S355JR vs S355J2 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
S355JR dan S355J2 adalah dua grade yang banyak digunakan dari keluarga baja struktural EN 10025. Keduanya adalah baja struktural paduan rendah dengan kekuatan tinggi yang ditujukan untuk konstruksi las, fabrikasi berat, dan aplikasi rekayasa umum. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya mempertimbangkan biaya, kemampuan dilas, kinerja suhu rendah, dan pemrosesan hilir saat memilih antara keduanya.
Perbedaan praktis utama antara S355JR dan S355J2 adalah ketahanan impak yang dijamin pada suhu yang berbeda: JR diuji pada suhu ambien, sementara J2 ditentukan dan diuji untuk kinerja yang lebih tangguh pada suhu di bawah nol. Karena banyak keputusan desain dan fabrikasi bergantung pada ketahanan impak dalam layanan, persyaratan ketahanan tersebut mendorong pemilihan material, beban pengujian, dan kadang-kadang biaya dan ketersediaan.
1. Standar dan Penunjukan
- EN: EN 10025-2 (S355JR, S355J2 ditentukan di sini sebagai baja struktural).
- ASTM/ASME: Tidak ada penunjukan ASTM satu-ke-satu yang langsung, tetapi setara S355 sering dibandingkan dengan ASTM A572 Grade 50 atau varian A36 tergantung pada pemrosesan dan sifat mekanis.
- JIS / GB: Standar lokal di Jepang dan China memiliki baja struktural yang secara fungsional serupa, tetapi penunjukan dan pengujian berbeda; substitusi langsung memerlukan verifikasi sifat.
- Klasifikasi: Baik S355JR maupun S355J2 adalah baja karbon struktural non-stainless, paduan rendah/kekuatan tinggi (sering dianggap sebagai HSLA karena mikro-paduan di beberapa varian). Mereka bukan baja alat atau grade stainless.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Seri EN 10025 menentukan maksimum kandungan elemen daripada satu komposisi tunggal. Tabel di bawah ini menunjukkan maksimum tipikal dan elemen yang umum dikontrol untuk S355JR dan S355J2 sesuai praktik EN. Komposisi yang tepat tergantung pada praktik pabrik dan setiap mikro-paduan tambahan yang diminta.
| Elemen | Kontrol tipikal (S355JR) | Kontrol tipikal (S355J2) |
|---|---|---|
| C (maks) | ≤ 0.22 wt% | ≤ 0.22 wt% |
| Mn (maks) | ≤ 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 | Biasanya ≤ 0.30 wt% (jika ada) | Biasanya ≤ 0.30 wt% |
| Ni | Biasanya ≤ 0.30 wt% (jika ada) | Biasanya ≤ 0.30 wt% |
| Mo | Biasanya ≤ 0.10 wt% (jika ada) | Biasanya ≤ 0.10 wt% |
| V, Nb, Ti | Sering ditambahkan dalam jumlah kecil (≤ ~0.05 wt% masing-masing) untuk TMCP/mikro-paduan | Sama, mungkin lebih terkontrol untuk J2 ketika ketahanan diperlukan |
| B | Penambahan jejak mungkin (ppm) | Penambahan jejak mungkin |
| N | Biasanya ≤ 0.012 wt% | Biasanya ≤ 0.012 wt% |
| Al (deoksidasi) | 0.015–0.060 wt% (untuk kontrol) | 0.015–0.060 wt% |
Catatan: - EN 10025 mendefinisikan persyaratan mekanis dan suhu uji impak untuk subgrade yang berbeda; batas kimia luas dan tergantung pada produsen serta kelas kualitas tambahan. - Banyak produk S355 diproduksi melalui pemrosesan terkendali termo-mekanik (TMCP) dan mungkin secara sengaja menyertakan mikro-paduan (V, Nb, Ti) untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan tanpa karbon yang berlebihan.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan terutama mengontrol kekuatan dan kemampuan pengerasan; karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan dilas dan ketangguhan. - Silikon adalah deoksidator dan dapat sedikit meningkatkan kekuatan. - Elemen mikro-paduan (V, Nb, Ti) memperhalus ukuran butir dan memberikan mikrostruktur ferrit-perlit atau bainitik yang lebih kuat pada tingkat karbon yang lebih rendah. - Kandungan belerang dan fosfor yang rendah dipertahankan untuk menjaga ketahanan dan kemampuan dilas.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Baik S355JR maupun S355J2, dalam pengiriman yang digulung atau TMCP, menunjukkan matriks ferrit + perlit dengan kemungkinan pulau bainitik tergantung pada laju pendinginan. Penyempurnaan butir dari TMCP dan mikro-paduan meningkatkan kekuatan hasil dan ketahanan tanpa banyak peningkatan karbon. - Varian J2 biasanya diproduksi dengan kontrol yang sedikit lebih ketat pada kebersihan, nitrogen, dan kandungan mikro-paduan serta penggulungan terkontrol untuk memenuhi persyaratan ketahanan impak suhu rendah.
