SPRC440 vs SPRC590 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur umumnya menghadapi pilihan antara dua baja struktural berkekuatan tinggi: SPRC440 dan SPRC590. Memutuskan antara keduanya biasanya melibatkan keseimbangan antara kekuatan yang lebih tinggi dengan batasan fabrikasi dan kemampuan pengelasan, atau menukar biaya material dan pemrosesan yang lebih rendah untuk ketangguhan dan kemampuan bentuk yang lebih baik.
Perbedaan utama antara SPRC440 dan SPRC590 adalah peningkatan kekuatan nominal untuk SPRC590, yang dicapai melalui paduan dan kontrol termomekanik daripada perubahan dalam metalurgi dasar. Karena kedua kelas ini digunakan untuk aplikasi struktural yang menanggung beban, mereka dibandingkan ketika desainer perlu mengoptimalkan berat, ukuran penampang, prosedur pengelasan, dan biaya rantai pasokan.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar dan penunjukan regional yang mungkin relevan saat menentukan atau mencari kelas ini termasuk:
- GB (Cina) — SPRC umumnya ditemukan dalam nomenklatur Cina untuk baja tekanan/plat struktural.
- JIS (Jepang), EN (Eropa), dan ASTM/ASME (AS) — tidak ada satu setara global 1:1 yang dijamin; pengguna harus memeriksa sertifikat material produsen dan tabel ekivalensi.
- Klasifikasi:
- Kedua SPRC440 dan SPRC590 paling baik dikategorikan sebagai baja struktural paduan rendah berkekuatan tinggi (HSLA) (karbon rendah, mikro paduan) daripada baja tahan karat, alat, atau baja karbon klasik.
- Mereka ditujukan untuk aplikasi di mana kekuatan hasil dan tarik yang lebih tinggi diperlukan tanpa harus menggunakan baja alat yang dikuatkan dan ditempa.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut merangkum keberadaan relatif elemen paduan umum. Kimia absolut bervariasi menurut pemasok dan spesifikasi; konsultasikan sertifikat pabrik untuk keputusan pembelian.
| Elemen | SPRC440 (strategi tipikal) | SPRC590 (strategi tipikal) |
|---|---|---|
| C | Terkontrol, rendah–sedang (mempertahankan kemampuan pengelasan dan ketangguhan) | Sedikit lebih tinggi atau serupa (kontrol ketat untuk meningkatkan kekuatan) |
| Mn | Sedang (Mn membantu kekerasan dan kekuatan) | Sedang hingga tinggi (mendukung kekuatan yang lebih tinggi) |
| Si | Rendah hingga sedang (deoksidasi; penguatan kecil) | Rendah hingga sedang |
| P | Terkontrol rendah (kotoran) | Terkontrol rendah |
| S | Terkontrol rendah (kotoran) | Terkontrol rendah |
| Cr | Jejak hingga rendah (jika ada, meningkatkan kekerasan) | Rendah (mungkin sedikit lebih tinggi dari SPRC440 di beberapa kelas) |
| Ni | Biasanya rendah/tidak ada | Biasanya rendah/tidak ada |
| Mo | Jejak hingga rendah (jika ada untuk kekerasan/ketangguhan) | Jejak hingga rendah (mungkin digunakan dalam beberapa formulasi) |
| V (vanadium) | Mikro paduan ada di beberapa varian (perbaikan butir, penguatan presipitasi) | Lebih mungkin digunakan pada tingkat mikro paduan yang lebih tinggi untuk meningkatkan kekuatan |
| Nb (niobium) | Paduan mikro yang mungkin (meningkatkan perbaikan butir) | Lebih umum atau lebih berat dipaduan mikro untuk kekuatan tambahan |
