ST37 vs ST52 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
ST37 dan ST52 adalah kelas baja struktural Eropa yang sudah ada sejak lama yang masih ditemui oleh insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur dalam spesifikasi, sertifikat material, dan gambar lama. Dilema pemilihan biasanya berpusat pada trade-off antara kekuatan dan biaya, serta antara kemampuan pengelasan/formabilitas dan kinerja beban. Singkatnya: ST52 memberikan kekuatan dan kapasitas stres desain yang jauh lebih tinggi, sementara ST37 menawarkan kemudahan fabrikasi dan biaya material yang lebih rendah.
Kedua kelas ini biasanya dibandingkan karena mereka menempati posisi berdekatan dalam keluarga baja struktural: satu adalah baja karbon yang dapat dikerjakan dengan baik dengan kekuatan lebih rendah yang cocok untuk konstruksi umum; yang lainnya adalah baja struktural dengan kekuatan lebih tinggi yang dimaksudkan di mana sifat hasil/tensil yang lebih tinggi mengurangi ukuran penampang atau berat mati. Memahami komposisi, mikrostruktur, respons perlakuan panas, dan implikasi fabrikasi sangat penting untuk menentukan kelas yang tepat untuk aplikasi tertentu.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar Sejarah/Regional:
- DIN 17100: penunjukan ST37, ST52 asli (standar Jerman yang lebih tua).
- EN 10025: ekuivalen Eropa modern (misalnya, seri S235 ≈ ST37; seri S355 ≈ ST52 dalam praktik teknik).
- ASTM/ASME: tidak ada satu-satu langsung (ASTM A36, A572 grade 50 adalah ekuivalen fungsional yang mendekati).
- JIS/GB: sistem yang berbeda; ekuivalen lokal bervariasi dan memerlukan referensi silang.
- Klasifikasi berdasarkan jenis:
- ST37: baja struktural karbon/low-alloy biasa (bukan stainless, bukan alat).
- ST52: baja karbon/low-alloy struktural dengan kekuatan lebih tinggi (sering kali termomekanis atau mikroaloy untuk meningkatkan hasil).
- Keduanya bukan baja stainless atau baja alat; mereka biasanya dianggap sebagai baja karbon/mikroaloy kelas konstruksi (perilaku mirip HSLA dalam ekuivalen modern).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah jendela komposisi tipikal yang digunakan untuk panduan rekayasa umum. Batasan yang tepat tergantung pada sub-kelas spesifik, pemasok, dan standar yang berlaku; anggap angka-angka tersebut sebagai rentang persentase massa yang representatif untuk varian komersial umum.
| Elemen | ST37 Tipikal (representatif) | ST52 Tipikal (representatif) |
|---|---|---|
| C | ≤ ~0.17–0.20 % | ≤ ~0.20–0.24 % |
| Mn | ≤ ~1.40 % | ≤ ~1.40–1.60 % |
| Si | ≤ ~0.40 % | ≤ ~0.20–0.50 % |
| P | ≤ 0.035 % (maks) | ≤ 0.035 % (maks) |
| S | ≤ 0.035 % (maks) | ≤ 0.035 % (maks) |
| Cr | ≤ 0.30 % | jejak hingga ≤ 0.30 % |
| Ni | jejak | jejak |
| Mo | jejak | jejak |
| V | biasanya tidak ada | kemungkinan mikroaloying (≤ 0.10 %) |
| Nb | biasanya tidak ada | kemungkinan mikroaloying (≤ 0.05 %) |
| Ti | biasanya tidak ada | kemungkinan jejak |
| B | jejak jika ada | jejak jika ada |
| N | jejak | jejak |
Strategi paduan dan efek: - ST37: komposisi menekankan karbon yang sangat rendah dan paduan minimal—ditujukan untuk pengelasan yang baik, duktilitas, dan pemrosesan hot-rolled yang sederhana. - ST52: karbon sedikit lebih tinggi dan penambahan yang terkontrol (atau mikroaloying dengan V/Nb/Ti) dan kontrol yang lebih ketat pada Mn/Si menghasilkan kekuatan hasil dan tensil yang lebih tinggi dengan mempromosikan mikrostruktur ferrit-perlit yang lebih halus dan penguatan presipitasi; perubahan ini meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan dengan biaya formabilitas/pengelasan yang sedikit berkurang dibandingkan dengan ST37.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur tipikal (seperti hot-rolled):
- ST37: ferrit kasar hingga halus dan perlit tergantung pada laju pendinginan; sebagian besar matriks ferritik dengan kandungan perlit rendah. Mikrostruktur ini toleran terhadap fabrikasi dan pengelasan standar.
