Q355NH vs Q415NH – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi kompromi antara kekuatan, ketangguhan, ketahanan korosi, dan biaya saat memilih baja struktural. Q355NH dan Q415NH adalah penandaan baja paduan rendah berkekuatan tinggi (HSLA) yang digunakan dalam aplikasi pressure vessel, struktural, dan fabrikasi berat di mana performa mekanik yang dapat diprediksi dan perilaku fabrikasi yang andal diperlukan. Konteks keputusan tipikal meliputi pemilihan grade untuk bagian pressure vessel yang dilas, elemen struktural yang menahan beban, atau layanan luar ruangan dengan atmosfer yang memerlukan daya tahan permukaan.
Perbedaan praktis utama antara kedua grade ini adalah Q415NH ditentukan untuk memberikan kekuatan luluh minimum yang lebih tinggi, sementara Q355NH umumnya dioptimalkan untuk keseimbangan ketangguhan dan performa atmosfir. Karena kedua grade ini berbagi filosofi HSLA yang sama, mereka sering dibandingkan ketika perancang menginginkan kekuatan cadangan ekstra atau keseimbangan ketangguhan/ketahanan korosi yang sedikit lebih baik tanpa beralih ke kelas paduan yang sangat berbeda.
1. Standar dan Penandaan
Kedua grade berasal dari standar GB Tiongkok dan sering dirujuk dalam rantai pasok internasional melalui catatan ekuivalensi. Standar dan keluarga penandaan yang relevan termasuk:
- GB/T (Tiongkok): keluarga standar inti tempat Q355NH dan Q415NH ditentukan.
- EN (Eropa): baja struktural serupa diwakili oleh keluarga S355 dan S420, namun ekuivalensi langsung harus dicek dari detail kimia dan mekanik.
- ASTM/ASME (AS): baja pressure vessel dan struktural diatur oleh berbagai spesifikasi; pemetaan langsung memerlukan pemeriksaan sertifikat.
- JIS (Jepang): kelas baja struktural yang serupa ada, tetapi penggantian grade langsung perlu verifikasi.
Klasifikasi berdasarkan keluarga metalurgi: - Baik Q355NH maupun Q415NH adalah baja karbon-mangan HSLA (baja karbon paduan rendah), ditujukan untuk penggunaan struktural atau menahan tekanan, bukan baja tahan karat, baja perkakas, atau baja paduan tinggi.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | Q355NH (strategi tipikal) | Q415NH (strategi tipikal) |
|---|---|---|
| C | Karbon rendah hingga sedang — seimbang untuk kemampuan las dan kekuatan | Karbon rendah hingga sedang, kadang sedikit lebih tinggi dari Q355NH untuk membantu kekuatan |
| Mn | Level sedang untuk penguatan dan deoksidasi | Sedang hingga agak lebih tinggi untuk mendukung kekuatan dan kemampuan pengerasan |
| Si | Ada sebagai deoksidator (jejak hingga persen kecil) | Peran serupa; bukan penggerak kekuatan |
| P | Level rendah terkendali (residu) | Level rendah terkendali |
| S | Level rendah terkendali (residu) | Level rendah terkendali |
| Cr | Biasanya rendah atau tidak ada; kadang jejak untuk meningkatkan pengerasan | Sering rendah atau jejak — dipakai untuk mengatur kekuatan/pengerasan |
| Ni | Biasanya minimal atau tidak ada | Biasanya minimal atau tidak ada |
| Mo | Jejak jika ada untuk meningkatkan pengerasan/ketangguhan pada penampang tebal | Dapat digunakan dalam jumlah kecil di beberapa pabrik untuk pengerasan |
| V, Nb, Ti | Elemen mikro-paduan digunakan dalam jumlah kecil untuk memperhalus butir dan meningkatkan kekuatan/ketangguhan | Mikro-paduan hadir untuk mencapai kekuatan lebih tinggi dan sifat stabil |
| B | Bukan strategi paduan utama; jejak di beberapa formulasi | Sama |
| N | Level rendah; penting jika ada tembaga atau elemen weathering | Level rendah; berkontribusi pada penguatan presipitasi ketika dikontrol |
Catatan: - Kedua grade terutama mengandalkan karbon dan mangan terkendali dengan mikro-paduan (Nb, V, Ti) untuk kekuatan dan perbaikan butir daripada kadar tinggi elemen paduan konvensional. - Komposisi tepat bervariasi tergantung pabrik dan bentuk produk. Untuk proyek tertentu selalu tinjau sertifikat uji pabrik dan lembar standar yang berlaku.
