SPHD vs SPHE – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SPHD dan SPHE adalah dua kelas baja struktural yang umum ditentukan yang digunakan dalam rekayasa umum, subkomponen otomotif, dan komponen yang dibentuk dingin. Insinyur dan tim pengadaan sering kali menyeimbangkan trade-off antara biaya, kemampuan dibentuk, kemampuan dilas, dan kekuatan saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk menentukan lembaran atau strip untuk pembengkokan dingin dan pencetakan, memilih pelat untuk struktur yang dilas, atau memilih material untuk bagian yang memerlukan perlakuan permukaan selanjutnya.
Perbedaan praktis utama antara SPHD dan SPHE terletak pada perilaku pembentukan dingin mereka: satu kelas biasanya dikendalikan untuk memberikan ketahanan yang lebih baik terhadap retak dan kinerja pembengkokan dingin/tepi yang lebih baik, sementara yang lainnya diproduksi dengan target proses yang sedikit berbeda (hasil/kekuatan dan atribut permukaan) yang mungkin lebih menguntungkan untuk beban struktural atau biaya yang lebih rendah. Karena keduanya adalah baja karbon rendah yang digunakan dalam bentuk pasokan yang serupa, mereka sering dibandingkan di mana kualitas pembentukan versus kinerja mekanis menjadi penting.
1. Standar dan Penunjukan
- JIS (Jepang): SPHD, SPHE muncul dalam standar JIS untuk baja yang dilas panas (aplikasi struktural/bentuk umum).
- EN/Eropa: Tidak ada nama Eropa satu-ke-satu yang langsung; baja yang sebanding termasuk dalam kategori produk EN 10025/EN 10111 untuk baja struktural non-aloy atau di bawah EN 10111 untuk baja yang dilas dingin tergantung pada pemrosesan.
- ASTM/ASME: Penunjukan setara langsung tidak standar dalam ASTM; ASTM A1011/A1018 mencakup kelas strip/lembaran baja komersial yang serupa untuk produk yang dilas panas dan dingin.
- GB (Cina): Standar GB mencantumkan baja yang dilas panas komersial dengan label yang berbeda; kesetaraan langsung memerlukan perbandingan kimia dan mekanis.
Klasifikasi: Baik SPHD maupun SPHE adalah baja karbon biasa (non-aloy, non-stainless) yang digunakan terutama sebagai baja karbon/struktural daripada kelas aloy, alat, stainless, atau HSLA. Mereka dimaksudkan untuk pembentukan dan fabrikasi umum daripada aplikasi suhu tinggi atau kritis terhadap korosi.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Catatan: Batasan yang tepat tergantung pada standar yang diterbitkan dan bentuk produk. Praktik baja karbon rendah yang dilas panas komersial biasanya menekankan karbon yang sangat rendah, Mn yang moderat untuk kekuatan, dan kontrol ketat P/S untuk kemampuan dibentuk.
| Elemen | Rentang atau peran tipikal (SPHD / SPHE) |
|---|---|
| C (karbon) | Karbon sangat rendah untuk mempertahankan kemampuan dibentuk; biasanya dikendalikan pada maksimum rendah (kedua kelas adalah rendah-C). |
| Mn (mangan) | Mn moderat untuk kekuatan dan deoksidasi; SPHE mungkin memiliki Mn yang sedikit lebih tinggi atau lebih ketat dikendalikan untuk sifat yang konsisten. |
| Si (silikon) | Penambahan kecil sebagai deoksidator; tingkat jejak tipikal. |
| P (fosfor) | Dikendalikan pada maksimum rendah untuk menghindari kerapuhan dan kemampuan dibentuk yang buruk. |
| S (sulfur) | Dipertahankan rendah; kadang-kadang dibatasi lebih jauh untuk meningkatkan kualitas pembengkokan dan permukaan. |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | Umumnya tidak ada atau pada tingkat jejak di kedua kelas; jika ada, mikro-paduan minimal. |
| N (nitrogen) | Tingkat rendah; bukan elemen paduan desain untuk kelas ini. |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Karbon meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi duktilitas dan kinerja pembentukan dingin. Kedua kelas mempertahankan C rendah untuk mendukung pembengkokan dan penarikan. - Mangan meningkatkan kekuatan tarik dan berkontribusi pada kemampuan pengerasan; Mn yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi dapat mengurangi kemampuan dibentuk jika berlebihan. - Penambahan mikro-paduan yang sangat kecil (Ti, Nb, V) dapat memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan dengan penalti duktilitas minimal jika diterapkan secara termomekanis, tetapi SPHD/SPHE umumnya adalah produk baja karbon biasa, jadi mikro-paduan yang signifikan tidak umum.
