SA537 Cl1 vs SA516 Gr70 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SA537 Class 1 dan SA516 Grade 70 adalah dua jenis plat baja karbon untuk pressure vessel yang banyak digunakan. Para engineer, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya mempertimbangkan antara biaya, kemampuan las, dan performa mekanik ketika memilih di antara keduanya — misalnya, apakah memprioritaskan ketangguhan material untuk komponen tebal dengan tekanan tinggi atau meminimalkan biaya material dan proses untuk tangki dan boiler rutin.
Perbedaan utama yang praktis antara kedua grade ini adalah perilaku ketangguhan patah (fracture toughness) saat diterapkan dalam kondisi nyata: salah satu grade dispesifikasikan dan diproses untuk memberikan ketangguhan impak yang lebih tinggi dan konsisten, terutama pada bagian yang lebih tebal, sementara grade yang lain adalah plat boiler/pressure vessel yang tersedia luas dengan fokus pada kemudahan manufaktur yang ekonomis dan kemampuan las yang baik. Karena keduanya adalah baja karbon non-stainless yang digunakan untuk aplikasi tekanan, mereka sering dibandingkan saat merancang vessel yang dilas, komponen pipa, dan tangki penyimpanan di mana keseimbangan antara biaya, ketangguhan, dan sifat pasca-las sangat penting.
1. Standar dan Penandaan
- SA537 Cl1: Dispesifikasikan sesuai ASTM A537 / ASME SA-537 — "Pressure Vessel Plates, Heat-Treated, Carbon Steel." Class 1 ditujukan untuk pressure vessel dan biasanya memerlukan perlakuan panas serta kontrol ketangguhan yang ditingkatkan.
- SA516 Gr70: Dispesifikasikan sesuai ASTM A516 / ASME SA-516 — "Pressure Vessel Plates, Carbon Steel, for Moderate- and Lower-Temperature Service." Grade 70 adalah grade yang paling umum digunakan untuk pressure vessel dan boiler.
Referensi silang dan standar regional: - EN: Tersedia baja pressure vessel dengan ketangguhan tinggi yang sebanding (misalnya seri EN10028), tetapi kesetaraan satu banding satu harus dikonfirmasi lewat data mekanik dan kimia. - JIS/GB: Terdapat setara regional; pengguna harus merujuk standar lokal untuk properti tepat dan persyaratan kualifikasi.
Klasifikasi: Baik SA537 Cl1 maupun SA516 Gr70 adalah baja karbon/paduan ringannya (bukan baja tahan karat, bukan baja alat, bukan HSLA secara eksplisit, meskipun SA537 mungkin dirancang untuk kekuatan dan ketangguhan lebih tinggi melalui kontrol komposisi dan perlakuan panas).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Kedua grade ini pada dasarnya adalah baja karbon-mangan dengan kontrol ketat terhadap elemen pengotor dan impuritas. Filosofi desain berbeda: SA516 Gr70 dioptimalkan untuk kemampuan manufaktur dan las yang luas, sementara SA537 Class 1 dikontrol agar mencapai ketangguhan lebih dapat diprediksi melalui kimia dan perlakuan panas.
Tabel: keberadaan kualitatif elemen umum
| Elemen | SA537 Class 1 (kualitatif) | SA516 Grade 70 (kualitatif) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Terkontrol; keseimbangan bentuk dan kekuatan | Terkontrol; batas agak konservatif untuk kemampuan las |
| Mn (Mangan) | Ada untuk meningkatkan kekerasan dan kontrol kekuatan | Ada; elemen utama pengatur kekuatan |
| Si (Silikon) | Ada dalam jumlah kecil (deoksidasi) | Ada dalam jumlah kecil (deoksidasi) |
| P (Fosfor) | Dibatasi ketat (impuritas rendah) | Dibatasi ketat (impuritas rendah) |
| S (Belerang) | Dibatasi ketat (impuritas rendah) | Dibatasi ketat (impuritas rendah) |
| Cr, Ni, Mo | Umumnya minimal atau tidak ada; mungkin dipantau sebagai jejak | Umumnya minimal atau tidak ada; biasanya tidak dipadu |
| V, Nb, Ti (mikropaduan) | Biasanya tidak sengaja dipadu untuk Class 1; kontrol halus mungkin dilakukan di beberapa pabrik | Biasanya tidak sengaja ditambahkan |
| B (Boron) | Tidak umum digunakan | Tidak umum digunakan |
| N (Nitrogen) | Kontrol residual; dijaga rendah | Kontrol residual; dijaga rendah |
Pengaruh paduan terhadap sifat mekanik: - Karbon dan mangan terutama menentukan kekuatan dan kemampuan pengerasan. Karbon lebih tinggi meningkatkan kekuatan tapi mengurangi kemampuan las dan ketangguhan. - Silikon berfungsi sebagai deoksidator dan berpengaruh sedikit pada pengerasan. - Fosfor dan belerang rendah diterapkan untuk meningkatkan ketangguhan. - Tidak adanya Cr/Ni/Mo signifikan berarti keduanya mengandalkan pemrosesan dan perlakuan panas daripada paduan untuk peningkatan ketangguhan.