Respons perlakuan panas: - Normalisasi: Keduanya merespons dengan baik terhadap normalisasi (austenitasi kemudian pendinginan udara) — ini memperhalus ukuran butir dan menghomogenkan mikrostruktur, meningkatkan ketahanan. S355 yang dinormalisasi biasanya akan mencapai ketahanan Charpy yang lebih baik dibandingkan material yang digulung. - Pendinginan & tempering: Meskipun secara teknis mungkin, pendinginan & tempering bukanlah pengiriman standar untuk grade EN S355; ini mengubah mikrostruktur secara substansial (martensit yang ditemper untuk kekerasan lebih rendah, ketahanan lebih tinggi) tetapi hanya digunakan ketika sifat tertentu di luar grade EN diperlukan. - Pemrosesan termo-mekanik (TMCP): Banyak produk S355 diproduksi dengan TMCP untuk mencapai kekuatan tinggi dengan karbon rendah dan ketahanan yang baik. TMCP menghasilkan mikrostruktur butir halus yang meningkatkan keseimbangan kekuatan-ketahanan lebih efektif daripada hanya meningkatkan karbon. - Penghilangan tegangan dan perlakuan panas pasca-las: Untuk struktur las, PWHT minimal umum untuk S355, tetapi bagian berat atau aplikasi kritis mungkin memerlukan PWHT terkontrol tergantung pada desain sambungan dan risiko hidrogen.
4. Sifat Mekanis
EN 10025 menentukan batas sifat mekanis untuk keluarga S355. Tabel berikut merangkum nilai tipikal dan terstandarisasi; hasil aktual tergantung pada ketebalan dan jalur produksi.
| Sifat | S355JR (tipikal/ditetapkan) | S355J2 (tipikal/ditetapkan) |
|---|---|---|
| Kekuatan hasil (Rp0.2, min) | 355 MPa (untuk banyak rentang ketebalan) | 355 MPa (persyaratan nominal yang sama) |
| Kekuatan tarik (Rm) | 470–630 MPa (rentang tipikal sesuai spesifikasi) | 470–630 MPa (serupa) |
| Peregangan (A, min) | ~20% (bervariasi dengan ketebalan) | ~20% (bervariasi dengan ketebalan) |
| Ketahanan impak | 27 J pada +20 °C (Charpy V) | 27 J pada −20 °C (Charpy V) |
| Kekerasan tipikal (HBW) | 140–190 HBW (tergantung pada manufaktur) | 140–190 HBW (serupa) |
Interpretasi: - Kekuatan statis (hasil dan tarik) secara efektif setara antara grade JR dan J2 ketika dibandingkan pada kondisi pengiriman yang sama; keduanya menjamin minimum hasil 355 MPa. - Sifat mekanis yang membedakan adalah ketahanan impak: S355J2 dijamin mempertahankan perilaku duktil hingga −20 °C, sedangkan S355JR hanya dijamin pada +20 °C. Ini tidak membuat J2 lebih kuat dalam istilah statis, tetapi lebih tahan terhadap patahan rapuh pada suhu yang lebih rendah. - Rentang peregangan dan kekerasan tumpang tindih; jalur pemrosesan (TMCP, normalisasi) memiliki pengaruh yang lebih besar pada ketahanan dan duktilitas daripada sufiks JR/J2 saja.