Konsultasikan lembar standar yang relevan untuk batasan komposisi yang otoritatif; produsen dapat menerbitkan kimia nominal yang tepat per gulungan atau batch pelat.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Baik SPHD maupun SPHE, setelah penggulungan panas konvensional dan pendinginan udara, menunjukkan mikrostruktur ferrit–pearlit yang khas dari baja karbon rendah: matriks ferritik dengan koloni pearlit yang terisolasi. Ukuran butir dan pita tergantung pada jadwal penggulungan dan laju pendinginan.
Efek pemrosesan: - Normalisasi: Menghasilkan ferrit/pearlit yang lebih halus dan lebih homogen dan dapat sedikit meningkatkan kekuatan dan ketangguhan; tidak umum diterapkan untuk lembaran yang dilas panas komersial kecuali ada persyaratan khusus. - Quench & temper: Tidak berlaku sebagai rute standar untuk kelas ini; mereka tidak dirancang untuk pengerasan melalui quench/tempering. - Kontrol termomekanis (penggulungan terkontrol): Jika diterapkan (lebih umum dalam HSLA), ini memperhalus ukuran butir dan dapat meningkatkan kekuatan dengan duktilitas yang dipertahankan. Untuk SPHE, kontrol proses yang lebih ketat dalam penggulungan dan pendinginan dapat menghasilkan mikrostruktur yang sedikit lebih seragam dan kinerja pembentukan dingin yang lebih baik dibandingkan dengan praktik penggulungan panas yang lebih dasar.
Implikasi untuk pembentukan: - Ferrit yang lebih halus dan lebih seragam dengan fraksi pearlit yang lebih rendah umumnya meningkatkan kinerja pembengkokan dingin dan mengurangi risiko retak tepi. Produsen yang memproduksi SPHE sering kali menargetkan kontrol proses yang menghasilkan mikrostruktur yang menguntungkan untuk aplikasi pembentukan.
4. Sifat Mekanis
Nilai yang dijamin secara tepat ditentukan dalam standar dan spesifikasi pembeli. Kecenderungan perbandingan tipikal dirangkum di bawah ini.
| Sifat | SPHD (tipikal) | SPHE (tipikal) | Komentar |
|---|---|---|---|
| Kekuatan tarik (Rm) | Moderat (cocok untuk lembaran struktural) | Moderat hingga sedikit lebih tinggi atau dikendalikan serupa | SPHE sering diproses untuk nilai tarik yang konsisten dengan toleransi yang lebih sempit. |
| Kekuatan hasil (Rp0.2) | Moderat | Moderat; mungkin sedikit lebih rendah untuk mendukung kemampuan dibentuk di beberapa lini produk | Produsen dapat mengontrol hasil untuk salah satu kelas tergantung pada penggunaan pembentukan yang dimaksudkan. |
| Peregangan (%) | Baik | Biasanya sama atau lebih baik (peregangan lebih tinggi mungkin) | SPHE sering ditentukan di mana peregangan yang lebih tinggi/kepatuhan dingin diperlukan. |
| Ketangguhan impak | Tipikal untuk baja ferrit–pearlit karbon rendah | Sebanding; dapat ditingkatkan dengan penggulungan terkontrol | Bukan pembeda utama pada suhu ambien kecuali ditentukan. |
| Kekerasan | Rendah–moderat | Rendah–moderat | Keduanya lembut dibandingkan dengan baja HSLA atau aloy. |
Mana yang lebih kuat/tangguh/ductile: - Tidak ada kelas yang dimaksudkan untuk menjadi baja berkekuatan tinggi; perbedaannya halus. SPHE sering diproduksi dengan kondisi proses yang memprioritaskan duktilitas dan peregangan yang konsisten untuk pembentukan dingin, sehingga biasanya berkinerja lebih baik dalam operasi pembengkokan/pembentukan yang menuntut. SPHD dapat ditentukan di mana kinerja struktural standar dan biaya diprioritaskan.
