SA516 Gr60 vs Q345R – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SA516 (ASTM A516/A542 family) Kelas 60 dan Q345R Cina adalah dua baja yang sering ditentukan untuk bejana tekan dan struktur yang sering dipertimbangkan oleh insinyur dan profesional pengadaan satu sama lain. Dilema pemilihan biasanya berpusat pada keseimbangan antara kekuatan dan biaya (hasil yang lebih tinggi untuk struktur yang lebih ringan) terhadap ketangguhan patah dan kepatuhan kode (perilaku material dalam lingkungan yang mengandung tekanan, suhu rendah, atau siklik). Keputusan biasanya dipengaruhi oleh tingkat hasil/tensil yang diperlukan, kinerja dampak Charpy yang diperlukan, batasan pengelasan, dan ketersediaan regional.
Perbedaan teknis utama antara keduanya adalah niat desain dan tingkat kekuatan nominal mereka: Q345R ditentukan sebagai baja struktural/bejana tekan paduan rendah dengan hasil yang lebih tinggi (hasil nominal yang lebih tinggi), sedangkan SA516 Gr60 adalah kelas baja karbon bejana tekan yang dirumuskan untuk memberikan keseimbangan antara kekuatan dan ketangguhan suhu rendah yang sesuai untuk banyak aplikasi ketel dan tekanan. Oleh karena itu, keduanya muncul bersama dalam trade-off antara kekuatan-per-ketebalan dan ketangguhan/keterlasakan/kesesuaian spesifikasi.
1. Standar dan Penunjukan
- SA516 Kelas 60: Diatur oleh ASTM A516/A516M (sering dirujuk dalam ASME Bagian II untuk pelat ketel dan bejana tekan). Ini adalah pelat baja karbon yang diproduksi untuk layanan suhu sedang hingga tinggi dalam bejana tekan. Diklasifikasikan sebagai baja bejana tekan karbon (non-stainless, non-tool).
- Q345R: Didefinisikan dalam standar Cina GB/T 713 (pelat baja bejana tekan dan ketel) sebagai baja struktural/bejana tekan paduan rendah. Q345 menunjukkan hasil minimum nominal 345 MPa; sufiks “R” menunjukkan bahwa pelat tersebut dimaksudkan untuk digunakan dalam bejana tekan. Diklasifikasikan sebagai baja bejana tekan paduan rendah/HSLA.
Standar terkait lainnya (kontekstual, untuk referensi silang dan ekuivalen): - EN: Seri EN 10028 mencakup baja bejana tekan (misalnya, P265GH, P355GH), yang memainkan peran serupa dalam praktik Eropa. - JIS: JIS G3115 dan standar terkait untuk baja bejana tekan. - GB: GB/T 713 Cina untuk Q345R adalah standar nasional langsung.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut menunjukkan rentang elemen representatif untuk setiap kelas. Ini bersifat indikatif, bukan batas normatif — selalu konsultasikan standar pengendali atau sertifikat pabrik untuk pengadaan atau desain.
