Q355NH vs Q355B – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur umumnya menghadapi pilihan antara baja struktural yang saling terkait ketika menentukan pelat, bagian, atau produk yang digulung untuk struktur yang dilas dan terbuka. Keluarga Q355 mencakup kelas yang ditujukan untuk penggunaan struktural umum serta varian yang dirancang untuk menahan degradasi atmosfer dan memberikan ketangguhan suhu rendah yang terjamin; memilih yang benar mempengaruhi biaya siklus hidup, pendekatan fabrikasi, dan margin keselamatan.
Secara umum, Q355B adalah baja struktural berkekuatan tinggi yang serbaguna, sementara Q355NH adalah varian yang ditujukan untuk ketahanan yang lebih besar terhadap korosi atmosfer dan untuk ketangguhan yang terjamin setelah pemrosesan termo-mekanik standar. Perbedaan ini mendorong pertukaran pemilihan antara kinerja korosi vs. biaya awal, dan antara kemampuan las rutin vs. kebutuhan untuk tindakan pencegahan pasca-las pada bagian yang lebih tebal.
1. Standar dan Penunjukan
- GB/T (Cina): Keluarga Q355 didefinisikan dalam GB/T 1591 dan standar produk terkait untuk baja struktural paduan rendah berkekuatan tinggi. Huruf varian (A, B, C, ...; ditambah sufiks) menunjukkan persyaratan pemrosesan dan dampak.
- EN (Eropa): Padanan kasar ada dalam keluarga S355 (EN 10025) tetapi ada perbedaan dalam batasan kimia dan persyaratan pengujian.
- ASTM/ASME (AS): Tidak ada kecocokan langsung satu-ke-satu; baja tipe S355 adalah analog terdekat.
- JIS (Jepang): Baja struktural berkekuatan tinggi yang serupa ada, tetapi korespondensi langsung memerlukan tabel silang.
Klasifikasi: baik Q355B maupun Q355NH adalah baja struktural karbon / paduan rendah berkekuatan tinggi (umumnya dikelompokkan sebagai HSLA — Baja Paduan Rendah Berkekuatan Tinggi). Q355NH adalah varian tahan cuaca/korosi atmosfer dari keluarga HSLA tersebut.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Penekanan komposisi khas (rentang kualitatif). Selalu konfirmasi sertifikat pabrik dan edisi standar yang mengatur untuk batasan yang tepat.
| Elemen | Q355B — catatan spesifikasi khas | Q355NH — catatan spesifikasi khas |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Karbon rendah hingga sedang untuk keseimbangan kekuatan dan kemampuan las (umumnya terbatas) | Karbon rendah yang serupa; dikontrol untuk mempertahankan kemampuan las dan ketangguhan |
| Mn (Mangan) | Elemen utama pembangun kekuatan (tingkat sedang) | Serupa atau sedikit lebih tinggi untuk mendukung kekuatan setelah pemrosesan |
| Si (Silikon) | Deoksidator; jumlah terbatas | Tingkat rendah yang serupa |
| P (Fosfor) | Dijaga rendah (pengendalian kotoran) | Dijaga rendah, tetapi pada baja tahan cuaca fosfor kadang-kadang dikontrol untuk meningkatkan pembentukan patina |
| S (Belerang) | Dijaga sangat rendah (kemampuan mesin/kualitas) | Dijaga sangat rendah |
| Cr (Krom) | Umumnya sangat rendah atau jejak | Penambahan kecil mungkin dilakukan untuk meningkatkan patina korosi dan kemampuan pengerasan |
| Ni (Nikel) | Jejak hingga rendah | Dapat ditambahkan dalam jumlah kecil untuk meningkatkan ketangguhan dan kinerja tahan cuaca |
| Cu (Tembaga) | Biasanya minimal | Ditambahkan secara sengaja dalam jumlah kecil (fitur yang menentukan dari banyak baja tahan cuaca) untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi atmosfer |
| Mo, V, Nb, Ti (mikropaduan) | Mungkin ada dalam varian mikropaduan untuk mengontrol kekuatan dan butir | Mungkin ada untuk memperoleh kekuatan dan mikrostruktur butir halus sambil mempertahankan ketangguhan |
| B, N | Tingkat yang dikendalikan (N sering rendah) | Dikendalikan; nitrogen dapat digunakan dalam desain paduan tetapi tingkatnya rendah |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Karbon dan mangan meningkatkan kekuatan tetapi meningkatkan kemampuan pengerasan dan risiko pengerasan HAZ; menjaga karbon rendah mempertahankan kemampuan las. - Elemen mikropaduan (Nb, V, Ti) memberikan kekuatan melalui presipitasi dan pemurnian butir daripada dengan meningkatkan karbon. - Penambahan kecil Cu, Cr, dan Ni mendorong pembentukan patina permukaan pelindung dalam paparan atmosfer (kinerja tahan cuaca) dan meningkatkan ketangguhan suhu rendah ketika diproses dengan benar.
