SD390 vs SD490 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SD390 dan SD490 adalah dua kelas baja struktural berkekuatan tinggi yang banyak digunakan dalam konstruksi, batang penguat, dan beberapa anggota struktural yang dibentuk dingin. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin menghadapi dilema pemilihan antara kelas-kelas ini: menyeimbangkan kekuatan yang lebih tinggi dengan kemampuan pengelasan, ketangguhan, biaya fabrikasi, dan ketersediaan. Konteks keputusan yang umum termasuk apakah akan menentukan kekuatan hasil yang lebih tinggi untuk mengurangi ukuran dan berat bagian, atau memprioritaskan kemampuan pengelasan dan pembentukan yang lebih baik untuk fabrikasi yang kompleks.
Faktor pembeda utama antara keduanya adalah target kekuatan hasil minimum: SD390 ditentukan sekitar kelas hasil 390 MPa dan SD490 sekitar kelas 490 MPa di bawah praktik penunjukan gaya Jepang yang relevan. Karena kedua baja ini dimaksudkan terutama sebagai baja karbon/HSLA struktural daripada baja tahan karat atau baja alat, mereka biasanya dibandingkan ketika desainer harus memilih tingkat kekuatan tanpa beralih ke kategori paduan atau tahan karat.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar umum di mana kelas SD-series muncul atau dirujuk:
- JIS (Standar Industri Jepang) – Kelas SD biasanya terkait dengan penunjukan JIS untuk baja penguat dan struktural.
- GB/T (standar nasional Tiongkok) dan standar regional lainnya kadang-kadang menggunakan nomenklatur kelas kekuatan yang serupa untuk batang penguat dan baja struktural.
- EN dan ASTM tidak menggunakan awalan SD secara langsung tetapi memiliki kelas kekuatan yang setara (misalnya, S355, setara batang GRADE 50).
- Klasifikasi berdasarkan metalurgi:
- SD390: Baja kelas struktural/HSLA karbon rendah hingga menengah (karbon/HSLA).
- SD490: Baja kelas struktural/HSLA karbon rendah hingga menengah (karbon/HSLA berkekuatan lebih tinggi).
- Kedua kelas bukanlah baja tahan karat, alat, atau baja paduan tinggi; mereka biasanya adalah baja karbon biasa yang dimodifikasi oleh kimia yang terkontrol dan, seringkali, mikro-paduan dan pemrosesan termomekanis untuk mencapai sifat yang ditargetkan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Catatan: Batas dan komposisi kimia yang tepat bervariasi berdasarkan edisi standar dan pemasok. Tabel di bawah ini merangkum karakteristik kimia yang umum ditemukan dalam lembar data pemasok untuk baja struktural seri SD. Selalu konfirmasi komposisi dengan sertifikat pabrik untuk aplikasi kritis.
| Elemen | Kandungan tipikal di SD390 | Kandungan tipikal di SD490 |
|---|---|---|
| C (karbon) | Karbon rendah, dikontrol untuk meningkatkan kemampuan pengelasan (tipikal: ≤ ~0.25%) | Karbon rendah, sering kali dikontrol serupa (tipikal: ≤ ~0.22%) |
| Mn (mangan) | Tingkat menengah untuk kekuatan dan kemampuan pengerasan (rentang tipikal) | Menengah hingga sedikit lebih tinggi untuk membantu kekuatan yang lebih tinggi |
| Si (silikon) | Jumlah kecil (deoksidasi; ~0.1–0.6%) | Tingkat serupa dengan SD390 |
| P (fosfor) | Dijaga rendah untuk ketangguhan (jejak; misalnya, ≤ ~0.04–0.05%) | Dijaga rendah |
| S (sulfur) | Dijaga rendah untuk duktilitas/kemudahan pemesinan (jejak; misalnya, ≤ ~0.04–0.05%) | Dijaga rendah |
| Cr, Ni, Mo | Biasanya minimal atau jejak; hadir hanya jika diperlukan untuk campuran tertentu | Mungkin memiliki tambahan kecil di beberapa pabrik untuk mencapai kekuatan lebih tinggi tanpa karbon yang berlebihan |
| V, Nb, Ti (mikro-paduan) | Sering hadir dalam jumlah jejak hingga rendah untuk memperhalus butir dan meningkatkan kekuatan/ketangguhan | Sering digunakan untuk meningkatkan kekuatan hasil melalui penguatan presipitasi |
