S355 vs S460 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
S355 dan S460 adalah dua baja struktural yang banyak digunakan dalam spesifikasi seri EN 10025. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan antara baja yang lebih murah dan mudah diproduksi serta material yang lebih kuat yang memungkinkan struktur yang lebih ringan atau ukuran penampang yang lebih kecil. Pertukaran yang umum termasuk kemampuan las versus kekuatan, kemudahan fabrikasi versus penghematan berat, dan ketangguhan yang tersedia pada suhu desain.
Perbedaan teknis utama adalah bahwa S460 memberikan kekuatan hasil minimum yang lebih tinggi dibandingkan S355, yang dicapai melalui pengendalian komposisi dan pemrosesan termo-mekanis atau mikroaloy. Karena dasar kimia dan opsi pemrosesan mereka tumpang tindih, kelas-kelas ini biasanya dibandingkan saat mengoptimalkan efisiensi struktural, prosedur pengelasan, dan biaya seumur hidup secara keseluruhan.
1. Standar dan Penunjukan
- EN: Baik S355 maupun S460 ditentukan dalam EN 10025 (misalnya, EN 10025‑2 untuk baja struktural non-aloy). Variannya termasuk sufiks untuk sifat dampak (JR, J0, J2) dan untuk pemrosesan (M = digulung termo-mekanis, N = dinormalisasi).
- ISO: Penunjukan yang setara mungkin muncul dalam daftar baja struktural ISO, tetapi nama EN adalah yang paling umum di Eropa.
- ASTM/ASME: Baja ini tidak cocok satu-satu dengan kelas ASTM (ASTM menggunakan kimia dan nomenklatur yang berbeda); pemilihan antara baja EN dan ASTM memerlukan perbandingan sifat daripada penggantian nama langsung.
- JIS/GB: Standar Jepang (JIS) dan Cina (GB) memiliki kelas baja struktural mereka sendiri; tabel referensi silang digunakan untuk saling tukar.
- Klasifikasi: Baik S355 maupun S460 adalah baja struktural tipe HSLA (high-strength low-alloy)—baja karbon-mangan non-stainless yang mungkin termasuk elemen mikroaloy (Nb, V, Ti) untuk kekuatan dan ketangguhan. Mereka bukan baja alat aloy atau baja stainless.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | S355 Tipikal (varian EN 10025) | S460 Tipikal (varian EN 10025) |
|---|---|---|
| C (maks) | ~0.20–0.24 wt% (bervariasi menurut varian) | ~0.16–0.22 wt% (bervariasi menurut varian) |
| Mn (tipikal) | ≤1.60 wt% | ≤1.60 wt% |
| Si (maks) | ≤0.55 wt% | ≤0.55 wt% |
| P (maks) | ≤0.035 wt% | ≤0.035 wt% |
| S (maks) | ≤0.035 wt% | ≤0.035 wt% |
| Cr | jejak hingga rendah (tidak wajib) | jejak hingga rendah |
| Ni | jejak hingga rendah | jejak hingga rendah |
| Mo | jejak hingga rendah | jejak hingga rendah |
| V (mikroaloy) | mungkin ada dalam varian mikroaloy | sering digunakan dalam kelas mikroaloy |
| Nb (mikroaloy) | mungkin ada | umumnya digunakan dalam varian S460M/N |
| Ti (mikroaloy) | kadang ada | kadang ada |
| B (tingkat ppm) | mungkin ada dalam varian mikroaloy | mungkin ada dalam varian mikroaloy |
| N (terkendali) | terkendali untuk ketangguhan | terkendali untuk ketangguhan |
Catatan: - Nilai adalah rentang indikatif. Batas pasti tergantung pada sub-kelas EN 10025 (misalnya, S355JR, S355J0, S355J2, S460M, S460N) dan sertifikasi produsen. - S460 umumnya mencapai kekuatan hasil yang lebih tinggi melalui penggulungan termo-mekanis (TMCP) dan mikroaloy (Nb, V, Ti) daripada peningkatan besar dalam karbon. - Strategi paduan: mempertahankan karbon rendah dan fosfor/sulfur terkontrol untuk kemampuan las dan ketangguhan; menambahkan elemen mikroaloy untuk memperhalus ukuran butir dan mempromosikan penguatan presipitasi tanpa mengorbankan kemampuan las.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon: meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi kemampuan las dan ketangguhan jika berlebihan. - Mangan: mempromosikan kekuatan dan kemampuan pengerasan; dalam jumlah terkontrol mendukung deoksidasi dan ketangguhan. - Si: deoksidator; tingkat sedang membantu kekuatan tetapi dapat mempengaruhi ketangguhan. - Nb, V, Ti: elemen mikroaloy yang memungkinkan kekuatan lebih tinggi melalui pemurnian butir dan pengerasan presipitasi dengan efek negatif minimal pada kemampuan las ketika dijaga pada konsentrasi rendah. - Mo, Cr, Ni: tidak utama dalam kelas ini tetapi dapat mempengaruhi kemampuan pengerasan dan ketahanan korosi jika ada.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - S355 (as-rolled/normalized): mikrostruktur ferrit–pearlit dengan butir yang relatif kasar dalam kondisi digulung biasa; ketangguhan ditingkatkan dengan normalisasi. - S460 (TMCP atau dinormalisasi): ferrit berbutir lebih halus dengan jumlah bainit/martensit yang terkontrol dalam beberapa produk yang digulung termo-mekanis; presipitat mikroaloy memperhalus ukuran butir dan menambah kekuatan.