5. Kemampuan Dilas
Kedua kelas mudah dilas menggunakan proses fusi konvensional; kandungan karbon rendah dan paduan terbatas membuat persyaratan pemanasan awal/pemanasan setelahnya minimal dalam ketebalan yang tipikal.
Indeks kemampuan dilas yang berguna: - Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Rendah $CE_{IIW}$ dan rendah $P_{cm}$ menunjukkan kemampuan dilas yang baik dan risiko rendah retak dingin yang dibantu hidrogen. Baik SPHD maupun SPHE umumnya memberikan nilai rendah untuk indeks ini karena kandungan karbon yang rendah dan minimal paduan. - Perbedaan dalam kemampuan dilas antara SPHD dan SPHE kecil; namun, variasi dalam sulfur dan residu, kebersihan baja, dan kondisi permukaan dapat mempengaruhi kualitas las dan memerlukan perhatian terhadap bahan habis pakai dan parameter pengelasan. - Jika retak tepi selama pembentukan dingin menjadi perhatian, memilih kelas dengan kemampuan dibentuk dingin yang lebih baik (umumnya SPHE) dapat mengurangi kebutuhan untuk penyesuaian pembentukan sebelum atau setelah pengelasan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua SPHD dan SPHE adalah baja karbon non-stainless dan memerlukan perlindungan permukaan di lingkungan korosif.
- Metode perlindungan yang umum: galvanisasi celup panas, galvanisasi elektro, pelapisan lamela seng, pelapisan seng/flake, pengecatan dengan perlakuan awal yang sesuai, atau pelapisan tahan korosi tergantung pada paparan.
- PREN (Angka Setara Ketahanan Pitting) tidak berlaku karena ini adalah baja non-stainless. Untuk perbandingan, PREN hanya digunakan untuk aloy stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Catatan pemilihan: - Untuk layanan luar ruangan atau korosif, tentukan perlakuan permukaan dan sistem pelapisan; pemilihan baja dasar antara SPHD dan SPHE tidak memberikan perbedaan ketahanan korosi intrinsik.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk
- Pemotongan dan pemesinan: Kedua kelas diproses mirip dengan baja karbon ringan. Kekerasan yang lebih rendah meningkatkan umur alat dan kemampuan mesin. Pelumasan dan parameter pemotongan harus disesuaikan dengan kompleksitas bagian dan toleransi.
- Pembengkokan/pembentukan dingin: Di sinilah perbedaan praktis muncul. SPHE sering ditawarkan dengan kontrol yang lebih ketat terhadap kimia dan pemrosesan untuk mengoptimalkan kemampuan pembengkokan, mengurangi varians springback, dan meminimalkan retak tepi pada jari-jari yang ketat. SPHD berkinerja baik untuk pembengkokan umum tetapi mungkin menunjukkan sedikit penurunan ketahanan terhadap patah tepi saat dibentuk ke jari-jari kecil.
- Pencetakan/pembentukan dalam: SPHE lebih umum ditentukan untuk operasi pencetakan dalam dan pengurangan ketebalan yang parah karena peregangan yang dijamin lebih tinggi dan konsistensi kemampuan dibentuk.