Catatan: batasan komposisi numerik yang tepat bervariasi berdasarkan edisi standar dan penunjukan produk spesifik; selalu bergantung pada sertifikat analisis untuk pengadaan dan kualifikasi prosedur las.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur khas: - Q355B: diproduksi sebagai pelat yang digulung panas atau dinormalisasi dengan matriks ferrit–pearlit campuran atau matriks bainitik halus tergantung pada jadwal penggulungan dan pendinginan. Mikropaduan (jika ada) mendorong ukuran butir halus dan penguatan dispersi. - Q355NH: diproses dengan kontrol yang lebih ketat pada penggulungan dan pendinginan (atau dinormalisasi) untuk menghasilkan mikrostruktur ferritik/bainitik yang halus yang dioptimalkan untuk ketangguhan dan untuk mendukung penambahan paduan tahan cuaca. Patina yang memberikan ketahanan terhadap korosi atmosfer adalah fenomena permukaan yang berkembang setelah paparan.
Respons terhadap proses termal: - Normalisasi: Memperhalus struktur butir di kedua kelas dan meningkatkan ketangguhan; Q355NH umumnya disuplai dalam keadaan dinormalisasi atau digulung termo-mekanik untuk mencapai sifat dampak suhu rendah yang diperlukan. - Pendinginan & tempering: Tidak umum untuk kelas struktural komersial ini; akan mengubah klasifikasi dan penggunaan khas. - Pemrosesan termo-mekanik yang terkontrol (TMCP): Digunakan untuk memperoleh keseimbangan yang menguntungkan antara kekuatan dan ketangguhan sambil meminimalkan kandungan karbon; TMCP umum di seluruh produksi HSLA dan sangat penting untuk Q355NH untuk memastikan mikrostruktur halus yang diperlukan untuk ketangguhan dan kinerja patina.
4. Sifat Mekanik
Tabel: Garis dasar sifat khas (gunakan sertifikat pabrik dan standar untuk nilai kontraktual).
