S275 vs S355 – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
S275 dan S355 adalah dua baja struktural Eropa yang banyak digunakan yang ditentukan dalam EN 10025. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara biaya, kekuatan, kemampuan pengelasan, dan tuntutan fabrikasi saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum meliputi: meminimalkan berat sambil mempertahankan margin keselamatan (mengutamakan kekuatan yang lebih tinggi), menyeimbangkan kemudahan fabrikasi dan risiko pengelasan (mengutamakan setara karbon yang lebih rendah), dan mengelola biaya komponen dan ketersediaan.
Perbedaan teknis utama adalah bahwa S355 ditentukan dengan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi daripada S275, dan banyak subgrade S355 menggabungkan mikroaloying atau persyaratan ketangguhan yang lebih ketat, yang bersama-sama mempengaruhi pemrosesan dan pemilihan. Karena keduanya adalah baja struktural low-alloy/HSLA dengan jendela kimia yang serupa, mereka biasanya dibandingkan untuk balok, pelat, bagian, dan fabrikasi las di mana kinerja struktural, ketangguhan, dan biaya harus seimbang.
1. Standar dan Penunjukan
- EN: Keluarga EN 10025 — S275 dan S355 adalah kelas baja struktural Eropa (misalnya, S275JR, S355J0, S355J2).
- ASTM/ASME: Tidak ada ekuivalen ASTM satu-ke-satu yang langsung; peran serupa dilayani oleh ASTM A36 (kekuatan lebih rendah) atau ASTM A572 grades (low-alloy kekuatan lebih tinggi).
- JIS: Standar Jepang tidak dipetakan secara langsung tetapi memiliki baja karbon/baja struktural dengan sifat serupa.
- GB (Cina): Kelas baja struktural GB/T memiliki kelas yang sebanding; rujuk ke sertifikat material spesifik daripada mengasumsikan kesetaraan.
- Klasifikasi: Baik S275 maupun S355 dianggap sebagai baja struktural karbon-mangan dalam keluarga HSLA (High-Strength Low-Alloy) ketika mikroaloyed; mereka bukan baja tahan karat, alat, atau baja high-alloy.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut menunjukkan rentang komposisi tipikal untuk kelas S275 dan S355 yang umum disuplai. Ini adalah rentang indikatif; batas kimia yang tepat tergantung pada subgrade EN 10025 spesifik dan sertifikasi produsen. Selalu verifikasi sertifikat pabrik untuk perhitungan desain.
| Elemen | S275 Tipikal (wt%) | S355 Tipikal (wt%) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | 0.10 – 0.20 | 0.12 – 0.22 |
| Mn (Mangan) | 0.60 – 1.50 | 0.60 – 1.70 |
| Si (Silikon) | ≤ 0.55 (biasanya 0.10–0.35) | ≤ 0.55 (biasanya 0.10–0.35) |
| P (Fosfor) | ≤ 0.035 (maks yang ditentukan) | ≤ 0.035 (maks yang ditentukan) |
| S (Belerang) | ≤ 0.035 (maks yang ditentukan) | ≤ 0.035 (maks yang ditentukan) |
| Cr (Krom) | jejak – tidak ditentukan | jejak – kadang ada |
| Ni (Nikel) | jejak – tidak ditentukan | jejak – kadang ada |
| Mo (Molybdenum) | jejak jika ada | jejak jika ada |
| V (Vanadium) | biasanya tidak ada; beberapa kelas mikroaloy mengandung V | mungkin mengandung V dalam varian mikroaloy |
| Nb (Niobium / Cb) | umumnya tidak ada | sering ada dalam jumlah terkontrol untuk beberapa varian S355 |
| Ti (Titanium) | opsional ada sebagai deoksidator | opsional ada dalam material mikroaloyed |
| B (Boron) | biasanya tidak digunakan | jarang digunakan dalam kelas struktural |
