SPHC vs SPHD – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

SPHC dan SPHD adalah dua jenis baja panas yang umum ditentukan dalam JIS (Standar Industri Jepang) yang digunakan di berbagai bidang fabrikasi, komponen otomotif, struktur umum, dan manufaktur ringan. Insinyur dan tim pengadaan sering memilih antara keduanya saat menyeimbangkan biaya, kemampuan dibentuk, kemampuan dilas, dan kinerja mekanis yang diperlukan untuk bagian yang dicetak, dibengkokkan, atau dilas.

Perbedaan teknis utama yang relevan untuk pemilihan komponen adalah bahwa SPHD diproduksi dan ditentukan untuk memberikan plastisitas yang lebih tinggi (duktilitas dan kemampuan dibentuk) dibandingkan dengan SPHC, yang merupakan grade baja panas komersial umum. Karena keduanya adalah baja karbon rendah dan paduan rendah, dilema pemilihan biasanya berpusat pada kinerja pembentukan (penarikan dalam, pembengkokan ekstensif) versus ketersediaan yang luas dan biaya yang lebih rendah dari produk berkualitas komersial.

1. Standar dan Penunjukan

• JIS: SPHC dan SPHD adalah grade yang ditunjuk JIS dalam keluarga baja ringan yang diproduksi panas.
• Standar lain:
• ASTM/ASME: Padanan kasar adalah baja karbon rendah yang diproduksi panas untuk tujuan umum (misalnya, grade komersial ASTM A1011) tetapi kesetaraan satu-ke-satu langsung tidak boleh diasumsikan tanpa merujuk pada persyaratan properti spesifik dan sertifikasi.
• EN: Peran serupa dimainkan oleh baja EN seperti S235JR/S235J0 untuk produk panas yang bersifat struktural atau kualitas umum; sekali lagi, jalur silang harus divalidasi oleh persyaratan kimia dan mekanis.
• GB (Cina): Berbagai baja keluarga Q235 melayani pasar serupa.
• Klasifikasi: Baik SPHC maupun SPHD adalah baja karbon rendah, non-stainless (bukan HSLA, bukan baja alat, bukan stainless). Mereka dimaksudkan untuk digunakan dalam pembentukan dan struktur umum daripada untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi atau tahan korosi.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Kedua SPHC dan SPHD dirancang sebagai baja karbon rendah, paduan rendah. Mereka bergantung pada paduan yang minimal; strategi paduan adalah menjaga karbon dan elemen residu rendah untuk memastikan kemampuan dibentuk yang baik, kemampuan dilas, dan biaya rendah.

Elemen	SPHC (tipikal)	SPHD (tipikal)	Catatan
C (Karbon)	Rendah (grade karbon rendah)	Rendah (sering sebanding atau sedikit lebih rendah)	Karbon yang lebih rendah mendukung kemampuan dibentuk dan kemampuan dilas. SPHD dirancang untuk duktilitas yang lebih tinggi.
Mn (Mangan)	Ada pada tingkat kecil hingga sedang	Ada pada tingkat kecil hingga sedang	Mn mengontrol kekuatan dan kemampuan pengerasan; dijaga sedang untuk menyeimbangkan kekuatan vs kemampuan dibentuk.
Si (Silikon)	Jejak hingga rendah	Jejak hingga rendah	Utamanya untuk deoksidasi; dikontrol untuk menghindari mengganggu kemampuan dibentuk.
P (Fosfor)	Dikendalikan rendah	Dikendalikan rendah	Dijaga rendah untuk menghindari kerapuhan.
S (Belerang)	Dikendalikan rendah	Dikendalikan rendah	Dijaga rendah; belerang dapat meningkatkan kemampuan mesin tetapi mengurangi duktilitas.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Biasanya tidak ditambahkan secara sengaja	Biasanya tidak ditambahkan secara sengaja	Elemen mikro paduan/pengerasan ini minimal atau tidak ada; grade ini bukan HSLA.
N (Nitrogen)	Jejak	Jejak	May be controlled for inclusion and mechanical response.