| Sifat | Q355B (tipikal) | Q355NH (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan Luluh (min) | ~355 MPa (minimum terjamin dalam arah longitudinal) | ~355 MPa (minimum nominal yang sama) |
| Kekuatan Tarik (rentang tipikal) | ~470–630 MPa (tergantung pada ketebalan dan pemrosesan) | Rentang serupa; mungkin sedikit lebih tinggi karena TMCP dan mikropaduan |
| Peregangan (A%) | Umumnya ≥ 20% (bervariasi dengan ketebalan) | Sebanding atau sedikit lebih baik karena pemrosesan yang terkontrol |
| Ketangguhan Dampak | Ditentukan per kelas; tingkat dampak Q355B bervariasi berdasarkan sub-kelas dan dapat diuji pada suhu ambien atau sub-ambien | Q355NH umumnya ditentukan dengan sifat dampak suhu rendah yang terjamin (misalnya, diuji pada suhu sub-ambien) |
| Kekerasan | Sedang (HBW tipikal untuk pelat struktural) | Serupa; dikendalikan oleh pemrosesan dan kimia |
Interpretasi: - Kedua kelas dirancang di sekitar tingkat luluh nominal yang sama; perbedaan mekanis didorong oleh pemrosesan dan paduan minor. - Q355NH dirancang untuk memberikan ketangguhan suhu rendah yang lebih baik dan sifat yang lebih konsisten di seluruh bagian yang lebih tebal, sementara Q355B adalah kelas struktural umum di mana kinerja dampak suhu rendah mungkin tidak dijamin seketat itu.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las tergantung pada ekuivalen karbon dan mikropaduan/kekerasan. Dua metrik empiris yang umum digunakan:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan pengelasan yang lebih mudah, persyaratan pemanasan awal yang lebih rendah, dan risiko retak HAZ yang berkurang. - Q355B, dengan karbon yang umumnya rendah dan paduan tahan cuaca yang terbatas, secara luas dianggap mudah dilas dengan logam pengisi standar dan praktik pemanasan awal normal untuk ketebalan sedang. - Q355NH mungkin memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang sedikit lebih tinggi karena penambahan yang disengaja (Cu, sedikit Cr/Ni) dan mikropaduan; ini dapat memerlukan pemanasan awal yang moderat, suhu antar-passing yang terkontrol, atau bahan las yang dimodifikasi untuk bagian tebal atau sambungan yang tertekan. - Dalam semua kasus, ketebalan, pengekangan, dan desain sambungan memiliki pengaruh yang lebih besar pada kebutuhan pemanasan awal daripada kelas nominal itu sendiri. Ikuti WPS yang memenuhi syarat (spesifikasi prosedur pengelasan) dan gunakan sertifikat pabrik untuk menghitung ekuivalen karbon yang berlaku untuk lot tertentu.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Q355B tidak tahan korosi berdasarkan kimia dan memerlukan pelapis pelindung (sistem cat, galvanisasi, pelapisan polimer) atau perlindungan katodik untuk umur layanan yang panjang di lingkungan terbuka.
- Q355NH diproduksi dengan paduan yang dimaksudkan untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi atmosfer; ia membentuk patina tahan cuaca yang melekat di bawah banyak kondisi luar ruangan yang mengurangi laju korosi dan dapat menurunkan biaya pelapisan siklus hidup di atmosfer pedesaan, perkotaan, dan industri.
PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) secara khusus relevan untuk baja tahan karat:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- PREN tidak berlaku untuk baja karbon non-tahan karat atau baja HSLA seperti Q355B/NH; ketahanan korosi mereka tidak didorong oleh formulasi Cr/Mo/N yang dirancang untuk menahan pitting klorida.
- Limitasi penting: baja tahan cuaca tidak selalu cocok. Di lingkungan laut (lepas pantai) atau lingkungan kaya klorida, patina pelindung mungkin tidak stabil dan pelapis tambahan atau toleransi korosi akan diperlukan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Pemotongan: Kedua kelas kompatibel dengan pemotongan termal standar (oksigen-bahan bakar, plasma, laser) dan pemotongan mekanis; parameter pemotong mungkin perlu disesuaikan untuk pelat baja tahan cuaca yang lebih tebal untuk menghindari oksidasi tepi yang mempengaruhi pembentukan patina.
- Pembentukan/membengkok: Karbon rendah dan pemrosesan TMCP memberikan kedua kelas kemampuan bentuk yang baik untuk operasi pembentukan struktural; mikrostruktur Q355NH yang terkontrol membantu mempertahankan duktilitas pada suhu yang lebih rendah.