| N (Nitrogen) | rendah, terkontrol | rendah, terkontrol |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Karbon dan mangan terutama mengontrol kekuatan dasar dan kemampuan pengerasan; C dan Mn yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan pembentukan. - Silikon dan tambahan kecil Cr, Ni, Mo dapat sedikit meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan. - Elemen mikroaloy (Nb, V, Ti) memungkinkan kekuatan yang lebih tinggi melalui penguatan presipitasi dan pemurnian butir tanpa peningkatan karbon yang besar — bermanfaat untuk varian S355 untuk mencapai 355 MPa hasil sambil mempertahankan kemampuan pengelasan dan ketangguhan. - Fosfor dan belerang dijaga rendah untuk mempertahankan ketangguhan dan kemampuan pengelasan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - S275 yang digulung: sebagian besar ferrit dengan ferrit poligonal dan beberapa perlit tergantung pada laju pendinginan dan kandungan karbon. Ukuran butir dan morfologi ferrit dikendalikan oleh penggulungan termo-mekanis. - S355 yang digulung: ferrit-perlit dengan ukuran butir ferrit yang lebih halus dalam varian mikroaloyed; presipitasi carbo-nitrida (NbC, VC) dalam kelas mikroaloyed memperkuat dengan menghambat gerakan dislokasi.
Respons perlakuan panas: - Normalisasi: Kedua kelas merespons normalisasi dengan pemurnian butir yang moderat dan sedikit lebih tinggi kekuatan dan ketangguhan; jarang digunakan untuk bagian struktural besar. - Pendinginan & tempering: Tidak umum untuk pengiriman struktural S275/S355 standar; dapat diterapkan pada varian yang diperlakukan panas secara khusus tetapi berada di luar praktik EN 10025 yang normal. - Pengolahan kontrol termo-mekanis (TMCP): Umum untuk S355 untuk mendapatkan hasil yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih baik tanpa karbon tinggi. TMCP menghasilkan butir yang lebih halus dan keseimbangan yang menguntungkan antara kekuatan dan keuletan.
Efek dari rute pemrosesan: - Material S355 mikroaloyed/TMCP mencapai hasil yang lebih tinggi dengan pengorbanan minimal terhadap kemampuan pengelasan dan ketangguhan dibandingkan dengan hanya meningkatkan karbon. - S275 umumnya lebih toleran terhadap pembentukan dingin dan kurang menuntut dalam pemanasan pra-las karena kekuatan yang lebih rendah dan sering setara karbon yang lebih rendah.
4. Sifat Mekanis
Berikut adalah rentang sifat mekanis yang representatif. Nilai tergantung pada subgrade (JR, J0, J2), ketebalan, dan pemrosesan; perlakukan rentang sebagai indikatif dan verifikasi terhadap sertifikat uji pabrik yang disuplai.
| Sifat | S275 (tipikal) | S355 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan hasil (MPa, min) | 275 | 355 |
| Kekuatan tarik (MPa) | 410 – 560 | 470 – 630 |
| Peregangan (%) | 20 – 25 (tergantung pada ketebalan) | 18 – 22 (tergantung pada ketebalan) |
| Ketangguhan impak (Charpy V, J) | JR: 27 J @ +20°C; varian J0/J2 untuk suhu lebih rendah | JR/J0/J2 tersedia: misalnya, 27 J @ +20°C (JR) atau 27 J @ 0°C / −20°C (J0/J2) tergantung pada subgrade |
| Kekerasan (HBW, tipikal) | ~120 – 180 (bervariasi) | ~140 – 200 (bervariasi) |
Interpretasi: - Kekuatan: S355 adalah kelas yang lebih kuat berdasarkan desain (hasil yang lebih tinggi dan rentang tarik yang lebih tinggi yang ditentukan). - Ketangguhan: Kedua kelas dapat disuplai dengan peringkat energi impak yang serupa dengan memilih subgrade yang sesuai (misalnya, JR vs J0/J2). Ketebalan dan perlakuan panas menentukan kinerja ketangguhan. - Keuletan: S275 biasanya menunjukkan peregangan yang sedikit lebih tinggi, membuatnya sedikit lebih toleran dalam operasi pembentukan. - Kekerasan berkorelasi dengan kekuatan; S355 biasanya menunjukkan kekerasan yang lebih tinggi, yang mempengaruhi pemesinan dan keausan alat.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan terutama dipengaruhi oleh kandungan karbon dan setara karbon (kemampuan pengerasan). Mikroaloying dan residu juga penting.
