SA516 Gr70 vs SA537 Cl1 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SA516 Grade 70 dan SA537 Class 1 adalah dua baja pelat bejana tekan yang umum ditentukan dan digunakan dalam boiler, tangki, dan peralatan tekan. Insinyur, manajer pengadaan, dan pembuat sering menghadapi dilema pemilihan antara keduanya: memilih baja bejana tekan yang lebih murah dan mudah dilas dengan ketangguhan suhu rendah yang baik, atau memilih pelat dengan kekuatan lebih tinggi dan persyaratan uji impak yang lebih ketat yang mungkin memerlukan pemrosesan dan inspeksi yang berbeda.
Perbedaan praktis utama antara kelas-kelas ini terletak pada bagaimana mereka menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan melalui paduan dan pemrosesan termal: satu kelas dioptimalkan untuk duktilitas dan ketahanan patah yang dapat diandalkan dalam lingkungan las dan dingin, sementara yang lainnya menekankan kekuatan lebih tinggi dan stabilitas dimensi di bawah layanan dan selama perlakuan panas pasca-pembuatan. Perbedaan ini mempengaruhi keputusan tentang kualifikasi prosedur las, perlakuan panas pasca-las (PWHT), pendekatan fabrikasi, dan pelapisan pelindung.
1. Standar dan Penunjukan
- SA516 Grade 70 (ASTM A516/A/ASME SA516): Baja pelat bejana tekan karbon-mangan yang diproduksi untuk memenuhi persyaratan impak pada suhu yang ditentukan; umum digunakan pada shell dan kepala boiler, bejana tekan, dan tangki penyimpanan.
- SA537 Class 1 (ASTM A537/A/ASME SA537): Pelat baja karbon yang diperlakukan panas untuk bejana tekan dengan persyaratan sifat mekanik dan pengujian impak yang lebih ketat; sering disuplai dalam kondisi dinormalisasi atau dinormalisasi dan ditempa.
- Standar terkait: Ekivalen EN Eropa mungkin termasuk P355/PN dan penunjukan bejana tekan lainnya, tetapi substitusi langsung satu-ke-satu memerlukan verifikasi teknik. Standar JIS/GB ada untuk baja bejana tekan dengan peran yang sebanding tetapi matriks pengujian dan batasan kimia yang berbeda.
Klasifikasi material: - SA516 Gr70: Baja karbon (pelat bejana tekan), bukan baja tahan karat atau baja paduan; kadang-kadang dianggap sebagai baja paduan rendah tergantung pada tambahan tembaga opsional. - SA537 Cl1: Pelat baja bejana tekan karbon dengan respons perlakuan panas yang terdefinisi; dalam praktiknya berperilaku seperti baja karbon-mangan yang dinormalisasi/ditempa.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Karakteristik komposisi tipikal (sesuai batas umum ASTM dan praktik pabrik). Nilai adalah maksimum tipikal atau rentang yang digunakan untuk spesifikasi material; verifikasi MTR aktual untuk pengadaan spesifik proyek.