5. Kemampuan Dilas
Kemampuan dilas adalah faktor pemilihan yang sering untuk baja struktural. Baik S355JR maupun S355J2 dirancang untuk pengelasan, tetapi pertimbangan khusus berlaku.
Faktor kunci: - Kandungan karbon dan paduan gabungan menentukan kemampuan pengerasan dan risiko retak dingin. Kedua grade memiliki karbon yang relatif rendah (≤ ~0.22 wt%), mendukung kemampuan dilas yang baik. - Mikro-paduan dan elemen residu (Cr, Mo, V, Nb) meningkatkan kemampuan pengerasan dan mungkin memerlukan pemanasan awal atau perlakuan panas pasca-las pada bagian tebal.
Indeks baja las yang berguna: - Setara karbon (bentuk IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm kerentanan martensit: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Untuk komposisi nominal yang identik, S355JR dan S355J2 akan memiliki nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang hampir identik. Namun, pabrik J2 sering menerapkan kontrol proses yang lebih ketat (baja yang lebih bersih, penambahan mikro-paduan yang terkontrol) untuk memenuhi ketahanan suhu rendah, yang dapat secara tidak langsung meningkatkan kemampuan dilas dengan mengurangi penjebakan hidrogen yang dipicu oleh kotoran. - Untuk bagian berat, peningkatan kemampuan pengerasan atau CE yang lebih tinggi mungkin memerlukan pemanasan awal atau suhu antar-lapis yang terkontrol; kualifikasi prosedur las harus merujuk pada sertifikat material spesifik. - Perlakuan panas pasca-las (PWHT) jarang diwajibkan untuk struktur las S355 biasa tetapi mungkin diperlukan untuk rakitan las dengan ketahanan tinggi, bagian tebal, atau ketika spesifikasi memintanya.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik S355JR maupun S355J2 adalah baja karbon non-stainless — ketahanan korosi di lingkungan atmosfer atau agresif adalah sedang.
- Strategi perlindungan standar: galvanisasi celup panas, elektroplating seng (untuk komponen kecil), pelapis organik (primer, epoksi), metalisasi (pelapis seng/Al yang disemprot dengan api atau busur), atau kombinasi (primer kaya seng + lapisan atas).
- Indeks PREN tidak berlaku karena PREN digunakan untuk baja stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Pilihan pelapis tergantung pada lingkungan (klasifikasi C1–C5), umur yang diharapkan, estetika, dan strategi pemeliharaan. Galvanisasi umum untuk baja struktural yang terpapar elemen; substrat S355 tidak mengubah strategi pengendalian korosi secara material antara JR dan J2.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Pemotongan: Pemotongan plasma, oksigen-bahan bakar, laser, dan waterjet berperilaku serupa untuk kedua grade. Kekerasan dan ketebalan dapat mempengaruhi pengaturan pemotongan.
- Kemampuan mesin: Kandungan karbon rendah dan paduan rendah memberikan kemampuan mesin yang wajar; varian TMCP yang mikro-paduan atau kekuatan lebih tinggi mungkin sedikit lebih sulit untuk diproses tetapi perbedaan antara JR dan J2 minimal.
- Pembentukan dan pembengkokan: Formabilitas diatur oleh kekuatan hasil dan duktilitas; karena keduanya memiliki kekuatan hasil dan peregangan nominal yang serupa, perilaku pembentukan umumnya sebanding. Pembentukan dingin di lingkungan suhu sangat rendah mendapat manfaat dari ketahanan suhu rendah J2 yang lebih baik.
