S220GD vs S250GD – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

S220GD dan S250GD adalah kelas baja struktural yang dilapisi galvanis hot-dip yang umum digunakan untuk bagian yang dibentuk dingin, penutup bangunan, dan komponen struktural umum. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin memilih antara keduanya saat menyeimbangkan biaya, kemampuan dibentuk, kemampuan dilas, dan kapasitas beban minimum yang diperlukan.

Perbedaan praktis yang paling penting antara keduanya adalah kekuatan hasil minimum yang dijamin: satu kelas menjamin tingkat hasil yang lebih rendah dan yang lainnya lebih tinggi. Karena keduanya diproduksi untuk jalur galvanisasi kontinu dan memiliki komposisi kimia dan rute pemrosesan yang serupa, pemilihan biasanya tergantung pada apakah kekuatan tambahan dari material kelas yang lebih tinggi membenarkan trade-off dalam kemampuan dibentuk, kemampuan dilas, atau biaya untuk aplikasi tertentu.

1. Standar dan Penunjukan

• EN / Eropa: S220GD, S250GD — penunjukan produk umum untuk baja galvanis hot-dip dalam EN 10346 (baja yang dilapisi hot-dip secara kontinu).
• ISO: Sering dirujuk melalui standar harmonisasi EN / ISO untuk baja yang dilapisi.
• Standar regional lainnya: Baja struktural yang dibentuk dingin yang setara ada dalam keluarga produk JIS, GB, dan ASTM, tetapi notasi "SxxxGD" berasal dari Eropa dan banyak digunakan oleh produsen baja global yang memasok gulungan dan lembaran galvanis.
• Keluarga material: Baik S220GD maupun S250GD adalah baja karbon rendah, mikroaloy/berkekuatan tinggi rendah aloy (HSLA) yang dirancang untuk kemampuan dibentuk dan pelapisan; mereka bukan baja tahan karat, alat, atau baja aloy tinggi.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Kelas S220GD dan S250GD diformulasikan sebagai baja karbon rendah dengan jumlah mangan, silikon, dan tambahan kecil elemen mikroaloy (Nb, Ti, V) yang terkontrol jika diperlukan untuk mencapai kekuatan yang lebih tinggi melalui pemrosesan termo-mekanis. Komposisi yang tepat bersifat spesifik untuk pemasok dan diatur oleh standar produk dan rute manufaktur.

Tabel: Rentang komposisi tipikal (wt %). Ini adalah rentang indikatif yang digunakan dalam praktik; selalu konsultasikan sertifikat pabrik pemasok untuk pengadaan dan prosedur pengelasan.

Elemen	S220GD (rentang tipikal, wt %)	S250GD (rentang tipikal, wt %)
C	≤ 0.12 (sering ≤ 0.10)	≤ 0.12 (sering ≤ 0.10)
Mn	0.3 – 1.0	0.3 – 1.2
Si	≤ 0.50 (sering 0.02 – 0.15)	≤ 0.50 (sering 0.02 – 0.15)
P	≤ 0.025	≤ 0.025
S	≤ 0.010	≤ 0.010
Cr	≤ 0.30 (jejak)	≤ 0.30 (jejak)
Ni	≤ 0.30 (jejak)	≤ 0.30 (jejak)
Mo	≤ 0.10 (jika digunakan)	≤ 0.10 (jika digunakan)
V	≤ 0.05 (varian mikroaloy)	≤ 0.05 (varian mikroaloy)
Nb	≤ 0.05 (jika mikroaloy)	≤ 0.05 (jika mikroaloy)
Ti	≤ 0.05 (jika digunakan)	≤ 0.05 (jika digunakan)
B	jejak	jejak
N	≤ 0.012	≤ 0.012

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan adalah kontributor utama kekuatan. Karbon meningkatkan kekuatan tarik/hasil tetapi mengurangi kemampuan dilas dan kemampuan dibentuk jika ditingkatkan. - Silikon dan mangan juga mempengaruhi deoksidasi dan penguatan melalui larutan padat. - Mikroaloy dengan Nb, Ti, atau V memungkinkan kekuatan hasil yang lebih tinggi melalui pengerasan presipitasi dan ukuran butir yang lebih halus menggunakan kontrol termo-mekanis, memungkinkan kekuatan yang lebih tinggi tanpa karbon yang berlebihan. - Kandungan fosfor/sulfur yang rendah meningkatkan ketangguhan dan kemampuan dibentuk.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur di bawah produksi standar: - Kedua kelas biasanya diproduksi melalui penggulungan panas yang terkontrol diikuti oleh profil pendinginan (TMCP — pemrosesan yang dikendalikan secara termo-mekanis) atau penggulungan dingin konvensional dan annealing sebelum galvanisasi. Mikrostruktur tipikal adalah ferit dengan jumlah bainit atau pearlit halus yang terkontrol tergantung pada pemrosesan. - S220GD, yang lebih rendah dalam kekuatan yang dijamin, sering diproduksi dengan mikrostruktur yang lebih feritik dan lebih sedikit presipitat mikroaloy, mendukung duktilitas dan kemampuan dibentuk. - S250GD umumnya mengandung densitas dislokasi yang sedikit lebih tinggi atau presipitat mikroaloy yang terkontrol dan ukuran butir yang lebih halus yang dirancang selama TMCP untuk meningkatkan kekuatan hasil tanpa peningkatan besar dalam karbon.