| Elemen | SA516 Grade 70 (tipikal) | SA537 Class 1 (tipikal) |
|---|---|---|
| C (karbon) | Rendah–sedang (terkendali; maksimum tipikal ≈ 0.26–0.28 wt%) | Rendah–sedang (terkendali; maksimum serupa, sering dijaga rendah untuk meningkatkan ketangguhan) |
| Mn (mangan) | Sedang (digunakan untuk kekuatan; sering ~0.7–1.6 wt%) | Sedang (Mn sebanding untuk mengontrol kekuatan dan kemampuan pengerasan) |
| Si (silikon) | Rendah (deoksidator; biasanya ≤ ~0.40 wt%) | Rendah (peran serupa; biasanya terkontrol) |
| P (fosfor) | Terkendali rendah (tingkat ppm; maksimum tipikal ~0.03–0.04) | Terkendali rendah (batas ketat untuk menjaga ketangguhan) |
| S (sulfur) | Terkendali rendah (serupa dengan P) | Terkendali rendah |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | Tidak umumnya ditentukan dalam A516; mungkin ada dalam jumlah jejak atau residu; tembaga kadang-kadang ditambahkan untuk ketahanan korosi | Tidak biasanya dipaduan berat; beberapa vendor mungkin menggunakan mikro-paduan atau kontrol proses untuk meningkatkan kekuatan/ketangguhan |
| N (nitrogen) | Rendah (residu) | Rendah (residu) |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Karbon dan mangan terutama menentukan kekuatan dasar dan kemampuan pengerasan. C dan Mn yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi meningkatkan risiko mikrostruktur keras dan rapuh di HAZ dan memerlukan kontrol prosedur pengelasan yang lebih hati-hati. - Silikon adalah deoksidator dan memberikan sedikit kontribusi terhadap kekuatan ketika rendah; Si yang berlebihan dapat mempengaruhi ketangguhan. - Fosfor dan sulfur dijaga rendah karena mereka membuat batas butir menjadi rapuh dan mengurangi ketangguhan impak. - Penambahan Cr, Ni, atau Mo yang disengaja jarang terjadi untuk kelas-kelas ini; ketika ada, mereka meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan tetapi menyulitkan kemampuan dilas.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - SA516 Gr70: Diproduksi dan disuplai dalam kondisi dinormalisasi atau dirileksasi tergantung pada praktik pabrik. Mikrostruktur adalah pearlitik/ferritik dengan distribusi pearlite yang halus; keseimbangan ini menghasilkan kekuatan yang dapat diterima dan ketangguhan/duktilitas yang baik dalam keadaan as-rolled atau dinormalisasi. - SA537 Cl1: Sering disuplai dalam kondisi dinormalisasi atau dinormalisasi dan ditempa. Kondisi dinormalisasi memperhalus ukuran butir, dan tempering mengurangi tegangan residu sambil meningkatkan ketangguhan. Mikrostruktur adalah ferrit/pearlite yang halus dengan sifat yang lebih seragam di seluruh ketebalan.
Respons terhadap pemrosesan termal: - Normalisasi (pendinginan udara dari suhu austenitizing) memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan untuk kedua kelas; SA537 Class 1 umumnya dinormalisasi untuk memenuhi persyaratan impak yang lebih ketat. - Pendinginan dan tempering bukan praktik komersial yang umum untuk pelat bejana tekan paduan rendah ini, tetapi jika diterapkan akan meningkatkan kekuatan dan mengurangi duktilitas; SA537 lebih mungkin daripada SA516 untuk dikenakan perlakuan panas terkontrol untuk menstabilkan sifat. - Pemrosesan kontrol termo-mekanik (TMCP) yang digunakan oleh beberapa pabrik dapat menghasilkan ukuran butir yang lebih halus dan ketangguhan yang lebih baik tanpa paduan berat.
4. Sifat Mekanik
Tabel: Sifat mekanik komparatif (rentang tipikal deskriptif — verifikasi dengan laporan uji material, MTR).
| Sifat | SA516 Grade 70 (tipikal) | SA537 Class 1 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedang–tinggi (umumnya ditentukan sekitar kelas 485 MPa / 70 ksi) | Sedang–tinggi; sering sebanding atau sedikit lebih tinggi tergantung pada perlakuan panas |
| Kekuatan luluh | Sedang (dirancang untuk duktilitas; minimum luluh tipikal dalam rentang 250–300 MPa) | Umumnya serupa atau sedikit lebih tinggi; spesifikasi mengontrol luluh melalui perlakuan panas |
| Peregangan | Baik (dirancang untuk duktilitas dan pembentukan) | Baik tetapi mungkin sedikit lebih rendah jika diproses untuk kekuatan lebih tinggi |
| Ketangguhan impak | Baik (cocok untuk pengujian impak suhu rendah yang ditentukan) | Umumnya persyaratan kualifikasi yang lebih tinggi; sering ketangguhan yang lebih baik dijamin pada suhu uji yang ditentukan karena normalisasi |
| Kekerasan | Sedang (kompatibel dengan pengelasan dan pembentukan) | Sedang hingga sedikit lebih tinggi jika dinormalisasi/ditempa |
Interpretasi: - Dalam pengadaan praktis, SA537 Class 1 sering memiliki persyaratan sifat mekanik yang lebih ketat dan kinerja impak yang lebih konsisten di seluruh ketebalan, sehingga dapat dianggap memiliki profil ketangguhan yang lebih baik yang dijamin. SA516 Grade 70 dirancang untuk keseimbangan kekuatan dan duktilitas dengan biaya yang kompetitif dan tetap sangat banyak digunakan. - Tidak ada kelas yang merupakan paduan yang dikuatkan dan ditempa; perbedaan terutama disebabkan oleh pemrosesan dan kriteria penerimaan spesifikasi.