| B, N | Tingkat jejak dikontrol untuk menghindari kerapuhan; N dikontrol untuk ketangguhan | Pertimbangan yang sama berlaku |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan duktilitas jika meningkat secara berlebihan. - Mangan berkontribusi pada kekuatan dan ketangguhan; juga meningkatkan kemampuan pengerasan. - Silikon adalah deoksidator dan berkontribusi pada kekuatan; Si yang berlebihan dapat merusak beberapa pelapis. - Elemen mikro-paduan (V, Nb, Ti) memungkinkan kekuatan hasil yang lebih tinggi melalui penguatan presipitasi dan pemurnian butir dengan hanya pengurangan kecil dalam kemampuan pengelasan dibandingkan dengan peningkatan karbon.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur tipikal: Baik SD390 maupun SD490 diproduksi untuk menghasilkan ferit–pearlit atau ferit butir halus dengan pearlit yang terdispersi dan/atau presipitat mikro-paduan. Penggulungan termomekanis (penggulungan terkontrol) dan pendinginan yang dipercepat menghasilkan struktur feritik/pearlitik atau mirip bainit yang halus tergantung pada laju pendinginan dan kimia.
- SD390: Dengan target kekuatan yang lebih rendah, mikrostruktur umumnya adalah ferit–pearlit dengan ukuran butir yang terkontrol untuk ketangguhan dan duktilitas yang baik dalam kondisi ambient.
- SD490: Untuk mencapai nilai hasil yang lebih tinggi, produsen sering mengandalkan kombinasi sedikit lebih tinggi Mn dan mikro-paduan ditambah pemrosesan termomekanis untuk menghasilkan mikrostruktur yang lebih halus dan penguatan presipitasi; beberapa produk komersial dapat memiliki bainit transisi atau pearlit yang lebih halus.
- Respons perlakuan panas:
- Normalisasi/pemurnian: Kedua kelas merespons normalisasi atau penggulungan terkontrol dengan pemurnian butir dan peningkatan ketangguhan.
- Quenching dan tempering: Tidak biasanya diterapkan pada baja deformasi yang disuplai untuk digunakan dalam batang penguat atau bagian struktural standar; Q&T dapat meningkatkan kekuatan dan menyesuaikan ketangguhan tetapi mengubah biaya dan ketersediaan.
- Pemrosesan termomekanis: Rute umum untuk mencapai kekuatan kelas SD490 tanpa meningkatkan karbon secara signifikan, mempertahankan kemampuan pengelasan yang lebih baik dibandingkan dengan pendekatan peningkatan karbon.
4. Sifat Mekanis
Perbedaan mekanis yang menentukan adalah tegangan hasil minimum. Sifat mekanis lainnya sangat bergantung pada pemrosesan, bentuk produk, dan suhu pengujian. Tabel di bawah ini memberikan nilai minimum tipikal atau standar di mana berlaku dan rentang biasa.
| Sifat | SD390 (tipikal/minimum) | SD490 (tipikal/minimum) |
|---|---|---|
| Kekuatan Hasil Minimum (MPa) | ~390 MPa (kelas desain) | ~490 MPa (kelas desain) |
| Kekuatan Tarik (MPa) | Rentang tipikal tergantung pada pemrosesan (sering ~520–680 MPa) | Rentang tipikal tergantung pada pemrosesan (sering ~560–760 MPa) |
| Panjang Regangan (Lo = pengukur yang ditentukan) | Sedang (umumnya ≥10–18% tergantung pada bagian dan standar) | Biasanya lebih rendah dari SD390 pada bentuk produk yang serupa (umumnya ≥8–16%) |
| Ketangguhan Impak | Baik pada suhu ambient ketika butir diperhalus; bervariasi dengan ketebalan bagian | Dapat baik jika diproses secara termomekanis dan mikro-paduan; mungkin memerlukan kontrol yang lebih ketat untuk suhu rendah |
| Kekerasan | Sedang (tergantung pada tarik) | Lebih tinggi dari SD390 untuk bentuk yang sebanding |
Siapa yang lebih kuat, lebih tangguh, atau lebih duktil: - Kekuatan: SD490 > SD390 berdasarkan desain (kekuatan hasil lebih tinggi dan biasanya kekuatan tarik lebih tinggi). - Duktilitas/ketangguhan: SD390 umumnya menawarkan duktilitas yang lebih tinggi dan mungkin menunjukkan ketangguhan suhu rendah yang lebih baik dalam bentuk produk yang setara kecuali SD490 diproses secara khusus untuk meningkatkan ketangguhan (misalnya, penggunaan TMCP dan mikro-paduan yang hati-hati). - Trade-off: Mencapai kekuatan kelas SD490 tanpa mengorbankan ketangguhan biasanya memerlukan mikro-paduan dan pemrosesan yang terkontrol daripada hanya menambahkan karbon.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan adalah faktor pemilihan yang kritis. Pertimbangan kunci termasuk ekuivalen karbon dan keberadaan elemen yang meningkatkan kemampuan pengerasan.
