SPA-H vs SPA-C – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur dan tim pengadaan yang memilih baja pelat bejana tekan atau pelat struktural sering menghadapi trade-off antara kekuatan, ketangguhan, dan biaya. Konteks keputusan yang umum termasuk menentukan pelat untuk boiler dan bejana tekan, memilih material untuk tangki layanan dingin, atau memilih bagian yang lebih berat di mana ketebalan yang lebih tipis diinginkan untuk menghemat berat. SPA-C dan SPA-H sering dibandingkan karena mereka mewakili dua filosofi desain yang berbeda: satu menekankan karbon yang lebih rendah dan ketangguhan serta kemampuan las yang lebih tinggi, sementara yang lain menekankan kemampuan pengerasan yang lebih besar dan kekuatan yang lebih tinggi yang dapat dicapai melalui komposisi dan perlakuan panas.

Perbedaan praktis antara kelas-kelas ini berpusat pada strategi paduan dan karbon/kemampuan pengerasan: formulasi SPA-C dioptimalkan untuk duktilitas, ketangguhan notch dan kemampuan las yang baik dengan mengorbankan kekuatan maksimum, sedangkan formulasi SPA-H mengandung kemampuan pengerasan dan kandungan paduan yang lebih tinggi untuk memungkinkan kekuatan yang lebih tinggi dan/atau retensi kekuatan yang lebih baik pada suhu tinggi tetapi mungkin memerlukan kontrol perlakuan panas dan pengelasan yang lebih tepat.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar umum di mana nomenklatur tipe SPA muncul: daftar material ASME/ASTM dan katalog pelat bejana tekan; namun, penggunaan yang tepat bervariasi menurut pemasok dan wilayah. Selalu konfirmasi spesifikasi dan sertifikat yang tepat (misalnya, ASTM Axxx atau EN xxxx) sebelum pengadaan.
• Standar lain yang perlu dipertimbangkan saat membandingkan baja serupa: EN (norma Eropa), JIS (Jepang), GB (standar nasional Tiongkok).
• Klasifikasi berdasarkan keluarga baja:
• SPA-C: Biasanya baja karbon atau baja paduan rendah yang dirancang untuk layanan pelat bejana tekan (keluarga baja karbon).
• SPA-H: Biasanya baja dengan kemampuan pengerasan lebih tinggi atau baja paduan rendah (masih sering dikategorikan sebagai baja karbon/paduan daripada baja tahan karat atau baja alat) yang ditujukan untuk aplikasi kekuatan lebih tinggi (keluarga baja karbon/paduan rendah).
• Catatan: Nomenklatur dengan awalan SPA kadang-kadang digunakan dalam katalog pemasok atau daftar material yang lebih lama; spesifikasi standar yang mendasari (ASTM/EN/JIS/GB) menentukan komposisi dan persyaratan mekanis yang tepat.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel di bawah ini memberikan rentang komposisi indikatif yang tipikal (wt%). Ini adalah rentang representatif yang digunakan dalam praktik rekayasa untuk menggambarkan strategi komposisi — nilai yang tepat harus diambil dari spesifikasi pengendali atau sertifikat pabrik.

Elemen	SPA-C Tipikal (wt%) — indikatif	SPA-H Tipikal (wt%) — indikatif
C	0.06 – 0.20	0.15 – 0.35
Mn	0.3 – 0.9	0.5 – 1.2
Si	0.10 – 0.40	0.10 – 0.50
P	≤ 0.025 – 0.035	≤ 0.030 – 0.040
S	≤ 0.025 – 0.035	≤ 0.030 – 0.040
Cr	≤ 0.30	0.20 – 1.00
Ni	≤ 0.30	0.20 – 1.50
Mo	≤ 0.10	0.05 – 0.60
V	≤ 0.05	0.02 – 0.20
Nb (Cb)	jejak – 0.02	jejak – 0.06
Ti	jejak – 0.02	jejak – 0.05
B	jejak (sering tidak ada)	jejak (tingkat ppm saat digunakan)
N	≤ 0.012	≤ 0.012

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat - Karbon: kontrol utama kemampuan pengerasan dan kekuatan; karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan dan kekerasan yang dapat dicapai tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan las. - Mangan: meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan tarik, dan deoksidasi; Mn tinggi membantu kekuatan tetapi dapat sedikit mengurangi ketangguhan jika berlebihan. - Silikon: deoksidator, penguatan larutan padat kecil. - Kromium, Molybdenum, Nikel, Vanadium, Niobium, Titanium: tambahan paduan yang meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan setelah pendinginan/pemanasan, dan kekuatan suhu tinggi (Mo, Cr). Mikro-paduan (V, Nb, Ti) memperhalus butir dan meningkatkan keseimbangan kekuatan/ketangguhan melalui penguatan presipitasi dan pemurnian butir. - Boron (ppm): tambahan yang sangat kecil dapat secara dramatis meningkatkan kemampuan pengerasan ketika ada pada tingkat yang terkontrol.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal - SPA-C: Kondisi yang digulung atau dinormalisasi biasanya menunjukkan mikrostruktur ferrit-pearlit (atau ferrit/pearlit halus). Karbon rendah dan paduan terbatas menghasilkan pearlit kasar atau halus tergantung pada sejarah pendinginan; ketangguhan dicapai dengan membatasi karbon dan mengontrol kebersihan serta ukuran butir. - SPA-H: Dengan kandungan karbon dan paduan yang lebih tinggi, baja SPA-H dapat mengembangkan struktur bainitik atau martensitik setelah pendinginan yang sesuai atau pendinginan terkontrol. Dalam kondisi dinormalisasi atau yang telah didinginkan dan dipanaskan, mereka menunjukkan martensit yang dipanaskan atau bainit yang dipanaskan dengan kekuatan yang lebih tinggi.