| Ti | Jejak yang mungkin (deoksidasi, mikro paduan) | Penggunaan jejak yang serupa |
| B | Penambahan jejak mungkin untuk kontrol kekerasan (tingkat ppm) | Mungkin digunakan secara strategis dalam beberapa kimia pabrik |
| N | Terkontrol, biasanya rendah (mempengaruhi presipitasi dan ketangguhan) | Terkontrol rendah |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Karbon dan mangan terutama mengontrol kekuatan dasar dan kekerasan: kandungan yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan keuletan jika tidak dikontrol. - Elemen mikro paduan (V, Nb, Ti) memperhalus ukuran butir dan menciptakan penguatan presipitasi selama penggulungan dan penempaan yang terkontrol; mereka meningkatkan kekuatan hasil tanpa kehilangan ketangguhan yang proporsional. - Jumlah kecil Cr dan Mo meningkatkan kekerasan dan dapat membantu mempertahankan ketangguhan pada tingkat kekuatan yang lebih tinggi. - Sulfur dan fosfor dijaga rendah untuk mempertahankan ketangguhan dan ketahanan kelelahan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Keluarga mikrostruktur tipikal untuk baja HSLA ini: - Sebagai digulung / dinormalisasi: mikrostruktur ferit–pearlit dengan butir yang diperhalus; mikro paduan dapat menghasilkan karbida/nitrida halus yang memperkuat matriks. - Quench & temper (jika diterapkan): mikrostruktur martensit / bainit yang ditempa dengan kekuatan lebih tinggi tetapi keuletan lebih rendah dibandingkan kondisi dinormalisasi.
Respons komparatif: - SPRC440: dirancang untuk mencapai sifat yang diperlukan dengan penggulungan dan pendinginan yang terkontrol (pemrosesan termomekanik) untuk menghasilkan campuran ferit–pearlit atau ferit–bainit yang baik. Karena kekuatan targetnya lebih moderat, mencapai keseimbangan yang baik antara keuletan dan ketangguhan cukup mudah. - SPRC590: memerlukan baik kandungan mikro paduan yang lebih tinggi dan/atau rute termomekanik yang lebih kuat (kecepatan pendinginan yang lebih cepat atau jadwal penggulungan yang lebih ketat) untuk meningkatkan kekuatan hasil/tarik. Mikrostruktur cenderung menuju ferit poligonal yang lebih halus dengan kepadatan dislokasi yang lebih tinggi dan penguatan presipitasi yang lebih banyak, atau mungkin mengandung konstituen bainitik tergantung pada pemrosesan.
Perlakuan panas: - Normalisasi umumnya memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan; cocok untuk kedua kelas. - Quenching dan tempering kurang umum untuk baja struktural SPRC yang tipikal tetapi dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan lebih jauh; ini akan mengurangi keuletan dan meningkatkan kekerasan. - Pemrosesan termomekanik yang terkontrol (TMCP) adalah rute industri yang disukai untuk kekuatan tinggi dengan ketangguhan yang dipertahankan di kedua kelas, terutama SPRC590.
4. Sifat Mekanik
Karena minimum sifat mekanik yang dipublikasikan tergantung pada spesifikasi dan pemasok, tabel berikut memberikan perilaku kualitatif komparatif daripada nilai absolut.