Rumus prediktif yang berguna (interpretasikan secara kualitatif; jangan menggantikan kualifikasi prosedur pengelasan): - Ekuivalen karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm untuk penilaian kemampuan pengelasan: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Nilai $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ yang lebih tinggi menunjukkan peningkatan risiko zona HAZ yang keras dan rapuh serta kebutuhan yang lebih tinggi untuk pemanasan awal, kontrol suhu antar proses, atau perlakuan panas pasca pengelasan. - SD490, karena kekuatan yang lebih tinggi dan sering kali kandungan paduan atau mikro-paduan yang lebih tinggi, cenderung memiliki kemampuan pengerasan yang lebih tinggi dibandingkan SD390 untuk tingkat karbon yang serupa. Oleh karena itu, produk SD490 mungkin memerlukan prosedur pengelasan yang lebih hati-hati (pemanasan awal, kontrol input panas yang lebih rendah, bahan habis pakai yang berkualitas) terutama pada bagian yang lebih tebal. - Elemen mikro-paduan (V, Nb, Ti) meningkatkan penguatan presipitasi tetapi juga dapat meningkatkan kemampuan pengerasan; kontrol input panas yang hati-hati mengurangi kekerasan HAZ.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik SD390 maupun SD490 adalah baja karbon/HSLA non-tahan karat dan tidak menawarkan ketahanan korosi yang melekat di luar baja karbon biasa.
- Metode perlindungan umum:
- Galvanisasi celup panas untuk perlindungan atmosfer jangka panjang.
- Primer dan pelapis kaya epoxy atau seng untuk lingkungan agresif.
- Sistem cat dan perlindungan katodik di mana sesuai.
- PREN tidak berlaku untuk baja non-tahan karat ini. Sebagai referensi, indeks PREN untuk paduan tahan karat adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ tetapi ini tidak berlaku untuk baja karbon seri SD.
- Panduan pemilihan: Jika ketahanan korosi adalah pendorong utama, pertimbangkan untuk menentukan pelapis pelindung atau beralih ke paduan tahan korosi daripada mengandalkan SD390/SD490.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pembentukan/pembengkokan:
- SD390 umumnya menawarkan kapasitas pembengkokan dan pembentukan yang lebih baik untuk bentuk produk tertentu karena kekuatan hasilnya yang lebih rendah dan duktilitas yang lebih tinggi.
- SD490 memerlukan kontrol radius bengkok yang lebih ketat, kemungkinan gaya pemulihan yang lebih tinggi, dan perencanaan proses yang lebih hati-hati saat membentuk dingin.
- Kemudahan pemesinan:
- Keduanya mudah diproses dengan alat yang sesuai; SD490 dapat sedikit lebih abrasif atau lebih sulit untuk diproses pada tingkat kekuatan yang lebih tinggi.
- Pemotongan dan pengelasan:
- SD490 mungkin memerlukan gaya yang lebih tinggi untuk pemotongan dan parameter pemotongan/pengelasan yang lebih kuat.
- Penyelesaian permukaan:
- Keduanya menerima operasi penyelesaian umum; varian mikro-paduan berkekuatan tinggi mungkin menunjukkan respons penggilingan/polishing yang sedikit berbeda.