Indeks kemampuan pengelasan umum: - Ekuivalen karbon International Institute of Welding: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parameter praktis International Institute of Welding: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - S355 biasanya memiliki setara karbon yang sedikit lebih tinggi daripada S275 karena karbon yang lebih tinggi dan kemungkinan tambahan mikroaloy; ini meningkatkan kecenderungan untuk zona keras yang diinduksi pengelasan dan retak hidrogen jika tidak dikelola. - Kelas S355 mikroaloyed sering bergantung pada karbon rendah ditambah tambahan Nb/V/Ti; ini memberikan kekuatan yang lebih tinggi dengan CE yang relatif terkontrol, mengurangi pemanasan pra-las yang berlebihan dibandingkan dengan baja karbon tinggi. - Panduan praktis: untuk bagian yang lebih tebal atau layanan suhu rendah, terapkan pemanasan pra dan suhu antar-passing yang terkontrol sesuai penilaian CE atau Pcm; gunakan bahan habis pakai yang sesuai dan perlakuan panas pasca-las jika diperlukan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik S275 maupun S355 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi umum serupa dan terbatas pada ketahanan dasar yang khas dari baja karbon-mangan biasa.
- Strategi perlindungan yang tipikal:
- Galvanisasi celup panas untuk perlindungan korosi atmosfer (umum untuk elemen struktural).
- Sistem cat (primer + lapisan atas) untuk struktur arsitektur dan yang terpapar laut.
- Metalisasi, pelapisan polimer, atau anoda korosi untuk lingkungan yang agresif.
- Indeks tahan karat (PREN) tidak berlaku untuk S275/S355, karena mereka bukan baja tahan karat: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Rumus ini hanya berarti untuk paduan tahan karat yang mengandung Cr/Mo/N yang signifikan.
Kapan mempertimbangkan bahan lain: - Untuk lingkungan yang kaya klorida atau agresif secara kimia, pertimbangkan paduan tahan korosi daripada hanya mengandalkan pelapisan.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Pemotongan: Pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, dan laser adalah rutinitas. Kekuatan S355 yang lebih tinggi mungkin memerlukan energi pemotongan yang sedikit lebih tinggi dan perhatian lebih terhadap sifat zona yang terpengaruh panas (HAZ).
- Pembentukan/membengkok: S275, dengan hasil yang lebih rendah dan peregangan yang sedikit lebih tinggi, umumnya lebih mudah untuk dibentuk dingin dan dapat mentolerir jari-jari bengkok yang lebih kecil. S355 memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau pemanasan pra untuk geometri yang ketat untuk menghindari retak.
- Kemudahan pemesinan: Keduanya tidak dianggap sebagai baja yang mudah diproses; kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi pada S355 dapat meningkatkan keausan alat dan mengurangi laju umpan yang dapat dicapai. Gunakan alat, kecepatan, dan pendingin yang sesuai.
- Penyelesaian: Perlakuan permukaan, pelurusan, dan praktik penghilang stres mengikuti prosedur baja struktural standar. Untuk rakitan las, perhitungkan kontrol distorsi lebih banyak pada S355 karena stres restrain yang lebih tinggi.
