S235JR vs S275JR – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

S235JR dan S275JR adalah dua jenis baja karbon struktural Eropa yang paling umum digunakan dalam pelat, lembaran, dan bagian yang digulung. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin menghadapi dilema pemilihan antara keduanya: menyeimbangkan biaya dan kemudahan fabrikasi dengan kebutuhan akan kekuatan yang lebih tinggi dan margin desain. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih baja untuk struktur penahan beban yang dilas, fabrikasi kelas ekonomi di mana pembentukan dan pengecatan adalah perlindungan utama, atau ketika peningkatan kekuatan yang marginal dapat mengurangi ukuran dan berat bagian.

Perbedaan teknis utama antara kedua grade ini adalah kekuatan hasil minimum yang ditentukan (pengidentifikasi grade numerik), yang mempengaruhi pilihan desain yang berbeda: S275JR memberikan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi dibandingkan S235JR sambil mempertahankan komposisi kimia dan rute pemrosesan dasar yang serupa. Karena keduanya termasuk dalam keluarga baja rendah paduan, non-stainless di bawah EN 10025, mereka sering dibandingkan dalam desain struktural dan manufaktur untuk trade-off dalam kekuatan, ketangguhan, kemampuan las, dan biaya.

1. Standar dan Penunjukan

• EN: Baik S235JR maupun S275JR didefinisikan dalam EN 10025-2 (baja struktural non-paduan).
• ISO: Pengidentifikasi ISO/EN yang sesuai sering kali dirujuk silang; deskripsi setara ISO mencerminkan kelas kekuatan hasil minimum.
• ASTM/ASME: Grade ini tidak memiliki nama ASTM satu-satu; baja struktural rendah karbon serupa dalam praktik ASTM tersedia tetapi bahasa spesifikasi dan kriteria penerimaan berbeda.
• JIS/GB: Standar Jepang (JIS) dan Cina (GB) menyediakan baja karbon struktural yang sebanding, tetapi ekuivalen langsung memerlukan pemeriksaan kriteria penerimaan mekanis dan kimia.
• Klasifikasi: Baik S235JR maupun S275JR adalah baja struktural karbon/paduan rendah biasa (bukan stainless, bukan baja alat, bukan baja paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA) dengan paduan mikro yang signifikan), biasanya dikelompokkan sebagai baja karbon struktural.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: Komposisi kimia yang khas (rentang perkiraan; konsultasikan EN 10025 dan sertifikat pabrik pemasok untuk nilai yang tepat—nilai bervariasi dengan ketebalan dan kondisi pengiriman)

Catatan: - Baja ini sengaja rendah karbon dan rendah paduan untuk mempertahankan kemampuan las dan pembentukan. Maksimum yang tepat tergantung pada ketebalan dan tabel EN spesifik; pemasok mengeluarkan sertifikat uji pabrik (MTC) yang mencatat nilai yang diukur. - Strategi paduan: kedua grade menggunakan pendekatan "rendah karbon" dengan mangan dan silikon yang terkontrol untuk deoksidasi. Mereka menghindari penambahan signifikan Cr, Mo, Ni atau elemen paduan mikro dalam versi standar, menjaga kekerasan dan ekuivalen karbon tetap rendah.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi mengurangi kemampuan las dan ketangguhan ketika meningkat; kedua grade menjaga karbon tetap rendah untuk mempertahankan ketangguhan dan kemudahan pengelasan. - Mangan berkontribusi pada kekerasan dan kekuatan tarik dan dibatasi untuk mempertahankan ketangguhan. - Silikon berfungsi sebagai deoksidator dan sedikit meningkatkan kekuatan. - Fosfor dan belerang dikendalikan untuk meminimalkan kerapuhan dan panas-pendek; maksimum mereka hanya diizinkan pada tingkat rendah.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur yang khas: - Mikrostruktur S235JR dan S275JR yang diproduksi (dinormalisasi/digulung) terutama terdiri dari ferit dan perlit. Fraksi relatif perlit meningkat sedikit dengan karbon dan mangan yang lebih tinggi, itulah sebabnya S275JR (karbon/mangan yang sedikit lebih tinggi) dapat menunjukkan kekuatan yang sedikit lebih tinggi. - Tidak ada grade yang dimaksudkan untuk perlakuan quench-and-temper dalam kondisi pasokan standar; mereka disuplai dalam kondisi hot-rolled, dinormalisasi, atau annealed tergantung pada proses pabrik dan pesanan.