- Kemampuan mesin: Tidak ada kelas yang dioptimalkan untuk pemesinan; kemampuan mesin adalah standar untuk baja karbon/HSLA dan dipengaruhi oleh tingkat belerang dan mikropaduan. Q355B mungkin sedikit lebih mudah di mana paduan ketangguhan tinggi tidak ada.
- Penyelesaian: Jika desain bergantung pada patina tahan cuaca Q355NH, perlakuan permukaan dan praktik pengelasan harus menghindari pelapisan pasca-fabrikasi yang berlebihan yang menekan pembentukan patina.
8. Aplikasi Tipikal
| Q355B — Penggunaan Tipikal | Q355NH — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Komponen struktural umum: balok, kolom, pelat untuk bangunan dan rangka industri | Anggota struktural yang terbuka: jembatan, fasad, patung luar ruangan di mana pemeliharaan yang lebih rendah diinginkan |
| Struktur las yang dibuat, crane, penyangga di mana perlindungan korosi standar akan diterapkan | Jembatan jalan raya dan kereta api, tangki yang terpapar cuaca, pelapisan di mana pembentukan patina dapat diterima |
| Rangka mesin industri, kontainer, platform | Infrastruktur perkotaan, elemen arsitektural, struktur luar ruangan yang tahan lama |
Alasan pemilihan: - Pilih Q355B ketika biaya, ketersediaan, dan fabrikasi yang sederhana untuk aplikasi yang dilapisi atau tertutup adalah pendorong utama. - Pilih Q355NH ketika Anda memerlukan pengurangan pemeliharaan cat, ketahanan korosi atmosfer bawaan di atmosfer luar ruangan yang khas, dan ketangguhan suhu rendah yang terjamin.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Q355NH biasanya memiliki harga premium relatif terhadap Q355B karena kontrol paduan tambahan dan pemrosesan untuk memenuhi spesifikasi tahan cuaca dan ketangguhan. Premium bervariasi dengan kondisi pasar dan bentuk produk spesifik.
- Ketersediaan: Q355B sangat umum dalam bentuk pelat dan struktural. Q355NH tersedia secara luas tetapi mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama atau ditawarkan oleh seperangkat pabrik yang lebih sempit tergantung pada ketebalan dan penyelesaian permukaan. Kedua kelas umumnya disuplai sebagai pelat, gulungan, dan bagian struktural.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Perbandingan cepat
| Karakteristik | Q355B | Q355NH |
|---|---|---|
| Kemampuan Las | Sangat baik untuk pengelasan struktural tipikal | Baik, tetapi paduan mungkin memerlukan perhatian lebih pada sambungan tebal/yang sangat tertekan |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Baik; memenuhi persyaratan struktural standar | Kekuatan serupa; ketangguhan suhu rendah yang terjamin dan kinerja HAZ yang lebih baik |
| Biaya | Lebih rendah (kelas struktural umum) | Lebih tinggi (pemrosesan tahan cuaca dan ketangguhan) |
Rekomendasi akhir: - Pilih Q355B jika Anda memerlukan baja struktural HSLA yang dapat diandalkan dan hemat biaya untuk aplikasi di mana korosi atmosfer akan ditangani oleh pelapis atau di mana lingkungan tidak agresif. - Pilih Q355NH jika struktur Anda sering terpapar atmosfer dan Anda menginginkan pengurangan pemeliharaan dan perilaku permukaan tahan korosi bawaan, atau jika aplikasi Anda memerlukan kinerja dampak suhu rendah yang terjamin dan kontrol ketangguhan yang ketat di seluruh bagian yang lebih tebal.
Catatan: Selalu tentukan edisi standar yang tepat, kondisi pengiriman (misalnya, dinormalisasi, TMCP), suhu dan energi pengujian dampak, dan bentuk pasokan pada pesanan pembelian. Untuk pengelasan, hitung ekuivalen karbon untuk analisis pabrik tertentu dan kualifikasi WPS sesuai kebutuhan.