Q370R vs Q420R – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Q370R dan Q420R adalah nama yang digunakan dalam nomenklatur baja bejana tekan Tiongkok untuk menunjukkan baja struktural non-stainless yang lebih kuat dan ditujukan untuk peralatan yang menahan tekanan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan antara dua grade ini: memilih grade dengan kekuatan lebih rendah yang relatif lebih mudah dalam fabrikasi dan pengelasan, atau memilih grade dengan kekuatan lebih tinggi yang memungkinkan bagian yang lebih tipis dan penghematan berat tetapi dapat memberlakukan kontrol perlakuan panas dan pengelasan yang lebih ketat.
Perdagangan dasar antara grade ini secara efektif adalah keseimbangan antara kekuatan desain yang dapat dicapai versus kelayakan pengelasan dan manajemen ketangguhan dalam fabrikasi. Karena kedua grade digunakan dalam domain aplikasi yang serupa (bejana tekan, boiler, dan komponen struktural berat), memahami perbedaan mereka dalam strategi paduan, respons mikrostruktur terhadap pemrosesan termal, perilaku mekanis, dan implikasi fabrikasi sangat penting untuk pemilihan material yang optimal.
1. Standar dan Penunjukan
- Sistem nasional utama: GB Tiongkok (standar nasional). Akhiran “R” dalam penunjukan ini menunjukkan penerapan pada peralatan yang menahan tekanan.
- Tidak ada kesetaraan langsung satu-ke-satu dalam sistem ASTM/ASME atau EN; pemilihan terhadap standar internasional harus dilakukan dengan mencocokkan sifat mekanis dan ketangguhan yang diperlukan daripada dengan substitusi grade langsung.
- Klasifikasi: baik Q370R maupun Q420R adalah baja karbon-mangan yang lebih kuat dan non-stainless (paduan rendah) yang biasanya dikategorikan sebagai baja tipe HSLA untuk penggunaan bejana tekan daripada sebagai baja alat atau stainless.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut merangkum elemen komposisional tipikal yang menarik untuk perbandingan. Rentang kimia yang dijamin bervariasi menurut produsen dan lembaran/spesifikasi standar; tabel ini dengan sengaja menggunakan indikator kualitatif daripada nilai numerik untuk menghindari salah representasi.
| Elemen | Q370R (penekanan tipikal) | Q420R (penekanan tipikal) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Sedang — dikendalikan untuk menyeimbangkan kekuatan dan kelayakan pengelasan | Sedikit lebih tinggi atau dikendalikan berbeda untuk meningkatkan kekuatan hasil |
| Mn (Mangan) | Sedang — elemen utama kekuatan dan deoksidasi | Sedang hingga lebih tinggi — berkontribusi pada kekuatan dan kemampuan pengerasan |
| Si (Silikon) | Rendah–sedang — deoksidasi, penguatan terbatas | Rendah–sedang |
| P (Fosfor) | Dijaga rendah — kontrol kotoran | Dijaga rendah |
| S (Belerang) | Diminimalkan untuk ketangguhan dan kelayakan pengelasan | Diminimalkan |
| Cr (Krom) | Biasanya sangat rendah atau tidak ada | Mungkin ada dalam jumlah kecil di beberapa varian |
| Ni (Nikel) | Biasanya rendah hingga tidak ada | Biasanya rendah hingga tidak ada |
| Mo (Molybdenum) | Sering tidak ada atau minimal | Kadang-kadang ada dalam jumlah kecil untuk meningkatkan kemampuan pengerasan |
| V, Nb, Ti (mikropaduan) | Mungkin termasuk mikropaduan dalam jumlah kecil untuk pemurnian butir | Lebih mungkin untuk menyertakan mikropaduan untuk meningkatkan kekuatan pada ketebalan tertentu |
| B (Boron) | Biasanya tidak ada atau jejak | Jejak B mungkin digunakan di beberapa varian dengan kekuatan lebih tinggi |
| N (Nitrogen) | Dikendalikan sebagai kotoran/penguatan sekunder | Dikendalikan |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Karbon dan mangan adalah penguat utama; meningkatkannya meningkatkan kekuatan hasil dan kekuatan tarik tetapi juga meningkatkan kemampuan pengerasan dan kecenderungan untuk membentuk martensit keras di zona yang terpengaruh panas (HAZ) pengelasan. - Elemen mikropaduan (Nb, V, Ti) memberikan penguatan presipitasi dan pemurnian butir, memungkinkan kekuatan lebih tinggi tanpa kandungan karbon yang berlebihan dan meningkatkan ketangguhan ketika diproses dengan benar. - Penambahan kecil Mo atau Cr dapat meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi tetapi dapat mempengaruhi kelayakan pengelasan secara negatif jika tidak dikelola dengan hati-hati.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Di bawah pemrosesan konvensional, Q370R cenderung memiliki mikrostruktur ferrit–pearlite atau ferrit-plus-bainite yang halus, dirancang untuk keseimbangan yang baik antara kelenturan dan ketangguhan. - Q420R, yang bertujuan untuk sifat hasil/tarik yang lebih tinggi, sering mengandalkan ferrit yang lebih halus dengan lebih banyak konstituen bainitik atau martensitik yang ditempa di bagian yang lebih berat atau ketika perlakuan termo-mekanis digunakan. Mikropaduan dan penggulungan/normalisasi yang terkontrol adalah alat untuk mencapai kekuatan tanpa kandungan karbon yang berlebihan.