Penjelasan strategi paduan: - Karbon memberikan kekuatan dasar tetapi menurunkan kemampuan las dan ketangguhan jika terlalu tinggi. Grade HSLA menggunakan karbon sangat rendah dan sedikit mikro-paduan untuk menaikkan kekuatan luluh tanpa mengorbankan ketangguhan. - Mangan membantu kekuatan dan deoksidasi serta meningkatkan kemampuan pengerasan secara moderat. - Elemen mikro-paduan (Nb, V, Ti) mendukung penguatan presipitasi dan mengatur ukuran butir saat proses termomekanik, memungkinkan kekuatan luluh tinggi dengan duktibilitas yang dapat diterima. - Kemampuan weathering (jika direkayasa) dicapai dengan menambahkan sedikit Cu, P, atau Cr; bila perlakuan weathering dibutuhkan, grade pabrik atau subgrade "weathering" spesifik harus ditentukan.
3. Mikrostruktur dan Respon Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Pada kedua grade kondisi as-rolled (hasil thermo-mechanically rolled) menghasilkan matriks ferrit–perlit halus atau ferrit asikular dengan presipit mikroalloy tersebar (karbida atau nitrida Nb/Ti/V). - Q355NH biasanya menonjolkan ukuran butir sedikit lebih halus dan ketangguhan lebih tinggi melalui penggulungan terkendali dan perlakuan panas normalisasi. - Q415NH diproses untuk mencapai kekuatan lebih tinggi—baik dengan kandungan mikro-paduan lebih tinggi, rolling termomekanik lebih agresif, atau varian quench/tempering terkontrol pada produksi plat—menghasilkan matriks dengan kepadatan dislokasi sedikit lebih tinggi dan presipit yang lebih halus.
Respon perlakuan panas: - Normalisasi: Kedua grade merespon baik terhadap normalisasi (akhiran N), yang memperhalus struktur butir dan menghomogenkan sifat; normalisasi meningkatkan ketangguhan dengan pengorbanan sebagian kekuatan luluh. - Quenching dan tempering: Tidak umum pada grade Q standar untuk plat struktural, tetapi proses quench/temper dapat diterapkan pada varian kekuatan lebih tinggi untuk menaikkan kekuatan luluh dan tarik sekaligus menyesuaikan ketangguhan. - Proses termomekanik terkendali (TMCP): Banyak digunakan untuk memproduksi Q355NH dan Q415NH; TMCP efektif menghasilkan mikrostruktur butir halus dan status presipit yang memberikan kekuatan luluh tinggi tanpa karbon berlebih.