- ST52: campuran ferrit-perlit atau ferrit-bainit yang lebih halus, terutama ketika mikroaloying atau diproduksi dengan proses kontrol termomekanis (TMCP). Presipitasi karbida/niobium/titanium karbonit yang sangat halus dalam varian mikroaloy membantu meningkatkan kekuatan hasil.
- Respons perlakuan panas:
- Normalisasi/memperhalus ukuran butir: Kedua kelas mendapatkan manfaat dari normalisasi pada komponen kritis untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan; ST52 biasanya menunjukkan peningkatan kekuatan yang lebih besar dari pendinginan terkontrol (TMCP) dan normalisasi.
- Quenching & tempering: Tidak ada praktik standar untuk kelas ini dalam penggunaan struktural; mengubah salah satu menjadi kondisi quench dan temper mungkin dilakukan tetapi akan mengubah penunjukan dan sifat—pendekatan modern untuk kekuatan lebih tinggi untuk baja struktural adalah TMCP dan mikroaloying daripada siklus pengerasan-tempering.
- Proses termomekanis: Baja setara ST52 sering diproduksi dengan TMCP untuk mendapatkan kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan yang dapat diterima; ST37 biasanya menerima proses hot-rolling yang lebih sederhana dengan penguatan yang lebih sedikit dari deformasi terkontrol.
4. Sifat Mekanis
Rentang sifat mekanis representatif untuk panduan desain (nilai sertifikat aktual bervariasi dengan ketebalan, perlakuan panas, dan sub-kelas).
| Sifat | ST37 (representatif) | ST52 (representatif) |
|---|---|---|
| Kekuatan Hasil Minimum (Rp0.2) | ~235 MPa | ~355 MPa |
| Kekuatan Tarik (Rm) | ~360–510 MPa | ~510–680 MPa |
| Peregangan (A, % pada 50 mm) | ≥ ~22–26 % | ≥ ~16–22 % |
| Ketangguhan Impak (pengujian tipikal) | 20–27 J pada +20 °C (bervariasi) | 27 J pada −20 °C (varian J2) mungkin |
| Kekerasan (HB) | ~120–160 HB | ~150–220 HB (lebih tinggi karena kekuatan) |
Interpretasi: - ST52 jelas merupakan kelas yang lebih kuat (kekuatan hasil dan tensil lebih tinggi). Peningkatan kekuatan itu berasal dari kontrol komposisi dan pemrosesan (TMCP, mikroaloying). - ST37 umumnya lebih duktil dan lebih mudah untuk dideformasi secara plastis; sering kali menunjukkan ketangguhan yang sebanding atau memadai untuk aplikasi struktural pada suhu ambien. - Ketangguhan sangat bergantung pada sub-kelas (misalnya, varian J0, J2), ketebalan, dan perlakuan panas; banyak baja setara ST52 tersedia dengan sifat impak yang ditingkatkan pada suhu di bawah nol.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan tergantung pada kandungan karbon, ekuivalen karbon, dan keberadaan elemen mikroaloying yang meningkatkan kemampuan pengerasan. Indeks yang berguna:
-
Ekuivalen karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm (Ito-Bessyo): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - ST37 umumnya memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah dibandingkan ST52 karena kandungan karbon yang lebih rendah dan elemen paduan yang lebih sedikit yang meningkatkan kemampuan pengerasan; oleh karena itu lebih mudah untuk dilas dengan pemanasan awal yang lebih rendah dan risiko retak dingin yang lebih sedikit. - Mikroaloying ST52 atau sedikit lebih tinggi C dan Mn meningkatkan kemampuan pengerasan; ini meningkatkan risiko mikrostruktur martensitik keras di zona yang terpengaruh panas (HAZ) di bawah pendinginan cepat, memerlukan pemanasan awal yang terkontrol, suhu antar-passing, dan mungkin perlakuan panas pasca-las (PWHT) pada bagian yang lebih tebal. - Untuk struktur las yang kritis, lakukan penilaian kemampuan pengelasan berdasarkan komposisi dan ketebalan yang diukur menggunakan ambang batas $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, dan sertakan spesifikasi prosedur pengelasan yang sesuai (PQR/WPS).