Respons terhadap perlakuan panas: - Normalisasi dan pendinginan & tempering bukanlah langkah produksi biasa untuk baja yang dilapisi ini; mereka diproduksi untuk memenuhi kekuatan melalui penggulungan dan TMCP daripada melalui perlakuan panas massal. - Jika dipanaskan kembali secara lokal (misalnya, pengelasan) mikrostruktur di zona yang terpengaruh panas akan tergantung pada suhu puncak dan laju pendinginan. Desain karbon rendah membatasi kemampuan pengerasan dan mengurangi risiko pembentukan martensit rapuh dibandingkan dengan baja struktural karbon tinggi, tetapi elemen mikroaloy dapat sedikit meningkatkan kemampuan pengerasan.

4. Sifat Mekanik

Tabel: Perbandingan sifat mekanik tipikal. Nilai-nilai ini representatif; nilai yang sebenarnya harus diverifikasi pada sertifikat pabrik dan tergantung pada ketebalan dan pemrosesan.

Sifat	S220GD	S250GD
Kekuatan hasil minimum (Rp0.2)	220 MPa (dijamin)	250 MPa (dijamin)
Kekuatan tarik tipikal (Rm)	Sedang; tergantung pada ketebalan/proses; umumnya dalam rentang rendah–menengah untuk lembaran struktural	Sedikit lebih tinggi dari S220GD; bervariasi dengan pemrosesan
Peregangan (A%)	Umumnya memiliki duktilitas lebih tinggi daripada S250GD untuk ketebalan yang sama	Peregangan sedikit berkurang dibandingkan S220GD pada ketebalan yang setara
Ketangguhan impak	Umumnya memadai untuk bagian struktural yang dibentuk dingin; tidak secara universal ditentukan	Sebanding, tetapi ketangguhan spesifik tergantung pada TMCP dan kimia
Kekerasan	Rendah hingga sedang, cocok untuk pembentukan	Sedikit lebih tinggi rata-rata karena peningkatan kekuatan

Interpretasi: - S250GD lebih kuat dalam hal kekuatan hasil minimum; ini disengaja untuk memungkinkan desain ketebalan yang lebih tipis atau kapasitas beban yang lebih tinggi. - S220GD biasanya akan lebih mudah dibentuk dan mungkin memberikan sedikit lebih baik dalam hal kemampuan regangan dan pemulihan lentur. - Perbedaan ketangguhan halus dan tergantung pada proses — tidak ada kelas yang secara inheren rapuh; kinerja impak harus dikonfirmasi ketika kinerja suhu rendah diperlukan.

5. Kemampuan Dilas

Pertimbangan kemampuan dilas bergantung pada ekuivalen karbon dan kandungan mikroaloy. Untuk penilaian kualitatif kemampuan dilas, dua indeks yang umum digunakan adalah ekuivalen karbon IIW dan Pcm dari International Institute of Welding.

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

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Baik S220GD maupun S250GD adalah baja karbon rendah dengan CE$_{IIW}$ dan Pcm yang relatif rendah dibandingkan dengan baja yang dikuatkan dan dipanaskan. Itu membuat mereka umumnya cocok untuk proses pengelasan busur umum (MMA, MIG/MAG, TIG) dengan praktik pemanasan awal standar. - S250GD, jika diperkuat melalui mikroaloy atau TMCP daripada peningkatan karbon, biasanya akan mempertahankan kemampuan dilas yang baik; namun, peningkatan kandungan Mn atau mikroaloy dapat meningkatkan CE dan secara lokal meningkatkan kemampuan pengerasan, yang mungkin memerlukan pemanasan awal yang terkontrol atau perlakuan panas pasca pengelasan pada bagian yang lebih tebal atau dalam kondisi dingin. - Untuk struktur yang dilas kritis, konsultasikan nilai CE/Pcm pemasok dan ikuti prosedur bahan pengelasan dan pemanasan awal/pascapanas yang direkomendasikan. Gunakan desain sambungan las dan bahan pengelasan hidrogen rendah untuk meminimalkan risiko.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik S220GD maupun S250GD adalah kelas yang dilapisi: akhiran “GD” menunjukkan pelapisan galvanis hot-dip (seng) yang disuplai sebagai produk yang dilapisi secara kontinu. Lapisan galvanis memberikan perlindungan katodik pada baja lunak.
• Strategi perlindungan korosi standar: pilih massa pelapisan yang sesuai (g/m²), pertimbangkan pra-perlakuan dan sistem cat untuk lingkungan yang terpapar atmosfer atau agresif, dan tentukan perlindungan tepi atau penyegelan sambungan jika diperlukan.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) berlaku untuk aloi tahan karat dan tidak untuk baja karbon rendah yang dilapisi seng; untuk referensi:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