| Elemen (wt%) | SA516 Gr60 (representatif) | Q345R (representatif) |
|---|---|---|
| C | ~0.20–0.28 (rendah hingga sedang) | ≤ ~0.18–0.22 (rendah terkontrol) |
| Mn | ~0.60–1.10 | ~0.80–1.60 |
| Si | ~0.10–0.35 | ~0.15–0.50 |
| P | ≤ 0.035 (maks) | ≤ 0.035 (maks) |
| S | ≤ 0.035 (maks) | ≤ 0.035 (maks) |
| Cr | jejak–kecil (sering ≤0.30) | jejak–kecil (≤0.30) |
| Ni | jejak (biasanya ≤0.30) | jejak (biasanya ≤0.30) |
| Mo | biasanya ≤0.08 | biasanya ≤0.08 |
| V, Nb, Ti | biasanya tidak ada atau paduan mikro dalam beberapa pemanasan | mungkin mengandung paduan mikro (Nb, V, Ti) dalam beberapa batch |
| B, N | tingkat ppm jika terkontrol | tingkat ppm jika terkontrol |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Karbon (C) meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi keterlasakan dan ketangguhan jika terlalu banyak paduan. Kedua kelas menjaga C dalam batas sedang untuk keseimbangan. - Mangan (Mn) meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan; Q345R sering memiliki Mn yang lebih tinggi untuk mencapai target hasil yang lebih tinggi. - Silikon (Si) adalah deoksidator dan dapat sedikit meningkatkan kekuatan. - Elemen paduan mikro (Nb, V, Ti) digunakan dalam varian Q345R untuk meningkatkan hasil tanpa mengorbankan ketangguhan melalui pemurnian butir dan penguatan presipitasi. - Kromium, nikel, dan molibdenum, jika ada dalam jumlah kecil, meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - SA516 Gr60: Biasanya diproduksi sebagai pelat yang dinormalisasi atau digulung yang menghasilkan matriks ferit–pearlit dengan ukuran butir yang terkontrol. Mikrostruktur ini menekankan ketangguhan yang baik (ferit yang halus dan pearlit yang terdistribusi merata). Tidak biasanya disuplai dalam kondisi quench dan temper. - Q345R: Diproduksi dengan penggulungan terkontrol dan, dalam banyak kasus, paduan mikro dan pemrosesan termomekanik (TMCP) untuk menghasilkan mikrostruktur ferritik atau bainitik-ferritik yang halus tergantung pada laju pendinginan. Ini menghasilkan kekuatan hasil yang lebih tinggi sambil mempertahankan ketangguhan yang baik.
Respons perlakuan panas: - Normalisasi: Kedua baja merespons normalisasi (pemanasan kemudian pendinginan udara) dengan pemurnian butir dan peningkatan ketangguhan, tetapi jalur TMCP Q345R sering menghilangkan normalisasi terpisah. - Quench & temper: Tidak umum untuk kedua kelas dalam bentuk pasokan standar; quench & temper dapat meningkatkan kekuatan secara signifikan tetapi akan mengubah ketangguhan dan memerlukan pertimbangan perlakuan panas pasca pengelasan. SA516 biasanya digunakan dalam kondisi digulung atau dinormalisasi untuk bejana tekan. - Penggulungan termomekanik (TMCP): Umum untuk Q345R (dan baja HSLA lainnya) untuk mencapai hasil tinggi dengan ketangguhan yang baik; ini memberikan mikrostruktur yang halus dan hasil yang lebih tinggi untuk ketebalan tertentu.
4. Sifat Mekanik
Perilaku mekanik representatif (rentang indikatif; verifikasi dengan sertifikat uji pemasok):
| Sifat | SA516 Gr60 (tipikal) | Q345R (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (MPa) | Sedang; rentang tipikal ~410–520 MPa | Sedang-tinggi; rentang tipikal ~470–630 MPa |
| Kekuatan Hasil (MPa) | Sedang; umumnya lebih rendah dari Q345R (tergantung pada ketebalan) | Lebih tinggi; target nominal ~345 MPa (sesuai dengan penunjukan kelas) |
| Peregangan (A%) | Duktibilitas yang baik; sering ≥20% (tergantung pada ketebalan) | Duktibilitas yang baik; sering ≥17–22% (tergantung ketebalan) |
| Ketangguhan Dampak (Charpy V‑notch) | Dirancang untuk energi dampak yang baik pada suhu yang ditentukan (kinerja bejana tekan) | Ketangguhan yang baik, sering dijamin pada suhu CVN yang ditentukan, tetapi tergantung pada pemrosesan |
| Kekerasan (HBW) | Sedang (cocok untuk pembentukan/pengelasan) | Sedang hingga sedikit lebih tinggi (tergantung pada perlakuan panas dan paduan mikro) |
Penjelasan: - Q345R menargetkan tingkat hasil yang lebih tinggi (berdasarkan konvensi penamaannya dan niat desain) yang biasanya memungkinkan bagian yang lebih ringan untuk beban yang sama, tetapi hasil yang lebih tinggi dapat berarti margin yang lebih sedikit untuk desain yang sensitif terhadap duktibilitas jika tidak diverifikasi. - SA516 Gr60 dirumuskan dan sering disertifikasi untuk layanan bejana tekan pada suhu dampak yang ditentukan, memberikan kepercayaan pada ketangguhan patah untuk pelat yang digunakan dalam ketel dan bejana suhu rendah dengan ketebalan tipis hingga sedang. - Nilai aktual bervariasi dengan ketebalan pelat, jadwal penggulungan, dan perlakuan panas. Selalu gunakan sertifikat pabrik dan uji material untuk desain akhir.