- Finishing permukaan: Kelas SPHE yang dimaksudkan untuk pembentukan umumnya memiliki kontrol kondisi permukaan yang lebih ketat untuk menghindari kerusakan alat dan penolakan bagian.
Saran praktis: - Untuk bagian yang dicetak atau komponen dengan pembengkokan ketat, minta data pembentukan dari pabrik dan pertimbangkan percobaan. Tentukan jari-jari knockout, persiapan tepi, dan pelumasan untuk hasil yang optimal.
8. Aplikasi Tipikal
| SPHD — Penggunaan tipikal | SPHE — Penggunaan tipikal |
|---|---|
| Lembaran struktural umum dan fabrikasi ringan di mana kemampuan dibentuk standar dan biaya menjadi prioritas | Bagian otomotif yang dibentuk dingin, komponen yang dicetak dalam, dan aplikasi yang memerlukan kinerja tepi pembengkokan dingin yang lebih baik |
| Papan bodi biaya rendah untuk operasi pembentukan yang tidak kritis | Bagian yang ditekan dengan jari-jari ketat atau persyaratan peregangan tinggi (misalnya, rumah, braket) |
| Struktur yang dilas di mana kekuatan standar sudah memadai | Komponen yang memerlukan peregangan dan kualitas permukaan yang konsisten untuk pembentukan volume tinggi |
Alasan pemilihan: - Pilih SPHE ketika kinerja pembentukan, peregangan yang konsisten, dan risiko retak tepi yang berkurang adalah pendorong utama. - Pilih SPHD ketika biaya dan kinerja struktural umum adalah yang utama dan tingkat pembentukan sedang.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: Kedua kelas tersedia secara komersial dan bersaing dalam biaya. SPHE mungkin memerlukan premium yang moderat di beberapa pasar ketika pabrik menerapkan kontrol proses tambahan atau perlakuan kualitas permukaan yang ditujukan untuk kinerja pembentukan.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: Keduanya umumnya disuplai sebagai gulungan, lembaran, dan strip yang dilas panas. Ketersediaan tergantung pada portofolio pabrik dan permintaan regional—rantai pasokan otomotif sering kali mendorong volume produk yang diformulasikan SPHE yang lebih besar.
- Tip pengadaan: Untuk program volume tinggi, negosiasikan jadwal penggulungan pabrik dan minta laporan uji pabrik bersertifikat (MMTR) untuk mengunci komposisi dan toleransi mekanis.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | SPHD | SPHE |
|---|---|---|
| Kemampuan dilas | Luar biasa (rendah C, rendah aloy) | Luar biasa (rendah C, rendah aloy) |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Memadai untuk penggunaan struktural | Kekuatan serupa dengan umumnya duktilitas/kepatuhan yang lebih baik |
| Biaya | Sedikit lebih rendah di beberapa pasar | Premium sedikit untuk pemrosesan/kualitas pembentukan yang terkontrol |
Rekomendasi: - Pilih SPHE jika: Anda memerlukan kinerja pembentukan dingin yang lebih baik, peregangan yang dijamin lebih tinggi, kontrol yang lebih ketat pada sifat terkait pembentukan, atau pembengkokan jari-jari ketat dan pencetakan dalam yang sering. - Pilih SPHD jika: aplikasi Anda adalah fabrikasi struktural umum dengan pembentukan sedang, di mana biaya dan kinerja mekanis standar adalah kriteria utama.
Catatan akhir: Perbedaan antara SPHD dan SPHE halus dan sering kali terkait dengan pemrosesan pabrik dan toleransi spesifikasi daripada kimia yang sangat berbeda. Selalu minta penunjukan standar yang tepat, sertifikat pabrik, dan data pembentukan/pengelasan untuk batch gulungan atau lembaran tertentu untuk mengonfirmasi kesesuaian untuk proses yang dimaksudkan.