Indeks ini tidak berlaku untuk S220GD/S250GD karena mereka bukan baja tahan karat.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Pembentukan dingin dan pembengkokan: S220GD, dengan kekuatan hasil yang lebih rendah, biasanya menawarkan kemampuan dibentuk yang sedikit lebih baik dan jari-jari bengkok yang lebih besar untuk ketebalan tertentu. Batas pembentukan harus ditentukan melalui percobaan skala penuh atau lembar data pemasok.
• Pemotongan dan pekerjaan tekan: kedua kelas dirancang untuk operasi pembentukan yang umum dalam konstruksi dan atap. Umur alat serupa; namun, kekuatan S250GD yang lebih tinggi meningkatkan beban pembentukan dan dapat mempercepat keausan alat.
• Kemampuan mesin: tidak ada kelas yang dioptimalkan untuk pemesinan kecepatan tinggi; keduanya diproses mirip dengan baja struktural lunak. Kemampuan mesin dapat ditingkatkan dengan alat dan parameter pemotongan yang sesuai.
• Penyelesaian: pelapisan galvanis mempengaruhi pengecatan dan pengikatan perekat. Persiapan permukaan (misalnya, konversi kromat atau primer yang sesuai) adalah standar untuk sistem cat.

8. Aplikasi Tipikal

S220GD (penggunaan tipikal)	S250GD (penggunaan tipikal)
Atap dan pelapisan di mana kemampuan dibentuk tinggi diperlukan	Profil struktural dan bagian di mana hasil yang lebih tinggi memungkinkan pengurangan ketebalan
Pelapisan internal dan saluran dengan pembentukan yang luas	Purlin penopang beban yang dibentuk dingin, rangka struktural ringan
Bagian yang dicetak/dipotong yang tidak kritis	Aplikasi yang memerlukan margin tambahan untuk kapasitas beban
Aplikasi ekonomis yang memprioritaskan biaya dan kemudahan fabrikasi	Situasi di mana pengurangan berat melalui ketebalan yang lebih tipis diinginkan

Rasional pemilihan: - Gunakan S220GD di mana efisiensi pembentukan, kemampuan lentur, dan biaya yang lebih rendah menjadi prioritas dan beban desain yang diperlukan berada dalam kelas hasil yang lebih rendah. - Gunakan S250GD ketika kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi memungkinkan material yang lebih tipis atau ketika persyaratan struktural menuntut hasil yang lebih tinggi yang dijamin.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: S250GD biasanya sedikit lebih mahal daripada S220GD karena sifat mekanik yang dijamin lebih tinggi dan pemrosesan mikroaloy atau TMCP yang mungkin diperlukan untuk mencapainya. Premi harga bervariasi dengan kondisi pasar.
• Ketersediaan: Kedua kelas umumnya diproduksi oleh pemasok gulungan besar dan tersedia secara luas dalam format gulungan, lembaran, dan potongan yang umum. Waktu tunggu biasanya singkat untuk massa pelapisan dan lebar standar tetapi lebih lama untuk pelapisan khusus atau toleransi mekanis yang sangat ketat.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: Perbandingan cepat (kualitatif)

Atribut	S220GD	S250GD
Kemampuan dilas	Baik — lebih mudah karena persyaratan kekuatan yang lebih rendah	Baik — sedikit lebih tinggi risiko CE jika mikroaloy
Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Duktilitas dan ketangguhan yang baik untuk pembentukan	Kekuatan hasil lebih tinggi; ketangguhan serupa jika diproses dengan benar
Biaya	Lebih rendah	Lebih tinggi (premi sedang)

Rekomendasi: - Pilih S220GD jika: aplikasi Anda menekankan pembentukan, pembengkokan, dan pemotongan dengan kebutuhan untuk lembaran galvanis yang paling ekonomis yang memenuhi persyaratan struktural sedang; ketika duktilitas maksimum untuk profil kompleks sangat penting. - Pilih S250GD jika: Anda memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi untuk mengurangi ketebalan bagian, mencapai faktor keamanan yang lebih tinggi, atau memenuhi persyaratan beban struktural tertentu sambil mempertahankan keuntungan dari permukaan galvanis.

Catatan akhir: Untuk pengadaan dan fabrikasi, selalu verifikasi sertifikat pabrik untuk komposisi kimia, sifat mekanik, massa pelapisan, dan prosedur pembentukan dan pengelasan yang direkomendasikan oleh pemasok. Di mana keselamatan struktural atau ketangguhan suhu rendah sangat penting, tentukan dan uji sifat yang diperlukan daripada hanya mengandalkan nama kelas.