Efek dari jalur pemrosesan: - Normalisasi: pemanasan ulang dan pendinginan udara memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan untuk kedua kelas; varian S460 dengan “N” dinormalisasi untuk menjamin sifat yang konsisten. - Pengendalian pemrosesan termo-mekanis (TMCP): digunakan secara luas untuk S460M untuk mencapai kekuatan lebih tinggi pada setara karbon yang lebih rendah — menghasilkan ferrit/matriks yang halus dan kuat dengan ketangguhan yang ditingkatkan. - Pendinginan & tempering: tidak umum untuk kelas struktural standar S355/S460 (ini diserahkan dalam keadaan digulung atau dinormalisasi); pendinginan dan tempering adalah jalur berbeda yang digunakan untuk baja aloy yang lebih kuat dan akan mengubah sifat secara material di luar spesifikasi kelas EN.
4. Sifat Mekanik
| Sifat | S355 (tipikal) | S460 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan Hasil Minimum (Rp0.2) | ~355 MPa (produk datar per EN 10025) | ~460 MPa |
| Kekuatan Tarik (Rm) | ~470–630 MPa (tergantung varian dan ketebalan) | ~510–680 MPa (tergantung varian dan ketebalan) |
| Peregangan (A, % min) | ~20–22% (tergantung ketebalan; lebih rendah dengan peningkatan ketebalan) | ~14–20% (tergantung ketebalan dan varian) |
| Ketangguhan Dampak (Charpy V) | Ditentukan oleh varian (misalnya, 27 J pada +20°C / 0°C / −20°C tergantung pada JR/J0/J2) | Sering ditentukan untuk suhu yang lebih rendah (varian menjamin ketangguhan yang setara atau lebih baik pada suhu desain) |
| Kekerasan (tipikal, non-HT) | Rendah–sedang (tergantung struktur; biasanya dalam rentang kekerasan yang lebih rendah untuk baja struktural) | Sedang (kekuatan yang lebih tinggi umumnya menghasilkan kekerasan yang sedikit lebih tinggi) |
Interpretasi: - S460 adalah kelas yang lebih kuat dalam hal kekuatan hasil dan sering kekuatan tarik; peningkatan kekuatan diperoleh terutama melalui mikroaloy dan TMCP, bukan dengan peningkatan karbon yang signifikan. - S355 cenderung sedikit lebih ulet (peregangan lebih tinggi) dalam banyak perbandingan produk/varian karena persyaratan stres buktinya yang lebih rendah. - Ketangguhan tergantung pada varian; kedua kelas dapat ditentukan dengan persyaratan dampak yang sesuai untuk layanan suhu rendah. S460 dirancang untuk mempertahankan ketangguhan pada tingkat kekuatan yang lebih tinggi melalui pemrosesan yang terkontrol.
5. Kemampuan Las
Pertimbangan kemampuan las bergantung pada kandungan karbon, setara karbon, dan mikroaloy. Rumus prediktif umum meliputi:
-
Setara karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Parameter global lebih ($P_{cm}$) untuk kerentanan retak las: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Baik S355 maupun S460 umumnya dianggap dapat dilas dengan pemanasan awal yang sesuai, kontrol suhu antar las, dan bahan pengisi yang cocok. S460, karena kemampuan pengerasan yang lebih tinggi dari mikroaloy dan sedikit lebih kuat, mungkin memerlukan prosedur pengelasan yang lebih terkontrol (batas input panas yang lebih rendah, pemanasan awal yang lebih tinggi atau perlakuan panas pasca-las dalam beberapa kasus) dibandingkan S355 untuk menghindari retak dingin. - Setara karbon untuk varian EN S355 dan S460 yang tipikal umumnya rendah hingga sedang dibandingkan dengan baja aloy yang dikeraskan, tetapi varian S460M/N dapat memiliki CE yang lebih tinggi karena penambahan Nb/V. Selalu hitung CE atau $P_{cm}$ untuk kimia dan ketebalan produsen untuk menentukan pemanasan awal dan pemilihan bahan habis pakai.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik S355 maupun S460 bukanlah baja stainless; mereka tidak memiliki kromium atau nikel yang signifikan untuk pembentukan film pasif. Perlindungan korosi oleh karena itu dilakukan melalui pelapisan dan desain:
- Galvanisasi celup panas, primer kaya seng ditambah sistem cat, metalisasi, atau pelapisan tahan korosi adalah umum.
- Desain untuk drainase, hindari celah, dan gunakan pelapisan pengorbanan jika perlu.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) tidak berlaku untuk baja struktural non-stainless, tetapi untuk referensi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini relevan untuk aloy stainless dan tidak berarti untuk S355/S460.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Pemotongan: Pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, laser, dan waterjet adalah standar untuk kedua kelas. S460 yang lebih kuat mungkin menunjukkan sedikit lebih banyak keausan alat dan pemulihan pada pemotongan bakar karena kekerasan yang lebih tinggi.