8. Aplikasi Tipikal
| S275 – Penggunaan Tipikal | S355 – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Bagian struktural ringan, balok sekunder, purlin, braket, fabrikasi umum di mana kekuatan moderat cukup dan biaya sangat penting | Balok utama, anggota struktural berat, komponen jembatan, struktur jaket lepas pantai, rel crane beban tinggi di mana hasil yang lebih tinggi dan pengurangan ketebalan bagian (penghematan berat) penting |
| Pekerjaan baja arsitektur, jalan setapak, platform, penyangga fasad | Rangka beban tinggi, pelat berat, komponen struktural yang memerlukan stres desain yang lebih tinggi atau ketebalan yang lebih rendah |
| Fabrikasi las umum dengan pembentukan yang sering | Fabrikasi di mana ketangguhan yang lebih tinggi pada suhu rendah dan rasio kekuatan-terhadap-berat yang lebih tinggi diprioritaskan |
Alasan pemilihan: - Pilih S275 ketika biaya lebih rendah, pembentukan/pengelasan yang lebih mudah, dan ketebalan bagian yang lebih besar dapat diterima. - Pilih S355 ketika kekuatan hasil yang lebih tinggi memungkinkan ketebalan bagian yang lebih tipis dan pengurangan berat, atau di mana kode desain mengharuskan nilai hasil minimum.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: S355 biasanya memiliki premium dibandingkan S275 karena kontrol paduan yang lebih tinggi dan pemrosesan tambahan (TMCP, mikroaloying, pengujian). Premium bervariasi dengan kondisi pasar dan bentuk produk.
- Ketersediaan: Kedua kelas tersedia secara luas dalam pelat, lembaran, bagian yang digulung, dan profil struktural. S355 mungkin sedikit lebih umum untuk pelat berat dan aplikasi struktural kekuatan tinggi; S275 sering digunakan untuk bagian struktural yang lebih ringan.
- Waktu tunggu: Subgrade khusus (misalnya, peringkat impak spesifik, ketebalan, atau varian mikroaloy) dapat meningkatkan waktu tunggu; spesifikasi awal dan komunikasi dengan pemasok sangat dianjurkan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Atribut | S275 | S355 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Baik (CE lebih rendah) | Baik–Sedang (potensi CE lebih tinggi; mikroaloying membantu) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan moderat; keuletan baik | Kekuatan lebih tinggi; dapat mempertahankan ketangguhan yang baik dengan subgrade yang tepat |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi (premium untuk kekuatan lebih tinggi) |
Rekomendasi: - Pilih S275 jika Anda memerlukan baja struktural yang hemat biaya, mudah dibentuk dan dilas untuk aplikasi di mana hasil 275 MPa cukup, di mana kesederhanaan fabrikasi dan keausan pemotongan/alat yang lebih rendah menjadi prioritas, dan ketika pengurangan berat bukanlah tujuan utama. - Pilih S355 jika desain Anda memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi untuk mengurangi ketebalan bagian atau berat, atau di mana stres desain yang lebih tinggi dan ketangguhan yang lebih baik (menggunakan subgrade yang sesuai) diperlukan. Gunakan S355 ketika program dapat mengakomodasi biaya material yang sedikit lebih tinggi, kontrol pengelasan yang lebih ketat (pemanasan pra/antar), dan potensi peningkatan usaha pemesinan.
Catatan akhir: - Selalu tentukan subgrade EN 10025 yang tepat (misalnya, JR, J0, J2, atau kondisi N/T) dan batas ketebalan dalam dokumen pengadaan. - Minta sertifikat uji pabrik dan konfirmasi komposisi kimia serta sifat mekanis untuk perhitungan desain, spesifikasi prosedur pengelasan (WPS), dan perencanaan fabrikasi. - Untuk struktur las yang kritis atau layanan suhu rendah, evaluasi setara karbon menggunakan $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ dan terapkan pemanasan pra atau PWHT sesuai yang ditunjukkan oleh kode dan standar pengelasan.