Penjelasan: Niat paduan untuk kedua grade adalah penambahan minimal: cukup Mn dan Si untuk deoksidasi dan kekuatan dasar, sambil menjaga elemen yang meningkatkan kemampuan pengerasan atau mengurangi duktilitas (C, Cr, Mo, dll.) pada tingkat rendah. Spesifikasi SPHD dan pemrosesan pabrik menargetkan peningkatan plastisitas melalui batas yang lebih ketat dan kontrol proses daripada melalui paduan kimia yang signifikan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Mikrostruktur yang dihasilkan biasanya adalah ferit dengan kantong pearlit (tipikal baja panas karbon rendah). Fraksi volume pearlit kecil karena karbon rendah. - Morfologi inklusi dan ukuran butir tergantung pada praktik pembuatan baja dan jadwal penggulungan/annealing.

Respons pemrosesan: - SPHC: Diproduksi sebagai produk panas umum dengan pendinginan yang dikendalikan secara standar. Mikrostruktur umumnya adalah ferit/pearlit kasar. Normalisasi jarang diterapkan untuk grade komersial ini; peningkatan sifat mekanis melalui perlakuan panas terbatas karena tidak dimaksudkan untuk penggunaan yang dikuenching/ditemper.

- SPHD: Meskipun secara kimiawi serupa, SPHD diproses dan ditentukan untuk kemampuan dibentuk yang lebih baik. Ini dapat mencakup kontrol yang lebih ketat terhadap suhu akhir penggulungan panas, pendinginan yang dikendalikan untuk memperhalus struktur butir, dan potensi annealing ringan untuk meningkatkan duktilitas. Efeknya adalah mikrostruktur feritik yang lebih halus dan populasi inklusi yang lebih bersih yang meningkatkan kemampuan dibentuk.

Efek dari perlakuan panas umum dan rute termo-mekanis: - Annealing (intercritical atau penuh) akan meningkatkan duktilitas untuk kedua grade, tetapi SPHD lebih mungkin disuplai dengan riwayat pemrosesan yang bertujuan untuk mempertahankan duktilitas. - Quenching & tempering atau perlakuan termal berat tidak umum untuk grade ini; mereka tidak diformulasikan untuk respons pengerasan martensitik karena karbon rendah dan kurangnya elemen pengerasan. - Kontrol termo-mekanis (penggulungan terkontrol dan pendinginan dipercepat) dapat meningkatkan kekuatan secara moderat tanpa mengorbankan duktilitas — biasanya merupakan rute untuk baja HSLA daripada SPHC/SPHD.

4. Sifat Mekanis

Di bawah ini adalah perbandingan kualitatif yang mencerminkan perilaku tipikal dari grade komersial panas JIS ini. Sertifikat pabrik spesifik dan spesifikasi pembelian harus digunakan untuk perhitungan desain.

Sifat	SPHC	SPHD	Keterangan
Kekuatan Tarik	Tipikal baja panas karbon rendah	Mirip dengan SPHC	Keduanya adalah baja karbon rendah; rentang tarik tumpang tindih.
Kekuatan Luluh	Sedang	Sebanding atau sedikit lebih rendah	SPHD mungkin ditentukan untuk memastikan kekuatan luluh yang sedikit lebih rendah untuk meningkatkan kemampuan dibentuk dan menghindari penipisan awal selama penarikan.
Panjang (duktilitas)	Baik	Lebih tinggi dari SPHC	SPHD ditentukan untuk panjang yang lebih tinggi dan plastisitas yang lebih baik untuk operasi pembentukan.
Kekerasan Dampak	Bervariasi, sedang pada suhu ambien	Bervariasi, sedang hingga lebih baik	Dampak tergantung pada ketebalan, pemrosesan; duktilitas SPHD yang lebih baik sering kali diterjemahkan menjadi ketahanan yang lebih baik dalam aplikasi yang kritis untuk pembentukan.
Kekerasan	Rendah hingga sedang	Rendah hingga sedang	Keduanya tidak keras; kekerasan akan serupa dan terutama merupakan fungsi dari pemrosesan dan ketebalan akhir.