Respons terhadap perlakuan panas umum: - Normalisasi: Memperhalus ukuran butir, sedikit meningkatkan ketangguhan dan kekuatan; kedua grade merespons dengan cara yang sama dan normalisasi dapat digunakan ketika keseragaman mekanis atau kebersihan yang lebih baik diinginkan. - Annealing: Melembutkan baja dan meningkatkan kemampuan pembentukan; digunakan ketika peningkatan duktilitas diperlukan sebelum operasi pembentukan. - Quenching dan tempering: Mungkin tetapi tidak umum—karena grade ini tidak memiliki paduan kekerasan yang signifikan, quench-and-temper tidak akan mengembangkan kekuatan tinggi tanpa risiko ketangguhan yang buruk kecuali komposisi kimia dan ketebalan bagian dikendalikan dengan ketat. - Pemrosesan termo-mekanis (penggulungan terkontrol): Bukan fitur standar dari S235JR atau S275JR tetapi jika diterapkan dapat meningkatkan kekuatan hasil dan ketangguhan—menggerakkan produk menuju perilaku HSLA. Produk semacam itu biasanya diberi penunjukan yang berbeda.

4. Sifat Mekanis

Tabel: Sifat mekanis yang khas (rentang indikatif—verifikasi dengan standar atau MTC)

Interpretasi: - Kekuatan: S275JR adalah yang lebih kuat dari keduanya berdasarkan spesifikasi—kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi dan kekuatan tarik yang biasanya lebih tinggi memungkinkan ukuran bagian yang lebih kecil untuk beban yang sama. - Duktibilitas dan ketangguhan: S235JR umumnya menunjukkan peregangan yang sedikit lebih tinggi karena kekuatan hasil yang lebih rendah, yang dapat diterjemahkan menjadi kemampuan pembentukan yang sedikit lebih baik. Kedua grade memerlukan verifikasi ketangguhan dampak (JR = 27 J pada +20°C), memastikan ketangguhan notch dasar dalam lingkungan umum. - Mengapa perbedaan ada: Karbon dan mangan yang sedikit lebih tinggi yang diizinkan (rata-rata) dalam S275JR meningkatkan kekuatan melalui keseimbangan perlit/ferit yang lebih banyak dan potensi pengerasan regangan.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las: - Kedua grade dianggap mudah dilas menggunakan proses umum (SMAW, GMAW/MIG, FCAW, TIG) karena kandungan karbon yang rendah dan ekuivalen karbon yang rendah. - Indeks ekuivalen karbon membantu pengelas dan insinyur dalam menilai pemanasan awal dan pilihan bahan habis pakai. Rumus yang berguna termasuk: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretasi: Karena baik S235JR maupun S275JR memiliki C rendah dan jumlah elemen paduan lainnya yang rendah, nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ mereka rendah, menunjukkan rendahnya kekerasan dan kecenderungan rendah terhadap retak dingin. S275JR mungkin sedikit kurang toleran karena karbon/mangan nominalnya yang lebih tinggi dapat sedikit meningkatkan ekuivalen karbon—ini dapat memerlukan pemanasan awal yang moderat pada bagian tebal atau las yang tertekan. - Nasihat praktis: Gunakan logam pengisi standar yang kompatibel dengan baja struktural (sesuai atau sedikit lebih tinggi kekuatannya daripada logam dasar untuk mengurangi distorsi), kontrol suhu antar-lapis, dan terapkan pemanasan awal yang sesuai berdasarkan ketebalan, pengekangan, dan ekuivalen karbon yang diukur daripada hanya berdasarkan nama grade.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Grade ini adalah baja karbon non-stainless; ketahanan korosi intrinsik terbatas. Pemilihan harus mempertimbangkan paparan lingkungan dan sistem perlindungan yang dimaksudkan.
• Opsi perlindungan permukaan yang khas:
• Galvanisasi celup panas: umum untuk baja struktural di mana ketahanan korosi atmosfer diperlukan.
• Sistem cat: primer, lapisan tengah, dan lapisan atas memberikan perlindungan yang disesuaikan untuk lingkungan atmosfer, industri, atau laut.
• Metalisasi (pelapisan seng/Al), pelapisan bubuk, atau pelapisan di mana diperlukan.
• PREN: Rumus angka ekuivalen ketahanan pitting, $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ tidak berlaku di sini karena S235JR dan S275JR bukan baja stainless dan tidak mengandung Cr, Mo, atau N yang signifikan untuk membuat indeks korosi lokal menjadi berarti.
• Panduan praktis: Pilih skema perlindungan berdasarkan kelas paparan (ISO 12944 atau panduan serupa), dan prioritaskan pelapisan atau galvanisasi untuk daya tahan jangka panjang.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan

• Pemotongan: Proses pemotongan plasma, api, dan oksigen-bahan bakar digunakan secara rutin; pemesinan menggunakan karbida standar dan alat HSS cukup mudah karena kekerasan yang relatif rendah.
• Kemampuan mesin: Sedang—kemampuan mesin baja karbon yang khas; S235JR dapat sedikit lebih mudah diproses dibandingkan S275JR karena kekuatan hasil yang lebih rendah dan kecenderungan pengerasan kerja yang sedikit lebih rendah.
• Kemampuan pembentukan dan pembengkokan: Kedua grade terbentuk dengan baik dalam kondisi yang disuplai; S235JR sedikit lebih toleran untuk pembengkokan ketat dan penarikan dalam karena peregangan yang lebih tinggi. Batas pembentukan harus divalidasi melalui uji pembengkokan atau pedoman pemasok untuk ketebalan tertentu.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya merespons dengan baik terhadap perlakuan permukaan konvensional (penggilingan, peledakan, pengecatan). Perlakuan panas pasca-las jarang diperlukan untuk grade ini kecuali jika pelepasan stres residual tertentu atau perubahan sifat diperlukan oleh desain.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih S235JR ketika kemampuan pembentukan maksimum, biaya material yang lebih rendah, dan duktilitas yang lebih besar diprioritaskan, dan ketika kekuatan hasil yang diperlukan berada dalam batasnya. - Pilih S275JR ketika kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi diperlukan untuk mengurangi ukuran bagian atau memenuhi beban desain sambil tetap mempertahankan kemampuan las dan ketangguhan yang baik pada suhu lingkungan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: S275JR biasanya dihargai sedikit lebih tinggi dibandingkan S235JR karena spesifikasi kekuatannya yang lebih tinggi dan persyaratan kimia dan mekanis yang sedikit lebih ketat, meskipun harga pasar berfluktuasi dengan siklus komoditas baja.
• Ketersediaan: Kedua grade diproduksi secara luas dan tersedia dalam banyak bentuk produk (pelat, lembaran, gulungan, bagian). S235JR cenderung lebih umum di pasar struktural konsumen yang sangat rendah, sementara S275JR sangat banyak disimpan oleh pemasok baja struktural dan pusat layanan.
• Bentuk produk: Ketersediaan dapat bervariasi berdasarkan ketebalan dan penyelesaian—konsultasikan pemasok untuk waktu tunggu pada pelat yang dinormalisasi hot-rolled, lembaran yang diasamkan & dilumasi, atau opsi pra-galvanisasi.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: Ringkasan perbandingan cepat

Kesimpulan: - Pilih S235JR jika Anda memprioritaskan kemampuan pembentukan maksimum, duktilitas yang sedikit lebih tinggi, biaya material yang lebih rendah, dan persyaratan kekuatan hasil proyek tidak melebihi 235 MPa. Ini ideal untuk fabrikasi struktural umum, komponen arsitektur, dan situasi di mana kemudahan pembengkokan/pembentukan sangat berharga. - Pilih S275JR jika Anda memerlukan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi untuk mengurangi ukuran bagian atau memenuhi beban desain yang lebih tinggi sambil tetap mempertahankan kemampuan las yang baik dan ketangguhan dampak yang memadai. Ini cocok untuk aplikasi struktural yang lebih berat di mana keuntungan kekuatan-terhadap-berat dan peningkatan moderat dalam stres yang diizinkan penting.

Catatan praktis akhir: - Selalu verifikasi nilai mekanis dan kimia terhadap sertifikat uji pabrik pemasok dan standar yang berlaku (EN 10025 atau standar pengiriman yang ditentukan). - Dasarkan pilihan pemanasan awal dan bahan habis pakai pada ekuivalen karbon yang diukur ($CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$) dan pengekangan bagian, bukan hanya pada nama grade. - Pertimbangkan pelapisan pelindung lebih awal dalam pengadaan untuk memastikan kompatibilitas dengan langkah fabrikasi (misalnya, pengelasan melalui pelapisan, galvanisasi celup panas pasca-fabrikasi).