3. Mikrostruktur dan Respon Perlakuan Panas
Mikrostruktur khas: - SA516 Gr70: Plat dalam kondisi as-rolled atau dinormalisasi dengan mikrostruktur ferit-perlit. Sifat mekanik dicapai terutama melalui pendinginan terkendali setelah rolling. Mikrostruktur relatif seragam tapi ketangguhan dapat menurun pada bagian yang sangat tebal jika laju pendinginan menghasilkan butiran kasar. - SA537 Class 1: Disuplai dalam kondisi heat-treated (sering tempering/normalizing atau setara) untuk memastikan mikrostruktur yang lebih halus dan seragam serta ketangguhan impak yang konsisten di seluruh ketebalan plat. Mikrostruktur juga ferit-perlit tapi dengan kontrol yang lebih ketat terhadap ukuran butir dan kebersihan inklusi.
Respon perlakuan panas: - Normalizing/penghalusan butir: Kedua grade merespon normalizing dengan penghalusan butir yang umumnya meningkatkan ketangguhan. SA537 biasanya disuplai dalam kondisi normalizing atau heat-treated sesuai spesifikasi. - Quenching & tempering: Tidak umum untuk bentuk pasokan standar; apabila digunakan, Q&T akan meningkatkan kekuatan signifikan tapi memerlukan redesain dan requalifikasi karena mengubah ketangguhan dan kemampuan las. - Thermo-mechanical control processing (TMCP): Dapat meningkatkan keseimbangan kekuatan terhadap ketangguhan; beberapa produsen modern SA516 atau SA537 menerapkan controlled rolling/TMCP untuk menyesuaikan sifat, namun pengguna akhir harus memastikan sertifikasi.
Dalam praktiknya, spesifikasi dan jalur pasokan SA537 Class 1 menekankan kontrol pasca-pemrosesan dan perlakuan panas untuk menjamin ketangguhan yang lebih tinggi dan dapat diprediksi dibandingkan SA516 Gr70 yang lebih ekonomis.
4. Sifat Mekanik
Karena kebutuhan untuk menghindari data numerik yang dikonkretkan, tabel berikut memberikan deskripsi perbandingan yang relevan untuk aplikasi, bukan nilai absolut.
Tabel: sifat mekanik perbandingan (kualitatif)
| Sifat | SA537 Class 1 | SA516 Grade 70 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Seimbang atau sedikit lebih tinggi (bergantung praktik pabrik) | Standar untuk plat pressure vessel; baseline mapan |
| Kekuatan luluh | Seimbang; dapat disesuaikan dengan perlakuan panas | Level grade standar yang digunakan dalam kode desain |
| Regangan (duktilitas) | Seimbang dan baik; dipertahankan pada ketebalan tebal | Baik pada ketebalan plat tipikal; mungkin menurun pada yang sangat tebal |
| Ketangguhan impak (Charpy) | Lebih tinggi dan lebih terkontrol secara konsisten, terutama pada ketebalan dan suhu rendah | Baik untuk banyak aplikasi; bisa lebih variatif dengan ketebalan dan suhu |
| Kekerasan | Sedang; dikontrol untuk menghindari masalah kemampuan las | Sedang; umumnya mirip SA537 dalam kondisi pasokan |
Interpretasi: - SA537 Class 1 dispesifikasikan dan disuplai untuk menjamin ketangguhan impak yang lebih tinggi dan dapat diandalkan di seluruh ketebalan plat dan pada suhu rendah, sehingga lebih disukai untuk aplikasi yang menuntut ketahanan pecah tinggi. - SA516 Gr70 memberikan sifat mekanik keseluruhan yang baik dan merupakan standar industri untuk banyak boiler dan pressure vessel; menawarkan performa yang ekonomis ketika ketangguhan ekstrem tidak diwajibkan.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las bergantung pada kandungan karbon, ekuivalen karbon (hardenability), ketebalan, dan mikropaduan.