5. Keterlasakan
Pertimbangan keterlasakan bergantung pada kandungan karbon, kemampuan pengerasan (Mn, Cr, Mo), dan paduan mikro. Dua indeks empiris yang berguna adalah ekuivalen karbon IIW dan rumus Pcm:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi (kualitatif): - Lebih rendah $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ menunjukkan keterlasakan yang lebih mudah dengan persyaratan pemanasan awal yang lebih rendah. Baik SA516 Gr60 maupun Q345R dimaksudkan untuk dapat dilas menggunakan proses umum (SMAW, GMAW, SAW), tetapi parameternya berbeda. - SA516 Gr60: Karbon sedang dan paduan terkontrol membuatnya mudah dilas untuk fabrikasi bejana konvensional; perhatian pada pemanasan awal dan PWHT diperlukan untuk bagian yang lebih tebal atau layanan suhu rendah untuk menghindari retak hidrogen dan mempertahankan ketangguhan. - Q345R: Mn yang sedikit lebih tinggi dan kemungkinan paduan mikro meningkatkan kemampuan pengerasan sedikit; pemanasan awal dan suhu antar-lapisan yang terkontrol mungkin diperlukan untuk bagian yang lebih tebal. Q345R biasanya dapat dilas tetapi harus mengikuti rekomendasi pengelasan GB/T dan prosedur kualifikasi. - Dalam kedua kasus, gunakan prosedur las yang memenuhi syarat (WPS/PQR) dan lakukan pengujian non-destruktif pasca pengelasan dan uji dampak sesuai kode desain.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Ini adalah baja non-stainless; ketahanan korosi intrinsik terbatas.
- Perlindungan standar: pelapis (epoksi, poliuretan), primer, sistem pengecatan, dan galvanisasi celup panas (jika sesuai) sering digunakan. Pemilihan tergantung pada lingkungan layanan (atmosfer, percikan laut, paparan kimia).
- Indeks stainless seperti PREN tidak berlaku untuk SA516 Gr60 atau Q345R karena mereka adalah baja karbon/paduan rendah tanpa tingkat kromium stainless. Untuk material stainless, indeksnya adalah:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
tetapi ini tidak relevan untuk kelas ini.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Pemotongan: Kedua kelas dapat diproses dan dipotong dengan metode termal (plasma, oxy-fuel) dan mekanis (pemotongan). Keterikatan terak dan sifat HAZ memerlukan perlakuan pasca-potong yang biasa.
- Pembengkokan/Pembentukan: SA516 Gr60 biasanya memiliki kemudahan pembentukan yang baik karena struktur ferit–pearlitnya dan banyak dibentuk dingin menjadi cangkang. Q345R, sebagai material dengan hasil lebih tinggi, dapat kurang toleran untuk pembengkokan yang ketat — pemulihan dan jari-jari pembengkokan yang diperlukan harus disesuaikan dengan hasil yang lebih tinggi dan perilaku pengerasan kerja.
- Kemudahan pemesinan: Keduanya memiliki kemudahan pemesinan yang mirip dengan baja karbon tipikal; Q345R mungkin sedikit lebih abrasif tergantung pada paduan. Gunakan alat dan umpan yang sesuai; pemanasan awal untuk fabrikasi berat, jika ditentukan, harus dipertimbangkan.