- Pembengkokan/pembentukan: S355 lebih mudah dibentuk dingin dan dibengkokkan karena stres hasil yang lebih rendah; S460 memerlukan gaya pembentukan yang lebih tinggi dan kontrol pemulihan yang lebih ketat. Batas pembentukan tergantung pada ketebalan, perlakuan panas, dan varian.
- Kemudahan pemesinan: Keduanya adalah baja karbon/mikroaloy standar; kemudahan pemesinan umumnya sedang. Kekuatan S460 yang lebih tinggi dan presipitat mikroaloy dapat sedikit mengurangi kemudahan pemesinan dan meningkatkan keausan pada alat pemotong.
- Penyelesaian: Perlakuan permukaan (peledakan, pengecatan, galvanisasi) serupa untuk kedua kelas; pertimbangan pemanasan awal dan penghilang stres untuk rakitan las berbeda per kelas.
8. Aplikasi Tipikal
| S355 — Penggunaan Tipikal | S460 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Struktur bangunan (balok, kolom) di mana kekuatan standar sudah cukup | Jembatan dan struktur bentang panjang di mana kekuatan lebih tinggi mengurangi ukuran penampang |
| Komponen struktural umum, rangka, dan platform | Rangka mesin berat dengan persyaratan penghematan berat |
| Bangunan baja las dan pekerjaan baja sekunder | Elemen struktural berkinerja tinggi dalam pekerjaan baja lepas pantai/di darat di mana rasio kekuatan-terhadap-berat sangat penting |
| Bagian yang diproduksi, pelat, dan profil untuk beban sedang | Balok crane, fabrikasi las besar, dan struktur di mana pengurangan ketebalan material diinginkan |
Rasional pemilihan: - Pilih S355 ketika biaya, kemudahan fabrikasi, dan kinerja struktural standar adalah prioritas. Ini sering menjadi pilihan default untuk struktur bangunan dan fabrikasi umum. - Pilih S460 ketika desain mendapatkan manfaat dari kekuatan hasil yang lebih tinggi — misalnya, untuk mengurangi ukuran anggota, memenuhi persyaratan defleksi atau buckling yang lebih ketat, atau menghemat berat dalam sistem yang terbatas pada transportasi — dengan syarat kontrol pengelasan dan fabrikasi diterapkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: S460 umumnya lebih mahal per ton dibandingkan S355 karena kontrol pemrosesan yang lebih ketat (TMCP/normalisasi), potensi kandungan mikroaloy, dan volume produksi yang lebih rendah. Premi harga bervariasi menurut pasar, bentuk produk, dan ketebalan.
- Ketersediaan: S355 memiliki ketersediaan yang lebih luas dalam pelat, bagian yang digulung panas, dan bentuk struktural. S460 tersedia secara luas untuk pelat dan bagian struktural tetapi mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama untuk ketebalan tertentu, tingkat perlakuan, atau varian dampak.
- Efek bentuk produk: Pelat dan gulungan dengan sifat S460M/N yang bersertifikat mungkin lebih terbatas dalam pasokan dibandingkan S355 standar; pengadaan harus mempertimbangkan waktu tunggu dan kualifikasi pemasok.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | S355 | S460 |
|---|---|---|
| Kemampuan Las | Baik (prosedur standar) | Baik hingga sedang (mungkin memerlukan kontrol yang lebih ketat) |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang dengan ulet yang baik | Kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan yang dirancang melalui TMCP |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi (premium untuk kekuatan/ pemrosesan yang lebih tinggi) |
Pilih S355 jika: - Kesederhanaan fabrikasi, ketersediaan yang luas, dan biaya material yang lebih rendah adalah prioritas. - Beban desain dan batasan berat dapat dipenuhi tanpa bagian yang kuat. - Prosedur pengelasan standar dan kontrol pemanasan awal/antar las yang rutin diinginkan.
Pilih S460 jika: - Efisiensi struktural dan pengurangan berat sangat penting (misalnya, bentang panjang, balok crane, transportasi yang terbatas). - Proyek dapat mendukung kontrol pengelasan/fabrikasi yang lebih ketat dan mungkin biaya material yang lebih tinggi untuk mewujudkan manfaat siklus hidup atau kinerja. - Ketangguhan dampak yang ditentukan dan nilai stres buktinya yang lebih tinggi diperlukan oleh desain.
Pernyataan penutup: Baik S355 maupun S460 dirancang untuk memberikan kinerja struktural yang dapat diandalkan; pilihan ditentukan oleh kekuatan hasil yang diperlukan, batasan fabrikasi, persyaratan suhu/ketangguhan desain, dan total biaya kepemilikan. Selalu verifikasi batas kimia dan mekanik yang tepat dari sertifikat pabrik pemasok dan lakukan perhitungan setara karbon serta kualifikasi prosedur las untuk fabrikasi yang kritis.