Efek perlakuan panas dan pemrosesan: - Normalisasi (pendinginan udara setelah pemanasan) memperhalus ukuran butir dan dapat menghomogenkan mikrostruktur untuk kedua grade, meningkatkan ketangguhan. - Pendinginan dan tempering (Q&T) kurang umum untuk pelat bejana tekan massal tetapi dapat diterapkan untuk komponen yang memerlukan kekuatan lebih tinggi dan ketangguhan yang terkontrol; Q420R lebih mungkin diproduksi atau diselesaikan dengan penggulungan termo-mekanis atau normalisasi ditambah pendinginan terkontrol untuk mencapai nilai yang ditentukan. - Pemrosesan termo-mekanis yang terkontrol (TMCP) dengan pendinginan yang dipercepat dapat menghasilkan mikrostruktur bainitik/ferritik yang halus yang meningkatkan kekuatan dan ketangguhan secara bersamaan — sangat berguna untuk Q420R di mana target kekuatan lebih tinggi.
4. Sifat Mekanis
Karena jaminan numerik bervariasi menurut spesifikasi dan produsen, perbandingan di bawah ini bersifat kualitatif, menunjukkan harapan relatif di bawah envelope spesifikasi yang dimaksudkan.
| Sifat | Q370R | Q420R |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Sedang | Lebih tinggi (dirancang untuk memenuhi kelas kekuatan yang lebih tinggi) |
| Kekuatan Hasil | Sedang | Lebih tinggi (pembeda utama) |
| Peregangan (kelenturan) | Baik | Baik hingga sedikit berkurang pada ketebalan yang sama karena kekuatan yang lebih tinggi |
| Ketangguhan Dampak | Umumnya baik (dirancang untuk penggunaan tekanan) | Dapat setara tetapi memerlukan pemrosesan dan kontrol yang lebih ketat untuk memastikan ketangguhan yang sebanding |
| Kekerasan | Sedang | Lebih tinggi (mencerminkan kekuatan yang lebih tinggi) |
Interpretasi: - Q420R dirancang untuk memberikan kekuatan hasil dan tarik yang lebih tinggi; untuk menjaga ketangguhan yang memadai, produsen mengandalkan mikropaduan dan pemrosesan termo-mekanis yang terkontrol daripada peningkatan sederhana dalam karbon. - Jika pemrosesan dan kontrol kualitas tidak ketat, grade dengan kekuatan lebih tinggi dapat menunjukkan kelenturan yang berkurang dan peningkatan sensitivitas terhadap mekanisme patah rapuh, terutama di bagian tebal atau layanan suhu rendah.
5. Kelayakan Pengelasan
Kelayakan pengelasan tergantung terutama pada kandungan karbon, paduan yang efektif untuk kemampuan pengerasan, dan tingkat kotoran residu. Dua indeks empiris umum yang digunakan untuk menilai kelayakan pengelasan:
-
Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm (indeks yang lebih konservatif untuk kerentanan retak 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: - Q370R biasanya memiliki setara karbon yang lebih rendah dibandingkan Q420R, menghasilkan persyaratan pemanasan awal/pascapengelasan yang lebih mudah dan risiko pengerasan HAZ dan retak dingin yang lebih rendah. - Q420R, karena target kekuatannya yang lebih tinggi dan potensi penambahan mikropaduan atau sedikit lebih tinggi Mn, biasanya memiliki CE atau Pcm yang lebih tinggi dan oleh karena itu dapat memerlukan prosedur pengelasan yang lebih ketat: suhu antar-passing yang terkontrol, pemanasan awal, perlakuan panas pascapengelasaan (PWHT) dalam beberapa kasus, atau bahan habis pakai rendah hidrogen. - Bahan habis pakai pengelasan yang ditentukan dengan benar, kontrol input panas yang terkontrol, dan kontrol hidrogen diperlukan untuk Q420R agar tetap mempertahankan ketangguhan HAZ dan menghindari patah rapuh. Kualifikasi prosedur pengelasan harus dilakukan dengan ketebalan yang representatif.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua Q370R dan Q420R adalah baja karbon/paduan rendah non-stainless — mereka tidak memberikan ketahanan korosi intrinsik seperti grade stainless.
- Strategi perlindungan standar: sistem pengecatan/pelapisan, galvanisasi (celup panas atau elektro), inhibitor korosi, atau pelapisan/lining tergantung pada lingkungan layanan.
- PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja non-stainless ini; sebagai referensi, rumus PREN umum yang digunakan untuk paduan stainless adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Pemilihan untuk lingkungan korosif harus fokus pada sistem perlindungan yang sesuai atau pemilihan pelapisan stainless/paduan jika diperlukan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Pemotongan: kedua grade akan dipotong dengan cara yang sama menggunakan proses oksigen-bahan bakar, plasma, atau laser modern, tetapi kekuatan Q420R yang lebih tinggi mungkin memerlukan sedikit lebih banyak daya dan menghasilkan kerf/residu yang lebih keras.
- Pembengkokan dan pembentukan: Q370R umumnya lebih toleran terhadap pembentukan dingin dan pembengkokan karena kekuatan hasil yang sedikit lebih rendah; Q420R memerlukan kontrol jari-jari bengkok yang lebih ketat dan mungkin memerlukan toleransi bentuk yang lebih besar atau pembentukan hangat untuk bagian tebal.
- Kemudahan pemesinan: keduanya cukup mudah diproses dalam bentuk pelat, tetapi baja mikropaduan dengan kekuatan lebih tinggi (Q420R) dapat mempercepat keausan alat; grade alat dan parameter pemotongan harus disesuaikan dengan tepat.
- Penyelesaian: perlakuan permukaan (peledakan, penggilingan) tidak berbeda secara mencolok, meskipun kekerasan yang lebih tinggi pada Q420R dapat mempengaruhi waktu proses.
8. Aplikasi Tipikal
| Q370R — Penggunaan Tipikal | Q420R — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Bejana tekan umum dan boiler di mana ketangguhan yang baik dan fabrikasi yang sederhana diprioritaskan | Bejana tekan dan komponen struktural di mana kekuatan desain yang lebih tinggi memungkinkan bagian yang lebih tipis atau desain penghematan berat |
| Tank dan bejana dengan tekanan internal sedang dan di mana produktivitas pengelasan sangat penting | Bejana tekanan tinggi, rangka struktural berat, dan komponen yang terkena permintaan stres yang lebih tinggi |
| Aplikasi di mana fabrikasi yang sensitif terhadap biaya dan prosedur pengelasan yang lebih sederhana diinginkan | Aplikasi di mana meminimalkan massa atau memaksimalkan stres yang diizinkan penting dan kontrol fabrikasi dapat ditegakkan |
Rasional pemilihan: - Pilih Q370R ketika kecepatan fabrikasi, prosedur pengelasan yang lebih sederhana, dan ketangguhan yang terbukti pada pelat yang lebih tebal adalah prioritas utama. - Pilih Q420R ketika batasan desain menuntut stres yang diizinkan lebih tinggi atau pengurangan berat, dan proyek dapat mengakomodasi prosedur pengelasan dan kontrol kualitas yang lebih ketat.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Q420R umumnya lebih mahal per kilogram dibandingkan Q370R karena pemrosesan kekuatan yang lebih tinggi, potensi penambahan mikropaduan, dan kontrol kualitas yang lebih ketat. Namun, penghematan berat dari penggunaan bagian Q420R yang lebih tipis dapat mengimbangi biaya material dalam total biaya komponen.
- Ketersediaan: Kedua grade umumnya diproduksi dalam bentuk pelat untuk peralatan tekanan di pasar di mana grade Tiongkok disuplai; ketersediaan lokal akan tergantung pada produksi pabrik dan rantai pasokan regional. Waktu tunggu dapat dipengaruhi oleh ketebalan, temper, dan persyaratan pengujian.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Karakteristik | Q370R | Q420R |
|---|---|---|
| Kelayakan Pengelasan | Lebih baik / Lebih mudah dilas dengan prosedur standar | Memerlukan kontrol pengelasan yang lebih ketat dan kadang-kadang pemanasan awal/PWHT |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Keseimbangan yang baik yang mengutamakan ketangguhan dan kelenturan | Kekuatan lebih tinggi; ketangguhan dapat dicapai tetapi memerlukan pemrosesan yang terkontrol |
| Biaya (dasar material) | Lebih rendah per kg | Lebih tinggi per kg, potensi penghematan biaya keseluruhan melalui bagian yang lebih tipis |
Rekomendasi penutup: - Pilih Q370R jika Anda mengutamakan produktivitas fabrikasi, prosedur pengelasan yang lebih sederhana, dan ketangguhan yang kuat untuk pekerjaan bejana tekan konvensional di mana ketebalan dan margin standar dapat diterima. - Pilih Q420R jika desain Anda memerlukan stres yang diizinkan lebih tinggi atau Anda perlu meminimalkan berat/ketebalan dan Anda dapat menegakkan kontrol pengadaan/pemrosesan yang lebih ketat, menentukan prosedur pengelasan yang memenuhi syarat, dan memastikan kemampuan proses pemasok untuk ketangguhan dan perilaku HAZ.
Catatan akhir: Selalu dasarkan pemilihan grade pada persyaratan kode spesifik, tabel sifat yang bergantung pada ketebalan, dan kualifikasi prosedur pengelasan proyek. Ketika ragu, minta sertifikat material pabrik, tentukan energi dampak yang diperlukan dan batas kekerasan, dan lakukan pengujian prosedur pengelasan dan kualifikasi yang representatif dari ketebalan komponen dan konfigurasi sambungan.