4. Sifat Mekanik
| Sifat | Q355NH (tipikal) | Q415NH (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan luluh (min) | ~355 MPa (sesuai nama grade) | ~415 MPa (sesuai nama grade) |
| Kekuatan tarik | Sedang — cukup untuk penggunaan struktural (kisaran menengah tipikal) | Lebih tinggi — kekuatan tarik maksimal meningkat konsisten dengan kekuatan luluh lebih tinggi |
| Elongasi | Duktibilitas baik; berguna untuk pembentukan dan menyerap beban lebih | Elongasi sedikit lebih rendah dari Q355NH karena kekuatan lebih tinggi |
| Ketangguhan tumbukan | Biasanya ditentukan pada suhu rendah (misal –20°C) dan umumnya kuat | Ketangguhan direkayasa tetapi mungkin sedikit lebih rendah, tergantung proses |
| Kekerasan | Sedang; sesuai dengan plat struktural | Lebih tinggi tetapi masih dalam batasan struktur yang dapat dilas |
Penjelasan: - Q415NH lebih kuat secara desain (kekuatan luluh minimum lebih tinggi). Ini menyebabkan kekuatan tarik juga lebih tinggi. - Q355NH biasanya menawarkan keseimbangan ketangguhan dan duktibilitas yang lebih baik pada ketebalan produk yang sama, sehingga sering dipilih saat ketahanan tumbukan atau layanan suhu rendah penting. - Kekerasan berkorelasi dengan kekuatan dan presipit mikro-paduan; Q415NH yang berdaya lebih tinggi dapat sedikit lebih keras dan tahan aus, tetapi juga kurang mudah dibentuk.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las bergantung pada ekuivalen karbon, ketebalan penampang, input panas, dan perlakuan sebelum/selesai las. Gunakan indeks ekuivalen karbon untuk membandingkan kerentanan pengerasan dan risiko retak dingin.
Rumus kemampuan las umum: - Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Ekuivalen karbon praktis internasional (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 kualitatif: - Kedua grade dirancang dengan karbon rendah dan pengendalian paduan untuk menjaga ekuivalen karbon tetap rendah dan kemampuan las yang baik untuk fabrikasi berat. - Q355NH biasanya menunjukkan kemampuan las yang sedikit lebih baik karena kekuatan minimum yang lebih rendah dan seringkali daya pengerasan yang lebih rendah; pra-pemanasan atau PWHT (perlakuan panas pasca pengelasan) biasanya kurang diperlukan untuk ketebalan sedang. - Q415NH, karena kekuatan yang lebih tinggi dan potensi pengerasan yang lebih besar (dari kandungan Mn atau mikro-paduan yang lebih tinggi), mungkin memerlukan spesifikasi prosedur las yang lebih cermat: pra-pemanasan yang sesuai, kontrol temperatur antar lapisan, dan potensi PWHT pada penampang tebal atau sambungan las kritis. - Selalu lakukan kualifikasi prosedur (PQR/WPS) dan konsultasikan perhitungan CE/Pcm untuk aplikasi multilapisan, dinding tebal, atau suhu rendah.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik Q355NH maupun Q415NH bukan paduan tahan karat; ketahanan korosi atmosfer ditentukan oleh kondisi permukaan, tambahan paduan (misalnya Cu), dan sistem perlindungan.
- Untuk grade struktural non-stainless, opsi perlindungan permukaan meliputi:
- Galvanis celup panas (hot-dip galvanizing),
- Sistem cat pelindung (epoxy, poliuretan, primer kaya seng),
- Strategi pelapukan metalurgi jika ditentukan (misalnya penambahan Cu/P yang disengaja untuk membentuk patina pelindung).
- PREN (pitting resistance equivalent number) tidak berlaku untuk grade non-stainless ini. Untuk grade tahan karat, indeksnya adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Jika ketahanan korosi atmosfer diperlukan, spesifikasikan baja pelapuk (weathering steel) (misalnya dengan tambahan Cu/P/Cr yang tervalidasi) atau rencanakan pelapisan yang sesuai. Q355NH mungkin tersedia dalam variasi yang dioptimalkan untuk kinerja atmosfer yang lebih baik; verifikasi penunjukan dari pabrik.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan bentuk: Q355NH umumnya menawarkan kemampuan bentuk dan kinerja pembengkokan yang lebih baik karena kekuatan luluh lebih rendah dan keuletan lebih tinggi; lebih toleran selama proses pembentukan dingin dan penggulungan.
- Kemampuan mesin: Keduanya merupakan baja karbon-mangan yang umum; kemampuan mesin sedang. Q415NH yang lebih kuat mungkin sedikit lebih sulit dimesin dan mungkin memerlukan parameter pemotongan dan peralatan yang disesuaikan karena peningkatan kekerasan.
- Pemotongan dan penempelan: Pemotongan plasma, oxy-fuel, dan pemotongan laser adalah umum; plat dengan kekuatan lebih tinggi menghasilkan burr yang lebih banyak dan memerlukan pemeliharaan alat yang lebih ketat.
