Q390 vs Q420 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Q390 dan Q420 adalah baja struktural berkekuatan tinggi yang biasanya ditentukan di pasar Tiongkok dan terkait untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi daripada baja lunak konvensional. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering perlu memutuskan antara dua grade ini saat menyeimbangkan kekuatan, ketangguhan, kemampuan las, kemampuan bentuk, dan biaya. Konteks pemilihan yang umum termasuk fabrikasi berat (jembatan, crane, dan struktur jaket lepas pantai), rangka yang menahan tekanan, dan komponen struktural yang harus memenuhi target hasil atau pengurangan berat yang lebih ketat.

Perbedaan praktis inti adalah bahwa Q420 ditentukan untuk memberikan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi daripada Q390, yang mempengaruhi cara baja diproduksi (paduan, pemrosesan termomekanik, atau perlakuan panas) dan oleh karena itu mempengaruhi ketangguhan, kemampuan las, dan perilaku pembentukan. Karena keduanya diklasifikasikan sebagai baja paduan rendah berkekuatan tinggi (HSLA) daripada baja tahan karat atau baja alat, perbandingan berfokus pada trade-off antara kekuatan dan ketangguhan, batasan fabrikasi, dan langkah-langkah perlindungan terhadap korosi.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar nasional dan internasional umum di mana grade yang sebanding dirujuk:
• GB/T (Tiongkok): Baja seri Q (misalnya, Q390, Q420) didefinisikan dalam spesifikasi Tiongkok untuk baja struktural.
• EN (Eropa): padanan terdekat adalah grade struktural S seperti S355 atau S420 tergantung pada sifat.
• JIS (Jepang): tidak ada kecocokan langsung satu-ke-satu; grade JIS berfokus pada penunjukan lain.
• ASTM/ASME (AS): tidak ada pemetaan standar tunggal langsung — gunakan pencocokan mekanis/sifat (misalnya, ASTM A572 untuk baja struktural berkekuatan tinggi).
• Klasifikasi: Baik Q390 maupun Q420 adalah baja karbon HSLA (berkekuatan tinggi paduan rendah) yang dioptimalkan untuk aplikasi struktural. Mereka bukan baja tahan karat, alat, atau baja paduan khusus.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tren komposisi tipikal untuk baja seri Q HSLA menekankan karbon rendah ditambah penambahan kecil yang terkontrol dari mangan, silikon, dan elemen mikro paduan untuk mencapai kekuatan sambil mempertahankan ketangguhan dan kemampuan las. Tabel di bawah ini memberikan rentang tipikal indikatif (wt%). Selalu verifikasi komposisi yang tepat pada sertifikat pabrik atau standar yang berlaku untuk material yang dibeli.

Tabel: Rentang komposisi tipikal (wt%) — hanya indikatif; konsultasikan spesifikasi atau sertifikat pabrik untuk angka yang tepat

Elemen	Q390 (rentang tipikal, wt%)	Q420 (rentang tipikal, wt%)
C	0.06 – 0.18	0.06 – 0.16
Mn	0.40 – 1.60	0.50 – 1.60
Si	0.10 – 0.50	0.10 – 0.50
P	≤ 0.035	≤ 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	0 – 0.50	0 – 0.50
Ni	0 – 0.30	0 – 0.30
Mo	0 – 0.10	0 – 0.10
V (mikropaduan)	0 – 0.12	0 – 0.12
Nb (mikropaduan)	0 – 0.08	0 – 0.08
Ti	0 – 0.02	0 – 0.02
B	0 – 0.002	0 – 0.002
N	0.005 – 0.020	0.005 – 0.020

Penjelasan - Karbon: Dijaga rendah hingga sedang untuk membatasi kemampuan pengerasan dan mempertahankan kemampuan las; karbon yang sedikit lebih rendah kadang-kadang digunakan dalam grade berkekuatan lebih tinggi yang dikombinasikan dengan mikropaduan atau penggulungan termomekanik. - Mangan dan silikon: Penguat dan deoksidator; Mn berkontribusi pada kemampuan pengerasan dan kekuatan tarik. - Mikropaduan (V, Nb, Ti, B): Penambahan kecil memungkinkan penguatan presipitasi dan pemurnian butir, memungkinkan kekuatan hasil yang lebih tinggi tanpa peningkatan besar dalam karbon atau elemen paduan lain yang dapat merugikan kemampuan las. - Paduan minor (Cr, Ni, Mo): Digunakan hanya ketika kemampuan pengerasan atau ketahanan lingkungan tertentu diperlukan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur untuk baik Q390 maupun Q420 biasanya adalah campuran ferrit–pearlite atau ferrit–bainite yang halus, tergantung pada jalur pemrosesan: - Digulung/dinormalisasi: Matriks ferritik halus dengan pearlite yang terdispersi adalah hal yang umum; normalisasi memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan. - Pemrosesan termomekanik (TMCP): Penggulungan yang terkontrol dan pendinginan yang dipercepat mendorong ferrit poligonal halus dan bainite, memungkinkan hasil yang lebih tinggi dengan kandungan paduan yang lebih rendah — jalur umum untuk Q420. - Pendinginan & tempering: Tidak umum untuk grade struktural Q secara rutin, tetapi digunakan ketika kombinasi kekuatan tinggi dan ketangguhan yang disesuaikan diperlukan; menghasilkan martensit yang dipanaskan atau bainite yang dipanaskan dan kekerasan yang lebih tinggi. - Presipitasi mikropaduan: Presipitat Nb, V, dan Ti mengikat batas butir dan menghambat rekristalisasi, memberikan kekuatan melalui pemurnian butir dan penguatan presipitasi dengan peningkatan karbon minimal.