- Praktik pengelasan dan fabrikasi: Gunakan prosedur pengelasan yang memenuhi syarat dan pertimbangkan strategi pemanasan awal/temper bead untuk bagian tebal atau di mana kontrol hidrogen diperlukan. S355J2 mungkin memerlukan pengujian/certifikasi impak tambahan untuk kepatuhan proyek.
8. Aplikasi Tipikal
| S355JR — Penggunaan Tipikal | S355J2 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Pekerjaan baja struktural umum: balok, kolom, rangka untuk bangunan pada kondisi ambien | Anggota struktural di iklim dingin: topsides lepas pantai, struktur berpendingin, jembatan di daerah dingin |
| Fabrikasi umum di mana ketahanan suhu ambien dapat diterima | Fabrikasi las berat yang memerlukan ketahanan suhu rendah yang terverifikasi |
| Rangka mesin, komponen rekayasa umum | Struktur dan peralatan penahan tekanan yang beroperasi dalam layanan yang lebih dingin (ketika ditentukan) |
| Piring standar, bentuk yang digulung panas, dan bagian untuk pekerjaan sipil | Elemen struktural yang terpapar layanan di bawah nol atau risiko patahan rapuh yang meningkat |
Rasional pemilihan: - Pilih S355JR untuk aplikasi struktural suhu ambien tipikal di mana biaya pengadaan/pengujian yang lebih rendah diinginkan. - Pilih S355J2 ketika desain memerlukan ketahanan impak yang terverifikasi pada suhu yang lebih rendah, atau ketika spesifikasi proyek mengharuskan peringkat ketahanan −20 °C.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Kedua grade umumnya diproduksi dan oleh karena itu umumnya serupa dalam harga dasar. S355J2 mungkin menarik sedikit premi karena pengujian tambahan dan kontrol proses yang lebih ketat yang diperlukan untuk mengesahkan kinerja impak suhu rendah.
- Ketersediaan: Keduanya tersedia luas dalam bentuk pelat, koil yang digulung panas, balok, dan bagian. Waktu tunggu tergantung pada ukuran, ketebalan, dan apakah varian normalisasi/TMCP atau mikro-paduan khusus diperlukan.
- Persyaratan khusus dengan waktu tunggu panjang (misalnya, pengiriman normalisasi untuk pelat tebal, atau kontrol kimia tambahan untuk kemampuan dilas) dapat meningkatkan biaya dan waktu tunggu untuk kedua grade.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | S355JR | S355J2 |
|---|---|---|
| Kemampuan dilas | Sangat baik (karbon rendah); prosedur pengelasan standar berlaku | Sangat baik (karbon rendah); serupa tetapi dengan kontrol pabrik yang lebih ketat mungkin |
| Keseimbangan kekuatan-ketahanan | Kekuatan tinggi; ketahanan suhu ambien dijamin | Kekuatan tinggi; ketahanan suhu rendah yang lebih baik dijamin |
| Biaya | Standar, sedikit lebih rendah beban pengujian | Sedikit lebih tinggi (pengujian dan kontrol impak tambahan) |
Kesimpulan dan panduan: - Pilih S355JR jika struktur Anda beroperasi pada atau di atas suhu ambien tipikal, jika proyek tidak memerlukan pengujian impak suhu rendah yang terverifikasi, dan jika meminimalkan biaya pengadaan dan pengujian adalah prioritas. - Pilih S355J2 jika struktur akan beroperasi di lingkungan dingin, jika spesifikasi menuntut ketahanan impak pada suhu di bawah nol (biasanya −20 °C), atau jika desain memiliki ketahanan tinggi/risk patahan rapuh sambungan las di mana ketahanan suhu rendah yang terverifikasi diperlukan.
Catatan praktis akhir: Karena kedua grade memiliki kekuatan statis nominal yang sama, pemilihan sering kali bergantung pada persyaratan suhu uji impak dan implikasi pasokan/pengujian yang terkait. Selalu minta sertifikat pabrik dan catatan uji Charpy yang relevan dengan batch material, dan kualifikasi prosedur pengelasan pada bentuk dan ketebalan produk aktual yang akan Anda gunakan.