- Urutan pengelasan dan pembentukan: Untuk Q415NH, pertimbangkan relaksasi tegangan pasca pembentukan dan deformasi dingin yang dikontrol dengan cermat untuk menghindari zona getas lokal.
8. Aplikasi Umum
| Q355NH — Penggunaan Umum | Q415NH — Penggunaan Umum |
|---|---|
| Plat struktural umum untuk bangunan dan jembatan di mana ketangguhan dan keuletan diperlukan | Komponen struktural berat, crane, dan rangka di mana kekuatan luluh yang lebih tinggi memberikan penghematan berat atau penampang |
| Selubung dan komponen bejana tekan di mana ketangguhan benturan diperlukan pada kekuatan yang telah ditentukan sedang | Komponen beban tinggi di mana desain menuntut tegangan ijin yang lebih tinggi tanpa beralih ke baja paduan |
| Bagian fabrikasi yang terekspos cuaca saat terlindungi atau saat variasi pelapukan disediakan | Komponen yang mengalami beban statis lebih tinggi, seperti boom, gelagar, dan rumah mesin berat |
Alasan pemilihan: - Pilih Q355NH ketika ketangguhan pada suhu rendah, pembentukan, dan toleransi fabrikasi yang luas penting dan ketika kekuatan luluh minimum yang lebih rendah sudah memenuhi beban desain. - Pilih Q415NH ketika efisiensi struktural (pengurangan ketebalan atau berat penampang) dan tegangan ijin yang lebih tinggi penting dan ketika prosedur fabrikasi mengendalikan kemampuan las dan ketangguhan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Q415NH biasanya memiliki premi harga yang moderat dibandingkan Q355NH karena kelas kekuatan yang lebih tinggi dan kontrol proses yang sedikit lebih ketat. Premi bervariasi tergantung pabrik, wilayah suplai, dan bentuk produk.
- Ketersediaan: Kedua grade umumnya diproduksi oleh pabrik plat besar; ketersediaan tergantung pada ketebalan dan ukuran plat. Q355NH seringkali lebih banyak tersedia karena memenuhi pasar luas untuk plat struktural. Q415NH mungkin diproduksi berdasarkan pesanan untuk proyek khusus atau penampang lebih tebal.
- Bentuk produk: Plat, profil gulung, dan rakitan fabrikasi adalah standar; untuk sertifikasi bejana tekan, periksa standar yang berlaku dan dokumentasi pabrikan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Karakteristik | Q355NH | Q415NH |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Sangat baik — umumnya lebih mudah dilas pada ketebalan umum | Baik — mungkin memerlukan kontrol panas dan kualifikasi lebih ketat |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Penekanan kuat pada ketangguhan dan keuletan dengan kekuatan yang memadai | Kekuatan luluh/tarik lebih tinggi dengan margin keuletan sedikit lebih rendah |
| Biaya | Lebih rendah (lebih umum tersedia) | Lebih tinggi (premi untuk kekuatan lebih tinggi) |
Rekomendasi: - Pilih Q355NH jika Anda membutuhkan margin ketangguhan yang andal, fabrikasi dan pengelasan yang lebih mudah, serta performa serba guna yang baik untuk aplikasi struktural dan tekanan di mana kekuatan luluh 355 MPa memenuhi kebutuhan desain. - Pilih Q415NH jika Anda perlu memaksimalkan tegangan ijin atau mengurangi ketebalan/berat penampang dan siap menerapkan prosedur pengelasan dan kontrol fabrikasi yang lebih ketat untuk menjaga ketangguhan dan integritas.
Komentar akhir: Selalu konfirmasi batasan kimiawi yang tepat, jaminan mekanik, dan persyaratan suhu uji pada sertifikat uji pabrik dan standar yang mengatur kontrak. Untuk rakitan las kritis, lakukan perhitungan ekuivalen karbon dan kualifikasi prosedur pengelasan untuk memastikan kelayakan pakai.