Penjelasan: Faktor pemilihan yang kritis adalah kemampuan dibentuk: SPHD ditargetkan untuk memberikan panjang yang lebih tinggi dan perilaku deformasi plastis yang lebih baik (penarikan dalam, pembengkokan berat) dibandingkan dengan SPHC yang umum. Perbedaan kekuatan biasanya kecil dan tumpang tindih; memilih SPHD jarang tentang peningkatan kekuatan tetapi lebih kepada perilaku plastis yang dapat diprediksi dan ditingkatkan selama pembentukan.

5. Kemampuan Dilas

Kemampuan dilas baik SPHC maupun SPHD umumnya baik karena kandungan karbon dan paduan yang rendah, tetapi mikro paduan dan pemrosesan dapat mempengaruhi kerentanan terhadap retak dingin dan pengerasan zona yang terpengaruh panas (HAZ).

Rumus penilaian kemampuan dilas umum: - Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (parameter kemampuan dilas): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi (kualitatif): - Untuk grade karbon rendah ini, nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ biasanya rendah, menunjukkan kemampuan dilas umum yang baik dengan bahan pengelasan baja karbon standar dan prosedur pemanasan awal. - Duktilitas SPHD yang lebih baik mengurangi risiko distorsi dan retak yang diinduksi oleh pengelasan selama operasi pembentukan, tetapi karena SPHD mungkin disuplai dengan kekuatan luluh yang sedikit lebih rendah dan duktilitas yang lebih tinggi, praktik pengelasan harus mempertimbangkan potensi distorsi residu pada ketebalan tipis. - Pemanasan awal dan perlakuan panas pasca pengelasan umumnya tidak diperlukan untuk ketebalan sedang, tetapi selalu ikuti spesifikasi prosedur pengelasan (WPS) berdasarkan ketebalan, pengekangan, dan lingkungan layanan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik SPHC maupun SPHD bukanlah baja stainless; mereka rentan terhadap korosi di lingkungan atmosfer dan industri.
• Perlindungan standar:
• Galvanisasi celup panas, elektrogalvanisasi, atau sistem cat/pelapis pra-cat memberikan perlindungan pengorbanan atau penghalang.
• Pelapis organik (cat, lapisan bubuk) umum digunakan untuk bagian yang sudah jadi.
• Minyak atau penghambat karat sementara dapat digunakan selama penyimpanan dan pengiriman.
• PREN tidak berlaku untuk baja non-stainless ini. Jika menilai alternatif stainless, indeks PREN dapat digunakan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Cadangan korosi (ketebalan material, pemilihan pelapis) didasarkan pada lingkungan dan umur yang diharapkan; galvanisasi adalah pilihan ekonomis yang umum untuk paparan struktural.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Kemampuan dibentuk: SPHD dioptimalkan untuk pembentukan (penarikan, penarikan dalam, pembengkokan ganda) dan akan menunjukkan lebih sedikit retakan, ketahanan kerutan yang lebih baik, dan panjang seragam yang lebih tinggi dibandingkan SPHC pada riwayat pemrosesan yang setara.
• Pembengkokan: SPHD mentolerir jari-jari pembengkokan yang lebih ketat dan penarikan yang lebih dalam dengan risiko retak tepi yang berkurang.
• Kemampuan mesin: Kedua grade memiliki kemampuan mesin sedang; SPHC dengan kandungan belerang sedikit lebih tinggi (jika ditentukan untuk meningkatkan kemampuan mesin) bisa lebih mudah diproses, tetapi praktik standar adalah memilih subgrade yang ditingkatkan kemampuan mesinnya jika diperlukan.
• Pemotongan dan pen stamping: Keduanya mudah dicetak; SPHD mungkin lebih baik pada press kecepatan tinggi ketika penarikan kompleks diperlukan.
• Operasi sekunder (pembentukan setelah pengelasan, pelurusan panas) harus memperhitungkan stres residu; duktilitas SPHD yang lebih tinggi sering mengurangi variabilitas springback dalam pembentukan.