5. Kemampuan Las
Pertimbangan kemampuan las bergantung pada kandungan karbon, kemampuan pengerasan gabungan, dan elemen residu. Indeks umum yang digunakan untuk penilaian kualitatif:
-
Setara Karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm Internasional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi (kualitatif): - Baik SA516 Gr70 maupun SA537 Cl1 memiliki setara karbon yang terkontrol dan relatif rendah dibandingkan dengan baja paduan, sehingga kemampuan las umumnya baik. Namun, SA537 Class 1 mungkin lebih ketat dikontrol untuk sifat dan dapat memiliki kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi tergantung pada praktik pabrik, yang mengakibatkan kebutuhan preheat atau PWHT yang sedikit meningkat untuk bagian yang lebih tebal. - Sulfur dan fosfor yang rendah, serta tambahan paduan yang terbatas, mendukung pengelasan rutin menggunakan logam pengisi umum. Untuk aplikasi kritis, kualifikasi prosedur penuh dengan preheat/postheat dan PWHT sesuai kode (ASME Bagian IX/VIII) sangat dianjurkan. - Selalu evaluasi CE dan Pcm secara numerik dari analisis kimia aktual untuk setiap lot untuk menetapkan prosedur las, preheat, suhu antar-lapis, dan persyaratan PWHT.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik SA516 Gr70 maupun SA537 Cl1 bukan baja tahan karat; keduanya memerlukan perlindungan permukaan untuk layanan atmosfer atau korosif. Opsi tipikal: cat/pelapis epoksi, semprotan termal, atau galvanisasi celup panas jika sesuai.
- Untuk lingkungan klorida atau agresif, terapkan pelapis yang kuat atau tentukan paduan tahan korosi; indeks tahan karat seperti PREN tidak berlaku untuk baja karbon ini.
- Ketika tambahan tembaga ada dalam beberapa varian SA516, Cu dapat sedikit meningkatkan ketahanan korosi atmosfer, tetapi ini tidak boleh dianggap setara dengan kinerja tahan karat.
Catatan: Rumus PREN hanya relevan untuk kelas stainless yang tahan korosi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Ini tidak berlaku untuk material SA516/SA537 yang bukan stainless.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Formabilitas: Kedua kelas diproduksi dengan membengkok, menggulung, dan membentuk. SA516 Gr70 sering dipilih di mana duktilitas dan formabilitas yang lebih tinggi diperlukan untuk pembentukan dingin menjadi shell dan kepala. SA537 Cl1, ketika dinormalisasi, masih membentuk dengan baik tetapi mungkin ditentukan untuk aplikasi di mana stabilitas dimensi dan sifat yang terkontrol diprioritaskan.
- Kemampuan mesin: Tipikal untuk baja karbon-mangan—kemampuan mesin yang wajar dengan alat standar; kondisi yang lebih keras atau dinormalisasi akan sedikit meningkatkan keausan alat.
- Penyelesaian: Penggilingan, pengeboran, dan penguliran mengikuti praktik baja karbon standar. Bahan pengelasan harus sesuai dengan sifat mekanik dan kimia logam dasar; bahan pengisi yang telah memenuhi syarat untuk 2.25–5% Ni atau pengisi baja lunak tipikal sering digunakan tergantung pada tambahan Cu atau elemen lainnya.