Respons perlakuan panas - Normalisasi: kedua kelas merespons normalisasi dengan ukuran butir yang lebih halus dan ketangguhan yang lebih baik; SPA-C mendapatkan manfaat lebih mudah karena kemampuan pengerasan yang lebih rendah. - Pendinginan & pemanasan: SPA-H dirancang untuk didinginkan dan dipanaskan untuk mencapai kekuatan tinggi dan ketangguhan yang terkontrol; SPA-C mungkin kurang umum didinginkan menjadi martensit karena karbon yang lebih rendah dan paduan yang lebih sedikit (respons pengerasan terbatas). - Pemrosesan termo-mekanis: varian mikro-paduan dari kedua kelas (dengan Nb, V) merespons dengan baik terhadap penggulungan terkontrol untuk menghasilkan struktur ferrit-pearlit atau bainitik butir halus yang menawarkan keseimbangan kekuatan- ketangguhan yang lebih baik.

4. Sifat Mekanis

Rentang sifat mekanis tipikal — hanya indikatif; gunakan spesifikasi pengendali untuk pengadaan.

Sifat	SPA-C (rentang tipikal)	SPA-H (rentang tipikal)
Kekuatan tarik (MPa)	380 – 550	500 – 900
Kekuatan luluh (offset 0.2%) (MPa)	230 – 350	350 – 700
Peregangan (%)	18 – 30	8 – 20
Ketangguhan impak (Charpy V-notch)	Sering ≥ 27 J pada suhu yang ditentukan; ketangguhan suhu rendah yang baik	Bervariasi; bisa baik jika dipanaskan dengan benar tetapi umumnya lebih rendah daripada SPA-C dalam keadaan yang diberikan
Kekerasan (HB)	~120 – 200	~160 – 320

Interpretasi - SPA-H dapat mencapai tingkat kekuatan yang lebih tinggi karena karbon dan paduan yang lebih tinggi ditambah perlakuan panas, tetapi ini sering mengurangi duktilitas dan ketangguhan notch dibandingkan dengan SPA-C. - SPA-C biasanya lebih duktil dan memiliki ketangguhan notch dan kemampuan las yang lebih baik, cocok untuk lingkungan dingin atau sensitif terhadap impak.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las tergantung pada ekuivalen karbon dan kemampuan pengerasan daripada nama saja. Dua indeks empiris yang umum digunakan adalah ekuivalen karbon IIW dan Pcm dari International Welding Institute. Contoh:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif - SPA-C: karbon yang lebih rendah dan paduan kemampuan pengerasan yang lebih sedikit menghasilkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah; ini diterjemahkan menjadi kemampuan las yang lebih baik, persyaratan pemanasan awal yang lebih rendah, dan risiko retak akibat hidrogen yang lebih rendah jika praktik pengelasan yang tepat digunakan. - SPA-H: karbon yang lebih tinggi dan kandungan paduan meningkatkan $CE_{IIW}$/$P_{cm}$, meningkatkan risiko zona yang terpengaruh panas yang mengeras dan retak dingin. SPA-H mungkin memerlukan pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, perlakuan panas pasca-las (PWHT), dan bahan habis pakai rendah-hidrogen. - Mikro-paduan: elemen seperti Nb dan V dapat sedikit meningkatkan $P_{cm}$ sambil meningkatkan ukuran butir dan kekuatan; efek mereka pada kemampuan las harus dikelola melalui spesifikasi prosedur pengelasan (WPS).

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik SPA-C maupun SPA-H adalah baja karbon/paduan rendah non-tahan karat; perlindungan korosi yang merata bergantung pada pelapisan dan perlindungan katodik.
• Tindakan perlindungan umum: galvanisasi celup panas (cocok untuk banyak baja karbon tetapi pertimbangkan batas suhu dan ketebalan), sistem cat epoksi/uretan, metalisasi, dan anoda korosif untuk layanan terendam.
• Untuk lingkungan dengan kandungan klorida tinggi atau di mana pasivitas diperlukan, baja tahan karat diperlukan; PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja karbon. Sebagai referensi, PREN adalah:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Pemilihan strategi perlindungan tergantung pada layanan (atmosfer, terendam, layanan asam), suhu, dan pemeliharaan yang diizinkan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Pemotongan: Kekerasan dan kekuatan SPA-H yang lebih tinggi meningkatkan keausan alat dan mungkin memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih lambat dan alat yang lebih kuat. SPA-C lebih mudah diproses.
• Pembentukan/membengkok: SPA-C lebih mudah dibentuk karena kekuatan luluh yang lebih rendah dan duktilitas yang lebih tinggi; SPA-H mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau pembentukan yang dibantu panas.
• Pengelasan/fabrikasi: SPA-C umumnya mentolerir praktik fabrikasi yang lebih agresif; SPA-H memerlukan pemanasan awal yang terkontrol, antar-passing, dan mungkin PWHT untuk fabrikasi kritis. Manajemen stres residual dan distorsi lebih penting dengan SPA-H karena gradien kekuatan yang lebih tinggi.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya merespons penggilingan, peledakan, dan perlakuan permukaan, tetapi SPA-H mungkin menunjukkan efek pengerasan kerja atau pemanasan jika dikenakan penyelesaian energi tinggi.