- Penyelesaian permukaan: Pengelasan, penggilingan, dan pembersihan pasca pengelasan mengikuti praktik fabrikasi bejana standar; penghilangan skala sebelum pelapisan sangat penting.
8. Aplikasi Tipikal
| SA516 Gr60 | Q345R |
|---|---|
| Shell dan kepala bejana tekan untuk ketel, bejana tekanan sedang, tangki di mana ketangguhan suhu rendah diperlukan | Pelat bejana tekan di mana hasil yang lebih tinggi dan berat yang lebih rendah diinginkan; bejana tekan struktural besar yang dilas dalam praktik regional |
| Tangki penyimpanan dan transportasi yang memerlukan kepatuhan kode dengan spesifikasi ASME/ASTM | Ketel dan bejana sesuai praktik GB/T; komponen struktural di mana hasil yang lebih tinggi mengurangi ukuran bagian |
| Layanan suhu rendah dan siklik yang memerlukan kinerja CVN yang terbukti | Aplikasi struktural umum dan tekanan di mana manfaat TMCP dan HSLA digunakan |
Rasional pemilihan: - Pilih SA516 Gr60 ketika desain menekankan kinerja bejana tekan yang terverifikasi, tingkat dampak Charpy yang ditentukan, dan penerimaan luas di yurisdiksi ASME/ASTM. - Pilih Q345R ketika proyek ditentukan sesuai standar Cina atau ketika desainer menginginkan hasil yang lebih tinggi per ketebalan dan ketersediaan yang menguntungkan di daerah di mana standar GB/T mendominasi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: Q345R sering kali bersaing dalam biaya atau lebih rendah di daerah di mana produk GB/T diproduksi dalam volume tinggi; hasil yang lebih tinggi dapat mengurangi berat dan total biaya material. SA516 Gr60 mungkin memiliki premium di daerah di mana pelat bersertifikat ASME dan dokumentasi diperlukan.
- Ketersediaan: SA516 Gr60 tersedia secara luas di seluruh dunia di mana kepatuhan kode ASME diminta; Q345R tersedia secara luas di Cina dan dalam rantai pasokan yang berorientasi pada standar GB/T. Bentuk produk (koil, pelat, potong-panjang) dan ketersediaan ketebalan bervariasi menurut pabrik dan wilayah.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Atribut | SA516 Gr60 | Q345R |
|---|---|---|
| Keterlasakan | Baik (dirancang untuk fabrikasi bejana) | Baik, tetapi potensi pengerasan sedikit lebih tinggi — ikuti WPS |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Dioptimalkan untuk ketangguhan dan duktibilitas bejana | Hasil lebih tinggi; ketangguhan baik saat TMCP/paduan mikro |
| Biaya / Ketersediaan | Umum di pasar ASME; biaya sedang | Sering kali biaya lebih rendah di pasar GB/T; ketersediaan tinggi secara regional |
Rekomendasi: - Pilih SA516 Gr60 jika Anda memerlukan pelat bejana tekan ASME/ASTM dengan kinerja dampak Charpy yang terdokumentasi, perilaku terbukti dalam layanan suhu rendah, dan penerimaan kode yang luas untuk ketel dan bejana. - Pilih Q345R jika proyek Anda mengikuti standar GB/T atau Anda memerlukan hasil nominal yang lebih tinggi (345 MPa) untuk mengurangi ketebalan/biaya bagian dan Anda dapat memenuhi syarat prosedur las dan ketangguhan untuk lingkungan layanan yang dimaksud.
Catatan penutup: Kedua material adalah baja yang matang dan dipahami dengan baik. Pemilihan material akhir harus didorong oleh kode desain yang mengendalikan, sifat mekanik dan dampak yang diperlukan pada suhu operasi, batasan pengelasan dan fabrikasi, serta pertimbangan rantai pasokan. Selalu verifikasi data kimia dan mekanik dari sertifikat pabrik dan, jika perlu, minta pengujian spesifik (tension, CVN, validasi PWHT) untuk memastikan kelayakan untuk layanan.