Rumus berguna yang umum digunakan untuk menilai kemampuan las: - Ekuivalen Karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (lebih konservatif): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kemampuan las secara kualitatif: - Baik SA537 Cl1 maupun SA516 Gr70 dirancang dengan ekuivalen karbon rendah hingga sedang untuk memberikan kemampuan las yang baik dengan kontrol pra-pengelasan bila diperlukan. - SA516 Gr70 dikenal luas karena kemampuan lasnya yang kuat dalam praktik bengkel umum; toleran terhadap proses pengelasan yang umum. - SA537 Class 1, karena sering dispesifikasikan untuk ketangguhan lebih tinggi (dan kadang dipasok dalam ketebalan lebih tebal atau dengan kekuatan sedikit lebih tinggi), mungkin memerlukan prosedur pengelasan yang lebih konservatif (pra-pengelasan yang tepat, kontrol suhu antar-pengelasan, dan perlakuan panas pasca las bila dispesifikasikan) untuk menghindari pengerasan pada zona pengaruh panas dan memastikan ketangguhan impak yang dibutuhkan pada sambungan las. - Mikropaduan dan elemen pengerasan lebih tinggi (jika ada) akan meningkatkan kebutuhan pra-pengelasan; kedua grade umumnya tidak mengandung paduan signifikan yang secara drastis mengurangi kemampuan las.
Secara praktis, tentukan prosedur pengelasan (WPS/PQR), pemanasan awal, dan PWHT berdasarkan ketebalan plat dan kekuatan tahan patah pasca las yang dibutuhkan, serta konsultasikan perhitungan CE/Pcm untuk kualifikasi bahan dan prosedur pengelasan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik SA537 Cl1 maupun SA516 Gr70 bukan baja tahan karat. Ketahanan korosi khas baja karbon — rentan terhadap korosi seragam, pitting di lingkungan klorida, dan oksidasi pada suhu tinggi.
- Metode perlindungan umum: pengecatan dan sistem pelapisan, galvanis (jika sesuai untuk kondisi kerja dan bentuk), proteksi katodik untuk struktur yang terkubur atau terendam, serta perlakuan permukaan (misalnya pelapis epoxy) untuk cairan yang agresif.
- PREN tidak berlaku untuk baja non-tahan karat ini. Sebagai referensi, rumus PREN yang digunakan untuk material tahan karat adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Gunakan indeks ini hanya saat mengevaluasi paduan tahan karat; untuk baja karbon, fokus pada pelindung lapisan dan desain dengan cadangan korosi.
7. Fabrikasi, Kemudahan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Pemotongan dan machining: Kedua grade memiliki karakteristik mesin yang mirip dengan baja karbon kekuatan sedang. Perbedaan kecil bisa terjadi berdasarkan kekerasan dan penyempurnaan mikrostruktur; kontrol ketangguhan yang lebih ketat pada SA537 biasanya tidak memengaruhi kemudahan mesin.
- Bending dan forming: Keduanya dapat dibentuk pada rentang ketebalan plat standar. Ketangguhan yang lebih tinggi dan kemungkinan perlakuan panas pada SA537 dapat membatasi pembentukan dingin untuk ketebalan tertentu; verifikasi jari-jari tekukan berdasarkan data pemasok.
- Finishing: Keduanya menerima perlakuan permukaan dan pelapisan; perhatian harus diberikan pada lapisan oksida dan dekaburisasi untuk pengelasan dan penyelesaian akhir.
Bagi perencana produksi, konsekuensi utama adalah kontrol proses: SA537 mungkin memerlukan kontrol dan dokumentasi perlakuan panas dan prosedur pasca las yang lebih ketat, sedangkan SA516 Gr70 menyediakan jalur fabrikasi yang lebih sederhana dan telah terkarakterisasi dengan baik dalam banyak kasus.