| Sifat | SPRC440 | SPRC590 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Tinggi (cocok untuk banyak penggunaan struktural) | Lebih tinggi (kekuatan tarik yang lebih tinggi untuk mendukung desain penampang yang lebih kecil) |
| Kekuatan hasil | Sedang-tinggi | Tinggi (secara signifikan lebih tinggi dari SPRC440) |
| Peregangan (keuletan) | Keuletan yang lebih baik (lebih banyak ruang untuk pembentukan) | Peregangan lebih rendah (kurang ulet pada suhu kamar) |
| Ketangguhan impak | Baik, terutama saat dinormalisasi atau digulung terkontrol | Dapat baik jika diproses dengan hati-hati, tetapi lebih sensitif terhadap input panas dan mikrostruktur |
| Kekerasan | Sedang | Lebih tinggi (mencerminkan peningkatan kekuatan) |
Mengapa SPRC590 lebih kuat: - Peningkatan kekuatan diperoleh melalui peningkatan mikro paduan, kontrol yang lebih ketat dari ekuivalen karbon, dan TMCP yang memperhalus butir dan meningkatkan penguatan dislokasi/presipitasi. Mekanisme ini meningkatkan kekuatan hasil dan tarik sambil berusaha menjaga ketangguhan tetap dapat diterima.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan tergantung pada kandungan karbon, ekuivalen karbon (kekerasan), dan penambahan mikro paduan. Rumus empiris yang berguna untuk penilaian kualitatif:
-
Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Rumus Pcm internasional (kualitatif): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi (kualitatif): - SPRC440: ekuivalen karbon lebih rendah rata-rata; umumnya lebih mudah untuk dilas dengan prosedur standar dan praktik pemanasan awal. Risiko pengerasan HAZ (zona yang terpengaruh panas) lebih rendah jika kontrol kelembapan dan prosedur yang sesuai digunakan. - SPRC590: kekerasan yang lebih tinggi karena kandungan paduan yang sedikit lebih tinggi dan mikro paduan. Ini meningkatkan risiko pembentukan martensit HAZ dan retak dingin kecuali dikontrol (pemanasan awal, suhu antar proses, bahan habis pakai hidrogen rendah). Kualifikasi prosedur pengelasan lebih kritis untuk SPRC590.
Panduan praktis: - Gunakan bahan habis pakai hidrogen rendah dan suhu pemanasan awal/suhu antar proses yang terkontrol untuk SPRC590. - Lakukan PWHT hanya jika perlu dan ditentukan; banyak baja struktural dilas tanpa PWHT tetapi dengan kontrol termal yang hati-hati. - Evaluasi desain sambungan untuk meminimalkan ketebalan yang memerlukan penetrasi dalam yang dapat memperburuk pengerasan HAZ.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua SPRC440 dan SPRC590 adalah baja karbon/paduan yang tidak tahan karat. Mereka tidak memberikan ketahanan korosi bawaan seperti kelas tahan karat.
- Strategi perlindungan korosi yang tipikal:
- Galvanisasi celup panas untuk perlindungan korosi atmosfer pada bagian yang dibuat.
- Pelapis organik (cat, lapisan bubuk) dan primer untuk anggota struktural.
- Metalisasi atau pelapis khusus untuk lingkungan yang agresif.
- Rumus PREN dan indeks tahan karat: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- PREN tidak berlaku untuk SPRC440/590 karena mereka bukan baja tahan karat. Gunakan PREN hanya saat mengevaluasi paduan stainless austenitik/dupleks.
Pertimbangan desain: - Untuk lingkungan korosif atau laut, pertimbangkan untuk menentukan pelapis pelindung atau memilih paduan tahan korosi daripada baja karbon/paduan ini. - Pengelasan mengkompromikan ketahanan korosi lokal karena penghilangan pelapis; rencanakan prosedur penyelesaian dan perbaikan.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan mesin:
- SPRC440: biasanya lebih mudah untuk diproses karena keseimbangan kekerasan dan ketangguhan yang lebih rendah; umur alat lebih baik dibandingkan dengan baja berkekuatan tinggi.
- SPRC590: kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi mengurangi kemampuan mesin; mungkin memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih lambat, alat yang lebih kuat, dan penggunaan pendingin yang lebih berat.
- Kemampuan bentuk dan pembentukan dingin:
- SPRC440: peregangan yang lebih besar dan kekuatan hasil yang lebih rendah membuatnya lebih baik untuk pembengkokan, penarikan dalam, dan operasi pembentukan dingin.
- SPRC590: kemampuan bentuk terbatas—pemulihan lebih besar dan jari-jari bengkok minimum meningkat; pembentukan panas atau operasi penyesuaian mungkin diperlukan untuk bentuk yang kompleks.
- Penyelesaian permukaan:
- Kekerasan yang lebih tinggi di SPRC590 dapat meningkatkan keausan abrasif pada alat penyelesaian; siklus penyelesaian tambahan mungkin diperlukan untuk memenuhi toleransi permukaan yang ketat.