8. Aplikasi Tipikal
| SD390 – Penggunaan Tipikal | SD490 – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Batang penguat dan jaring untuk beton di mana kekuatan standar sudah cukup | Batang penguat dan komponen struktural di mana kekuatan hasil yang lebih tinggi mengurangi ukuran bagian |
| Anggota struktural di bangunan dengan beban standar di mana duktilitas dan kemudahan pengelasan diprioritaskan | Jembatan, bagian struktural berkekuatan tinggi, dan proyek di mana pengurangan berat sangat penting |
| Bagian yang dibentuk dingin dan aplikasi struktural umum di mana pembentukan dan pembengkokan sering terjadi | Aplikasi yang memerlukan kapasitas beban yang lebih tinggi per penampang, atau di mana kode desain memanggil untuk kelas kekuatan yang lebih tinggi |
| Fabrikasi yang menekankan kemampuan pengelasan dan persyaratan pemanasan awal yang rendah | Fabrikasi di mana pemrosesan termomekanis yang canggih memberikan kekuatan yang lebih tinggi dan ketangguhan yang dapat diterima |
Alasan pemilihan: - Pilih SD390 ketika kompleksitas fabrikasi, duktilitas tinggi, dan kemudahan pengelasan diprioritaskan dan ketika kelas 390 MPa memenuhi persyaratan struktural. - Pilih SD490 ketika desain memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi untuk mengurangi ketebalan bagian atau ketika spesifikasi proyek memanggil untuk kelas yang lebih tinggi, asalkan tim pengadaan dan fabrikasi dapat mengelola implikasi pengelasan/pembentukan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: SD490 biasanya memiliki biaya unit yang lebih tinggi dibandingkan SD390 karena pemrosesan tambahan (TMCP, mikro-paduan, kontrol yang lebih ketat) dan kadang-kadang karena volume produksi yang lebih kecil. Namun, biaya material per anggota dapat diimbangi dengan pengurangan berat atau ukuran bagian yang lebih kecil.
- Ketersediaan: SD390 biasanya lebih banyak tersedia dalam berbagai bentuk produk (batang penguat, batang, bentuk struktural tertentu). Ketersediaan SD490 tergantung pada permintaan pasar regional dan kemampuan pabrik; biasanya tersedia untuk batang penguat dan produk struktural tertentu tetapi mungkin memiliki waktu tunggu atau pertimbangan pesanan minimum.
- Bentuk produk: Kedua kelas biasanya dijual sebagai batang penguat, batang dagang, dan kadang-kadang sebagai bagian yang digulung panas; periksa inventaris dan sertifikasi pabrik lokal.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | SD390 | SD490 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Lebih baik (CE lebih rendah) | Dapat diterima tetapi memerlukan lebih banyak kontrol |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Duktilitas dan ketangguhan yang baik untuk penggunaan umum | Kekuatan lebih tinggi; ketangguhan tergantung pada pemrosesan |
| Biaya | Lebih rendah (dasar material) | Lebih tinggi (pemrosesan dan kontrol yang lebih ketat) |
Rekomendasi: - Pilih SD390 jika: - Beban desain Anda dapat dipenuhi oleh material dengan kekuatan hasil ~390 MPa. - Kemudahan pengelasan, pembentukan, dan duktilitas yang lebih tinggi adalah prioritas. - Anda lebih memilih ketersediaan yang lebih luas dan biaya material yang lebih rendah. - Pilih SD490 jika: - Optimasi struktural memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi untuk mengurangi ukuran bagian atau berat. - Proyek mentolerir kontrol fabrikasi yang lebih ketat (pengelasan, pembengkokan) atau pemasok menyediakan produk TMCP/mikro-paduan dengan ketangguhan yang terbukti. - Anda memiliki prosedur pengelasan yang memenuhi syarat dan fabricator berpengalaman untuk mengelola masalah HAZ.
Catatan akhir: SD390 dan SD490 adalah kedua kelas yang berguna dalam keluarga baja karbon/HSLA struktural. Pilihan yang tepat tergantung pada penilaian holistik terhadap persyaratan struktural, kemampuan fabrikasi, prosedur pengelasan, kebutuhan pelapisan, dan total biaya proyek. Untuk proyek kritis, selalu peroleh sertifikat pabrik, spesifikasi prosedur pengelasan (WPS), dan, jika perlu, konsultasikan dengan produsen baja untuk memilih kimia dan rute pemrosesan yang tepat yang memberikan keseimbangan kekuatan–ketangguhan yang diperlukan.