Efek pemrosesan - Q420 sering lebih mengandalkan TMCP dan mikropaduan untuk mencapai hasil yang lebih tinggi yang dijamin sambil mempertahankan ketangguhan; ini dapat menghasilkan proporsi mikrostruktur bainitik yang sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan Q390 di bawah pemrosesan yang setara. - Perlakuan panas (normalisasi vs pendinginan & temper) dapat secara signifikan mengubah ketangguhan dan kekerasan; bagian yang lebih tebal memiliki pendinginan yang lebih lambat dan oleh karena itu mikrostruktur yang lebih kasar dan ketangguhan yang lebih rendah.

4. Sifat Mekanis

Tabel: Rentang sifat mekanis tipikal (indikatif; tergantung pada ketebalan, pemrosesan, dan standar)

Sifat	Q390 (tipikal)	Q420 (tipikal)
Kekuatan hasil minimum (Rp0.2)	≈ 390 MPa (ditentukan)	≈ 420 MPa (ditentukan)
Kekuatan tarik (Rm)	~ 470 – 630 MPa	~ 520 – 680 MPa
Peregangan (A, % pada 50 mm)	~ 20 – 26%	~ 17 – 22%
Ketangguhan impak (Charpy V‑notch, J)	Tergantung aplikasi/grade; sering ditentukan pada 0°C hingga −20°C; tipikal 27 – 47 J	Rentang serupa tetapi cenderung lebih rendah rata-rata pada ketebalan/pemrosesan yang sama
Kekerasan (HB)	Biasanya lebih rendah daripada Q420 untuk pemrosesan yang sama	Sedikit lebih tinggi, mencerminkan kekuatan yang lebih tinggi

Interpretasi - Kekuatan: Q420 memberikan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi berdasarkan spesifikasi. Mencapai kekuatan tersebut tanpa mengorbankan ketangguhan cenderung mengandalkan TMCP dan mikropaduan daripada meningkatkan kandungan karbon secara signifikan. - Ketangguhan vs duktilitas: Untuk pemrosesan yang sama, Q420 dapat sedikit kurang duktil dan mungkin menunjukkan energi impak yang lebih rendah dibandingkan Q390; kontrol yang hati-hati terhadap penggulungan dan pendinginan diperlukan untuk mempertahankan ketangguhan yang dapat diterima pada bagian yang lebih tebal. - Implikasi desain: Gunakan Q420 di mana margin terhadap hasil penting atau di mana pengurangan berat dicari. Gunakan Q390 ketika sedikit lebih baik duktilitas atau ketangguhan impak diperlukan dengan biaya yang lebih rendah.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las terutama dipengaruhi oleh kandungan karbon, paduan gabungan (kemampuan pengerasan), dan mikropaduan. Dua indeks empiris yang umum digunakan adalah ekuivalen karbon IIW dan rumus Pcm:

• Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Rumus Pcm (untuk estimasi kerentanan retak dingin): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif - Baik Q390 maupun Q420 dirancang dengan karbon yang relatif rendah untuk mendukung kemampuan las yang baik. Namun, Q420 mungkin memiliki kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi karena mikropaduan dan mikrostruktur yang diinduksi TMCP — meningkatkan risiko pembentukan martensit di zona yang terpengaruh panas (HAZ) untuk pengelasan dengan input panas tinggi atau bagian yang lebih tebal. - Gunakan pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, dan elektroda konsumabel hidrogen rendah untuk pelat atau sambungan yang lebih tebal dengan nilai Pcm/CE yang lebih tinggi. Perlakuan panas pasca-las (PWHT) mungkin diperlukan untuk aplikasi kritis. - Untuk pengelasan rutin di bengkel dengan ketebalan tipis hingga sedang, kedua grade dapat dilas dengan mudah dengan prosedur yang sesuai; Q420 sering memerlukan perhatian lebih dekat terhadap desain sambungan dan kontrol panas.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik Q390 maupun Q420 bukanlah baja tahan karat; keduanya rentan terhadap korosi atmosfer dan kimia seperti kebanyakan baja karbon.
• Strategi perlindungan standar: galvanisasi celup panas, pelapisan lamela seng, sistem pengecatan epoksi/uretan, perlindungan katodik untuk lingkungan laut/lepas pantai, dan detail desain tahan korosi (drainase, segregasi logam yang berbeda).
• PREN tidak berlaku: Untuk baja tahan karat, Angka Ekuivalen Ketahanan Pitting relevan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini tidak digunakan untuk baja karbon/HSLA; oleh karena itu PREN tidak boleh diterapkan pada Q390/Q420.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk

• Kemampuan bentuk: Q390 yang berkekuatan lebih rendah umumnya memiliki kemampuan bentuk dingin (kemampuan membengkok, pembentukan tekan) yang lebih baik daripada Q420 pada ketebalan yang setara karena duktilitas yang lebih tinggi. Q420 mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau gaya pembentukan yang lebih tinggi.
• Kemampuan mesin: Kedua grade serupa; kemampuan mesin dapat diterima tetapi menurun seiring dengan kekuatan. Kekuatan yang lebih tinggi (Q420) biasanya meningkatkan keausan alat dan membutuhkan parameter pemotongan dan alat yang lebih kokoh.
• Toleransi pemotongan/pengelasan: Q420 mungkin lebih sensitif terhadap ketidakrataan dan pemulihan karena kekuatan hasil yang lebih tinggi; toleransi fabrikasi harus memperhitungkan hal itu.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya menerima cat dan galvanisasi dengan baik; perlakuan awal dan persiapan permukaan adalah standar.

8. Aplikasi Tipikal

Tabel: Penggunaan tipikal berdasarkan grade

Q390 (penggunaan tipikal)	Q420 (penggunaan tipikal)
Balok struktural umum, kolom, dan rangka di mana efisiensi biaya dan duktilitas yang baik diprioritaskan	Komponen crane, balok berat, dan anggota jembatan di mana kekuatan yang lebih tinggi mengurangi ukuran dan berat bagian
Chassis dan rangka kendaraan tugas menengah	Anggota jaket lepas pantai dan komponen platform di mana rasio kekuatan terhadap berat sangat penting (dengan perlindungan korosi)
Peralatan pertanian dan konstruksi	Komponen struktural beban tinggi (hoist, winch, mesin berat) di mana margin terhadap hasil plastik lebih ketat
Tangki penyimpanan dan cangkang struktural non-tekan (dengan perlindungan yang sesuai)	Anggota yang difabrikasi dirancang untuk pengurangan berat dalam struktur transportasi

Rasional pemilihan - Pilih Q420 ketika desain memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi untuk pengurangan berat, ukuran bagian yang lebih kecil, atau untuk memenuhi permintaan beban struktural yang lebih tinggi. Q420 lebih disukai ketika bengkel fabrikasi dapat mengontrol prosedur las dan cetakan untuk material berkekuatan lebih tinggi. - Pilih Q390 ketika duktilitas yang sedikit lebih baik, pembentukan yang lebih mudah, dan risiko biaya/pasokan yang lebih rendah menjadi prioritas.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Q420 biasanya lebih mahal daripada Q390 berdasarkan per ton karena permintaan pemrosesan yang lebih tinggi (TMCP, kontrol mikropaduan) dan jaminan sifat yang lebih ketat. Perbedaan harga bervariasi berdasarkan pabrik, wilayah, dan bentuk produk (pelat, gulungan, bagian).
• Ketersediaan: Q390 cenderung lebih umum tersedia di pabrik struktural umum dan distributor. Q420 mungkin lebih tersedia di wilayah dengan permintaan tinggi untuk baja HSLA; namun, bentuk produk atau ketebalan khusus mungkin memerlukan waktu tunggu untuk kedua grade.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: Perbandingan cepat

Kriteria	Q390	Q420
Kemampuan las	Baik; sedikit lebih baik margin di bagian tebal	Baik, tetapi memerlukan kontrol panas yang lebih ketat untuk bagian yang lebih tebal
Seimbang Kekuatan–Ketangguhan	Seimbang menuju duktilitas/ketangguhan	Kekuatan hasil lebih tinggi; mungkin mengorbankan beberapa duktilitas/ketangguhan
Biaya (relatif)	Lebih rendah	Lebih tinggi

Rekomendasi - Pilih Q390 jika: Anda memerlukan baja HSLA yang hemat biaya dengan duktilitas yang baik dan pembentukan/pengelasan yang lebih mudah untuk beban struktural sedang; ketika kecepatan fabrikasi dan keausan alat yang lebih rendah menjadi prioritas; atau ketika ketersediaan stok dan harga yang lebih rendah menjadi faktor penentu. - Pilih Q420 jika: desain Anda memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi yang dijamin untuk mengurangi ukuran bagian atau berat, atau ketika margin struktural terhadap hasil harus ditingkatkan; asalkan prosedur fabrikasi dan pengelasan Anda dapat mengontrol input panas dan Anda menerima peningkatan biaya material yang moderat.

Catatan akhir Selalu tentukan standar yang tepat, batas ketebalan, energi impak yang diperlukan (suhu), dan kualifikasi prosedur las dalam dokumen pengadaan. Sertifikat pabrik dan laporan uji batch harus ditinjau untuk memastikan bahwa hasil kimia dan mekanis yang dikirim memenuhi kinerja dan batasan fabrikasi proyek.