8. Aplikasi Tipikal
| SPRC440 — Penggunaan Tipikal | SPRC590 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Komponen struktural beban sedang, rangka, pelat penopang, dan fabrikasi umum di mana ketangguhan dan kemampuan bentuk yang baik diperlukan | Anggota struktural berkekuatan tinggi, crane, rangka mesin berat, balok beban tinggi di mana pengurangan ketebalan penampang atau penghematan berat sangat penting |
| Subframe dan komponen otomotif (di mana keseimbangan kekuatan-keuletan diperlukan) | Anggota struktural di jembatan, platform lepas pantai, dan peralatan berat di mana kekuatan hasil yang tinggi ditentukan |
| Bagian tekanan dan komponen keausan sedang dengan pelapis pelindung | Aplikasi yang menuntut kekuatan desain tinggi dengan kontrol prosedur pengelasan yang hati-hati |
Rasional pemilihan: - Pilih SPRC440 untuk aplikasi yang memprioritaskan kemudahan fabrikasi, pembengkokan/pembentukan, dan di mana persyaratan kekuatan sedang. - Pilih SPRC590 ketika pengurangan berat, penampang yang lebih kecil, atau memenuhi persyaratan kekuatan hasil/tarik yang lebih tinggi menjadi pendorong utama. Harapkan kontrol pengelasan dan fabrikasi yang lebih ketat.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif:
- SPRC440: umumnya biaya material lebih rendah dan biaya pemrosesan lebih rendah (lebih mudah untuk mesin/bentuk), sehingga total biaya bagian lebih rendah untuk banyak perakitan.
- SPRC590: biaya material lebih tinggi karena peningkatan kandungan paduan dan produksi/perlakuan yang lebih menuntut, ditambah biaya fabrikasi yang lebih tinggi.
- Ketersediaan:
- Kedua kelas umumnya diproduksi dalam bentuk pelat, gulungan, dan lembaran oleh pabrik besar, tetapi ketersediaan tergantung pada wilayah dan inventaris pemasok. SPRC590 mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama atau jumlah pesanan minimum untuk ketebalan atau kondisi temper tertentu.
Tips pengadaan: - Minta laporan uji pabrik bersertifikat (MTR) untuk mengonfirmasi kimia dan sifat mekanik. - Tentukan prasyarat pengelasan dan fabrikasi (maksimum ekuivalen karbon, suhu pemanasan awal, bahan habis pakai) dalam dokumen pembelian untuk menghindari kejutan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | SPRC440 | SPRC590 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Baik (lebih mudah dilas dengan praktik standar) | Berkurang (memerlukan kontrol dan prosedur yang lebih ketat) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang (keuletan dan kemampuan bentuk yang lebih baik) | Kekuatan lebih tinggi (ketangguhan dapat dicapai tetapi lebih sensitif terhadap proses) |
| Biaya | Biaya total lebih rendah untuk banyak aplikasi | Biaya material dan fabrikasi lebih tinggi |
Rekomendasi penutup: - Pilih SPRC440 jika Anda memerlukan baja struktural yang seimbang dengan kemampuan bentuk yang lebih baik dan pengelasan yang lebih mudah, dan jika desain komponen dapat memenuhi persyaratan kekuatan tanpa menggunakan kelas kekuatan tertinggi. - Pilih SPRC590 jika desain Anda menuntut kekuatan hasil/tarik yang lebih tinggi untuk mengurangi ukuran penampang atau berat dan Anda dapat mengakomodasi kontrol pengelasan dan fabrikasi yang lebih ketat, biaya material yang lebih tinggi, dan potensi jaminan kualitas yang lebih ketat.
Catatan akhir: Penunjukan SPRC dapat bervariasi menurut sumber dan spesifikasi. Selalu verifikasi sertifikat kimia dan mekanik pemasok dan kualifikasi prosedur pengelasan untuk lot dan ketebalan spesifik yang Anda beli.