8. Aplikasi Tipikal
| SA516 Grade 70 | SA537 Class 1 |
|---|---|
| Shell dan kepala boiler serta bejana tekan di mana biaya, kemampuan las, dan ketangguhan umum sangat penting | Komponen penahan tekanan di mana kinerja mekanik/impak yang lebih ketat dan perlakuan panas yang terkontrol ditentukan |
| Tangki penyimpanan, bejana LPG, dan komponen pipa minyak & gas di mana pelat bejana tekan standar dapat diterima | Sistem reaktor, petrokimia, dan tekanan dengan integritas tinggi di mana pelat dinormalisasi dengan ketangguhan yang dijamin diinginkan |
| Komponen struktural di lingkungan yang kurang agresif di mana pelapisan konvensional sudah cukup | Aplikasi yang memerlukan sifat seragam di seluruh ketebalan dan pengujian impak yang lebih ketat yang dijamin |
Rasional pemilihan: - Pilih SA516 Gr70 untuk penggunaan luas di mana ketangguhan suhu rendah yang baik, kemampuan las, dan efektivitas biaya adalah pendorong utama. - Pilih SA537 Class 1 ketika spesifikasi menuntut toleransi mekanik yang lebih ketat, sifat impak yang konsisten di seluruh ketebalan, atau ketika pesanan pembelian secara eksplisit meminta pelat yang dinormalisasi/diperlakukan panas.
9. Biaya dan Ketersediaan
- SA516 Grade 70 diproduksi secara luas dan umumnya lebih ekonomis serta mudah tersedia dalam ukuran dan ketebalan pelat standar.
- SA537 Class 1 mungkin sedikit lebih mahal per ton karena pemrosesan tambahan (normalisasi, pengujian yang lebih ketat) dan mungkin opsi pasokan yang lebih tipis. Ketersediaan baik dari pabrik besar tetapi waktu tunggu dan biaya dapat meningkat untuk ketebalan yang lebih besar atau matriks pengujian khusus.
Bentuk produk: kedua kelas umumnya tersedia sebagai pelat yang digulung panas; panjang potong, pemotongan tepi, pengujian bersertifikat, dan penyelesaian khusus dapat menambah waktu tunggu dan biaya.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Karakteristik | SA516 Gr70 | SA537 Class 1 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Sangat baik (pengelasan rutin; CE rendah–sedang) | Sangat baik hingga baik (mungkin memerlukan kontrol/preheat yang lebih ketat untuk bagian yang lebih tebal) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang menuju duktilitas dan ketangguhan impak untuk rakitan yang dilas | Seimbang menuju ketangguhan yang dijamin dan sifat mekanik yang konsisten; terkadang kekuatan lebih tinggi dari pemrosesan |
| Biaya | Umumnya lebih rendah / tersedia luas | Umumnya lebih tinggi karena perlakuan panas dan pengujian; ketersediaan baik tetapi lebih terkontrol |
Rekomendasi: - Pilih SA516 Grade 70 jika Anda memerlukan pelat bejana tekan yang ekonomis dengan kemampuan las yang sangat baik, duktilitas yang baik, dan kinerja layanan yang terbukti untuk aplikasi boiler, penyimpanan, dan tekanan umum. - Pilih SA537 Class 1 jika spesifikasi proyek memerlukan pelat yang dinormalisasi atau diperlakukan panas dengan kinerja impak yang lebih ketat yang dijamin di seluruh ketebalan, atau ketika persyaratan desain dan regulasi mewajibkan penunjukan SA537 tertentu untuk peralatan tekanan dengan integritas tinggi.
Catatan akhir: Keputusan pengadaan aktual harus selalu diinformasikan oleh spesifikasi proyek, suhu uji impak yang diperlukan, batas ketebalan, kualifikasi prosedur pengelasan, dan laporan uji material (MTR). Di mana ketangguhan patah atau kinerja suhu rendah yang ekstrem sangat penting, tinjau nilai impak spesifik dan pertimbangkan penilaian mekanika patah daripada hanya mengandalkan nama kelas saja.