8. Aplikasi Tipikal

SPA-C — Penggunaan tipikal	SPA-H — Penggunaan tipikal
Shell boiler dan bejana tekan di mana ketangguhan notch yang tinggi dan kemampuan las yang baik sangat penting (layanan suhu rendah).	Komponen batas tekanan dan bagian struktural di mana kekuatan lebih tinggi atau bagian yang lebih tipis diinginkan (ketika desain memerlukan tegangan yang diizinkan lebih tinggi).
Tangki penyimpanan dan pipa untuk tekanan sedang dan suhu ambient/rendah.	Bejana tekanan tinggi, penampang yang lebih tebal yang memerlukan pengerasan dalam, dan komponen yang didinginkan dan dipanaskan.
Pelat struktural umum di mana ketangguhan impak dan duktilitas diprioritaskan.	Komponen mesin berat, bagian yang ditempa, dan aplikasi yang memerlukan ketahanan pemanasan yang tinggi.

Rasional pemilihan - Pilih SPA-C ketika ketangguhan suhu rendah, ketahanan impak dalam layanan, dan pengelasan yang sederhana adalah prioritas. - Pilih SPA-H ketika desain membutuhkan tegangan yang diizinkan lebih tinggi, bagian yang lebih tipis untuk penghematan berat atau ruang, atau ketika komponen akan didinginkan dan dipanaskan untuk mencapai kekuatan tertentu.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: SPA-H biasanya memiliki biaya lebih tinggi dibandingkan SPA-C karena kandungan paduan yang lebih tinggi, pemrosesan tambahan (penggulungan terkontrol, pendinginan/pemanasan), dan kontrol perlakuan panas yang lebih ketat. SPA-C umumnya lebih ekonomis untuk pelat area besar di mana ketangguhan dan kemampuan las yang tinggi sudah memadai.
• Ketersediaan: Kedua kelas umumnya tersedia dalam bentuk pelat, tetapi varian SPA-C lebih luas dalam inventaris pelat bejana tekan standar. SPA-H mungkin diproduksi berdasarkan pesanan dalam ketebalan dan kondisi tertentu (dinormalisasi, didinginkan & dipanaskan), sehingga waktu tunggu bisa lebih lama untuk ukuran yang tidak biasa atau perlakuan panas bersertifikat.
• Bentuk produk: pelat, gulungan, dan kadang-kadang batang; SPA-H lebih sering ditentukan untuk pelat yang diperlakukan panas dan pengecoran.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Atribut	SPA-C	SPA-H
Kemampuan las	Tinggi (pemanasan awal lebih rendah, WPS lebih sederhana)	Sedang hingga lebih rendah (kemungkinan pemanasan awal/PWHT)
Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan	Ketangguhan yang baik, kekuatan sedang	Kekuatan tinggi yang dapat dicapai, ketangguhan tergantung pada perlakuan
Biaya	Lebih rendah	Lebih tinggi

Rekomendasi - Pilih SPA-C jika: - Desain Anda memerlukan ketangguhan yang lebih baik dan kompleksitas pengelasan yang paling rendah. - Suhu operasi rendah atau ketahanan impak adalah kontrol mode kegagalan kunci. - Biaya dan kemudahan fabrikasi adalah persyaratan dominan.

• Pilih SPA-H jika:
• Anda memerlukan tegangan yang diizinkan lebih tinggi, bagian yang lebih tipis untuk penghematan berat atau ruang, atau bagian yang akan didinginkan dan dipanaskan untuk tingkat kekuatan tertentu.
• Anda dapat menerima kontrol pengelasan yang lebih ketat (pemanasan awal, PWHT) dan kemungkinan biaya pengadaan dan pemrosesan yang lebih tinggi.

Catatan akhir: Label gaya SPA dapat mencakup berbagai komposisi dan kondisi di seluruh pemasok. Selalu tentukan standar pengendali atau sertifikat uji pabrik, perlakuan panas yang diperlukan (dinormalisasi, didinginkan & dipanaskan, atau digulung), persyaratan Charpy-V pada suhu yang mengatur, dan kualifikasi prosedur pengelasan. Untuk desain kritis, minta hasil pengujian komposisi dan mekanis secara lengkap, dan lakukan pengelasan pra-kualifikasi serta percobaan PWHT untuk memvalidasi kinerja dalam lingkungan fabrikasi dan layanan yang dimaksud.