8. Aplikasi Tipikal

SPHC (Penggunaan Tipikal)	SPHD (Penggunaan Tipikal)
Bagian struktural umum di mana pembentukan berat tidak kritis: bagian saluran, fabrikasi umum, panel non-kritis	Panel otomotif yang ditarik dalam, komponen peralatan dapur, perlengkapan yang memerlukan deformasi plastis yang signifikan
Rangka ringan, bagian yang dicetak sederhana, komponen struktural yang dilas	Bagian yang dicetak dan ditarik kompleks, komponen yang dibentuk presisi, bagian yang memerlukan kontrol dimensi yang ketat setelah pembentukan
Bagian kotak, braket, aplikasi lembaran komersial umum	Panel dengan kemampuan dibentuk tinggi, bagian yang diproses dalam urutan pembentukan multi-operasi

Rasional pemilihan: - Pilih SPHC untuk ketersediaan yang luas, biaya lebih rendah, dan ketika operasi pembentukan sederhana atau ketika kekuatan luluh yang lebih tinggi mungkin dapat diterima. - Pilih SPHD ketika proses melibatkan penarikan dalam, pembengkokan berat, atau operasi pembentukan strain tinggi lainnya di mana perilaku plastis yang dapat diprediksi dan panjang yang lebih tinggi diperlukan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: SPHC biasanya merupakan produk dengan biaya lebih rendah, untuk tujuan umum karena volume produksi yang lebih luas dan kontrol proses yang kurang ketat. SPHD mungkin memiliki premium yang moderat karena kontrol yang lebih ketat terhadap kimia, pemrosesan, dan metrik kemampuan dibentuk yang dijamin.
• Ketersediaan: SPHC tersedia secara luas dalam berbagai ketebalan dan gulungan dari beberapa pabrik. Ketersediaan SPHD mungkin sedikit lebih terbatas oleh pabrik dan wilayah, tetapi biasanya tersedia untuk rantai pasokan otomotif dan peralatan. Bentuk produk (gulungan, lembaran, pelat) ketersediaannya bervariasi menurut pabrik dan pasar; selalu konfirmasi waktu pengiriman dengan pemasok.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan

Karakteristik	SPHC	SPHD
Kemampuan Dilas	Baik (umum)	Baik (umum); sedikit lebih baik untuk rakitan yang dibentuk
Seimbang Kekuatan–Ketangguhan	Seimbang karbon rendah standar	Kekuatan serupa, duktilitas/ketangguhan yang lebih baik untuk pembentukan
Biaya	Umumnya lebih rendah	Biasanya sedikit lebih tinggi karena pemrosesan untuk kemampuan dibentuk

Rekomendasi: - Pilih SPHC jika kebutuhan Anda memprioritaskan ketersediaan dan biaya untuk bagian struktural umum dan yang dicetak di mana pembentukan dalam dan duktilitas maksimum tidak kritis. - Pilih SPHD jika bagian Anda mengalami deformasi plastis yang signifikan (penarikan dalam, pembengkokan berat, pembentukan multi-tahap) dan Anda memerlukan panjang yang dapat diprediksi, lebih tinggi, dan kemampuan dibentuk yang lebih baik bahkan dengan premium yang moderat.

Catatan penutup: SPHC dan SPHD adalah grade baja panas karbon rendah yang bersaudara dengan kekuatan yang tumpang tindih. Keputusan rekayasa utama berfokus pada kemampuan dibentuk—pilih grade yang sesuai dengan tingkat pembentukan, verifikasi sertifikat pabrik untuk batas kimia dan mekanis, dan validasi prosedur pembentukan dan pengelasan pada batch material yang representatif sebelum produksi penuh.