8. Aplikasi Umum
| SA537 Class 1 (pemakaian umum) | SA516 Grade 70 (pemakaian umum) |
|---|---|
| Pressure vessel berintegritas tinggi yang memerlukan ketangguhan dan ketahanan retak terdokumentasi lebih tinggi (misalnya, vessel petrokimia kritis, reaktor bertekanan tinggi) | Boiler, pressure vessel standar, tangki tekanan rendah hingga sedang, dan heat exchanger |
| Vessel atau komponen dengan penampang tebal di mana ketangguhan impak sepanjang ketebalan sangat penting | Fabrikasi umum vessel las di mana biaya dan ketersediaan menjadi faktor utama |
| Komponen yang tunduk pada persyaratan kode atau kualifikasi yang lebih ketat (layanan suhu rendah dengan persyaratan ketangguhan) | Tangki penyimpanan, spool pipa, dan komponen fabrikasi di mana prosedur pengelasan standar sudah mencukupi |
Alasan pemilihan: - Pilih SA537 Cl1 jika analisis FEA desain, mekanika patah, atau persyaratan kode mengharuskan ketangguhan yang lebih tinggi dan terjamin atau bila komponen tebal dan digunakan di suhu rendah atau mengalami tegangan sisa tinggi. - Pilih SA516 Gr70 untuk plat yang ekonomis dan banyak tersedia dengan kemampuan las yang baik untuk aplikasi boiler dan pressure vessel konvensional.
9. Biaya dan Ketersediaan
- SA516 Gr70: Umumnya lebih ekonomis dan tersedia dalam berbagai ketebalan dan bentuk (coil kurang umum untuk plat tekanan; plat dan ukuran potongan tersedia luas). Rantai pasokan kuat untuk produksi pressure vessel standar.
- SA537 Cl1: Biasanya biaya satuan lebih tinggi akibat kontrol kimia yang ketat, perlakuan panas yang ditentukan, dan produsen terbatas untuk plat bersertifikat Class 1. Waktu pengiriman bisa lebih lama untuk ukuran besar atau persyaratan ketangguhan yang ketat.
- Keduanya tersedia dari pabrik baja besar, namun perlu mempertimbangkan waktu pengiriman, persyaratan sertifikasi (laporan uji pabrik, catatan uji impak), dan apakah perlakuan panas pasca las atau NDE penuh diperlukan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: ringkasan kualitatif cepat
| Parameter | SA537 Class 1 | SA516 Grade 70 |
|---|---|---|
| Kemudahan pengelasan | Baik, tetapi mungkin perlu WPS lebih ketat untuk penampang tebal | Sangat baik; dapat dilas dengan prosedur standar |
| Perimbangan Kekuatan dan Ketangguhan | Dioptimalkan untuk ketangguhan tinggi dan konsisten (terutama pada penampang tebal) | Perimbangan baik untuk layanan umum; ketangguhan lebih sensitif pada ketebalan |
| Biaya | Lebih tinggi (kontrol ketat, perlakuan panas) | Lebih rendah (ekonomis, produksi luas) |
Rekomendasi: - Pilih SA537 Class 1 jika desain Anda membutuhkan ketangguhan patah yang terjamin dan tinggi di seluruh ketebalan (misalnya, pressure vessel kritis, layanan suhu rendah, penampang tebal), atau bila kode/sertifikasi mengharuskan kelas ini. - Pilih SA516 Grade 70 jika membutuhkan plat yang hemat biaya dan dipahami dengan baik untuk boiler, vessel tekanan sedang, dan fabrikasi umum dengan ketangguhan serta kemudahan las standar yang memadai.
Catatan praktis akhir: - Selalu minta sertifikat uji pabrik dan sertifikat uji impak untuk batch plat yang sebenarnya, terutama jika ketangguhan atau performa suhu rendah diperlukan. - Konfirmasi prosedur pengelasan, pemanasan awal, dan PWHT yang dibutuhkan sebelumnya — plat lebih tebal dan spesifikasi ketangguhan lebih tinggi biasanya memengaruhi kebutuhan proses yang berdampak pada total biaya proyek lebih daripada harga plat mentah. - Jika ragu, konsultasikan klausul kode (ASME, EN, atau kode regional) dan libatkan pemasok material lebih awal agar rute pasokan material (TMCP, normalisasi, perlakuan panas) sesuai dengan maksud desain.