interpretasi: - Q390 adalah kelas yang lebih kuat (hasil lebih tinggi dan sering kekuatan tarik lebih tinggi) berdasarkan spesifikasi. Mencapai ini memerlukan kontrol mikrostruktur yang dapat sedikit mengurangi duktilitas dan, kecuali dikontrol, dapat mempengaruhi ketangguhan impak—terutama untuk bagian yang lebih tebal atau suhu layanan yang lebih dingin. - Q355 umumnya lebih duktil dan lebih toleran dalam fabrikasi, dengan pencapaian ketangguhan yang ditentukan lebih mudah untuk bagian yang lebih tebal.
5. Kemampuan Pengelasan
Faktor kunci: kandungan karbon, ekuivalen karbon, ketebalan, dan keberadaan elemen mikroaloying.
Indeks empiris yang berguna (interpretasikan dan gunakan secara kualitatif; hitung dengan kimia aktual untuk kualifikasi prosedur pengelasan): - Ekuivalen karbon International Institute of Welding: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm untuk penilaian kemampuan pengelasan: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Baik Q355 maupun Q390 dirancang untuk kemampuan pengelasan yang baik dibandingkan dengan baja alat karbon yang lebih tinggi; namun, target kekuatan Q390 yang lebih tinggi sering berarti sedikit lebih tinggi kekerasan (dari Mn atau mikroaloying), yang dapat meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ dibandingkan dengan Q355. - Implikasi praktis: - Suhu pra-panas dan antar-passing mungkin perlu lebih tinggi untuk bagian Q390 yang tebal untuk menghindari retak dingin. - Pemilihan bahan habis pakai dan prosedur pengelasan (menyesuaikan kekuatan, ketangguhan logam pengisi yang sesuai) harus ditentukan oleh kualifikasi prosedur menggunakan nilai MTC aktual. - Perlakuan panas pasca-pengelasan jarang diperlukan untuk bagian tipis tetapi mungkin diperlukan untuk pengelasan tebal atau di mana kondisi layanan kritis ada.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik Q355 maupun Q390 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi adalah tipikal baja karbon.
- Metode perlindungan umum:
- Galvanisasi celup panas untuk perlindungan atmosfer jangka panjang.
- Sistem cat, primer, dan pelapis yang disesuaikan dengan lingkungan (laut, industri, pedesaan).
- Cladding atau metallizing untuk lingkungan yang parah.
- Jika sifat tahan karat atau tahan korosi diperlukan, pilih paduan stainless yang sesuai; PREN tidak berlaku untuk Q355/Q390. Sebagai referensi, PREN untuk paduan stainless adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Klarifikasi: PREN tidak relevan untuk baja HSLA karbon polos—gunakan strategi pelapisan atau paduan tahan korosi sebagai gantinya.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Pemotongan: Kedua kelas mudah dipotong dengan oksigen-bahan bakar, plasma, dan laser; kualitas tepi dan scaling tergantung pada ketebalan dan metode pemotongan.
- Pembentukan/membengkok: Q355 biasanya memiliki formabilitas yang lebih baik (jari-jari bengkok minimum yang lebih besar) karena hasil nominalnya yang lebih rendah. Q390 dapat dibentuk tetapi memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau praktik pembentukan bertahap untuk menghindari retak; springback meningkat seiring dengan kekuatan.
- Kemampuan mesin: Kekuatan yang lebih tinggi (dan mikroaloying terkait) di Q390 dapat sedikit mengurangi kemampuan mesin dibandingkan dengan Q355; pilih alat dan kecepatan yang sesuai.
- Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima perlakuan permukaan umum (tembakan-blast, priming, pengecatan); pengelasan dan fabrikasi dapat mengubah sifat secara lokal dan memerlukan perhatian terhadap kontrol distorsi.
8. Aplikasi Tipikal
| Q355 — Penggunaan Umum | Q390 — Penggunaan Umum |
|---|---|
| Balok struktural, kolom, jembatan dengan persyaratan kekuatan standar | Struktur di mana pengurangan berat diperlukan melalui bagian yang lebih tipis pada hasil yang lebih tinggi |
| Fabrikasi baja umum, rangka, penyangga, tangki (tidak tertekan) | Rangka mesin berat di mana rasio kekuatan terhadap berat yang lebih tinggi diinginkan |
| Struktur yang dilas di mana ketangguhan tinggi dan kemampuan pengelasan yang baik diprioritaskan | Rel crane, komponen sasis beban tinggi, dan desain yang mengoptimalkan modulus bagian |
| Pipa dan profil untuk konstruksi umum (jika ditentukan) | Aplikasi yang memerlukan peningkatan hasil dengan ketangguhan yang terkontrol melalui TMCP |
Alasan pemilihan: - Gunakan Q355 ketika duktilitas, kemampuan pengelasan, dan biaya adalah perhatian utama dan beban desain dipenuhi oleh hasil 355 MPa. - Gunakan Q390 ketika hasil minimum yang lebih tinggi memungkinkan pengurangan ukuran atau berat bagian dan ketika proses fabrikasi dan prosedur pengelasan dikontrol untuk memastikan ketangguhan dan menghindari retak.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Q390 biasanya sedikit lebih mahal per ton dibandingkan Q355 karena kontrol pemrosesan yang lebih ketat dan potensi mikroaloying tambahan. Premi harga bervariasi menurut pasar, pemasok, dan bentuk produk.
- Ketersediaan: Q355 lebih umum tersedia dan tersedia dalam berbagai bentuk produk dan ketebalan. Ketersediaan Q390 tergantung pada produksi pabrik regional dan permintaan pelanggan; waktu tunggu yang lama dapat terjadi untuk ketebalan yang tidak umum atau kelas pelat dengan toleransi ketat.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | Q355 | Q390 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Sangat baik (lebih toleran) | Baik, tetapi memerlukan perhatian lebih (potensi kekerasan lebih tinggi) |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Duktilitas dan ketangguhan yang baik untuk banyak aplikasi | Kekuatan lebih tinggi, memerlukan kontrol proses untuk mencocokkan ketangguhan |
| Biaya | Lebih rendah (umumnya) | Lebih tinggi (umumnya) |
Rekomendasi: - Pilih Q355 jika Anda memerlukan baja struktural yang hemat biaya dengan kemampuan pengelasan yang dapat diandalkan, duktilitas lebih tinggi, dan ketersediaan yang luas—ideal ketika hasil desain memungkinkan minimum 355 MPa dan kemudahan fabrikasi penting. - Pilih Q390 jika Anda memerlukan hasil minimum yang lebih tinggi untuk mengurangi ukuran atau berat bagian dan siap untuk mengontrol pemrosesan, prosedur pengelasan, dan mungkin kondisi pra-panas/antar-passing untuk mempertahankan ketangguhan yang diperlukan—ideal untuk struktur beban tinggi di mana kekuatan material memberikan keuntungan desain atau berat yang jelas.
Catatan praktis akhir: Selalu konfirmasi komposisi kimia dan sifat mekanis yang tepat dari sertifikat uji pabrik dan pastikan prosedur pengelasan memenuhi kualifikasi untuk lot material aktual, ketebalan, dan kondisi layanan yang dimaksud.