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik ST37 maupun ST52 adalah baja karbon non-stainless dan rentan terhadap korosi umum dan atmosfer.
- Strategi perlindungan tipikal:
- Galvanisasi celup panas untuk komponen yang terpapar luar/penyimpanan.
- Pelapis organik (primer epoksi, lapisan atas poliuretan) untuk meningkatkan estetika dan ketahanan korosi.
- Metalisasi (semprotan termal) atau anoda korosif di lingkungan agresif.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja karbon non-stainless. Untuk baja stainless atau duplex, seseorang akan menggunakan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ tetapi indeks ini tidak berlaku untuk material ST37/ST52.
7. Fabrikasi, Kemudahan Mesin, dan Formabilitas
- Formabilitas:
- ST37: formabilitas dingin dan kinerja pembengkokan yang lebih baik karena kekuatan hasil yang lebih rendah dan peregangan yang lebih tinggi; lebih mudah untuk digulung, ditekan, dan dibentuk.
- ST52: formabilitas berkurang; springback lebih tinggi dan jari-jari bengkok minimum lebih besar untuk ketebalan yang sama.
- Kemudahan mesin:
- Baja mikroaloy dengan kekuatan lebih tinggi (ST52) sering kali lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja dengan kekuatan lebih rendah; keausan alat mungkin meningkat karena kekuatan tarik yang lebih tinggi dan fase keras.
- Kedua kelas merespons dengan baik terhadap cairan pemotong dan praktik alat standar; pemilihan kecepatan dan umpan pemotongan harus mempertimbangkan perbedaan kekuatan.
- Penyambungan dan penyelesaian:
- ST37: pemotongan ulir, pengeboran dingin, dan operasi pembentukan cukup sederhana.
- ST52: mungkin memerlukan alat dan kapasitas tekan yang lebih kuat; pembuatan lubang dan pemotongan ulir mungkin memerlukan alat yang lebih kuat dan umpan yang lebih lambat.
8. Aplikasi Tipikal
| ST37 (penggunaan tipikal) | ST52 (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Anggota struktural umum: balok, kolom, purlin untuk beban non-kritis | Anggota struktural kekuatan tinggi: rel crane, balok berat di mana pengurangan penampang sangat penting |
| Struktur sekunder, rangka, komponen sasis non-kritis | Rangka tekanan las, rangka mesin berat, komponen lift |
| Pipa untuk layanan tekanan rendah, bagian yang diproduksi secara umum | Aplikasi yang memerlukan kapasitas beban lebih tinggi dengan ketebalan penampang yang berkurang (misalnya, sasis truk, komponen jembatan) |
| Fabrikasi di mana biaya dan kemudahan pengelasan/pembentukan menjadi prioritas | Aplikasi di mana pengurangan berat, faktor keselamatan yang lebih tinggi, atau penampang yang lebih kecil diperlukan |
Rasional pemilihan: - Pilih ST37 ketika kemudahan fabrikasi, biaya, dan ketangguhan suhu ambien yang memadai mendominasi. Pilih ST52 ketika desain memerlukan kekuatan hasil yang lebih tinggi untuk mengurangi ukuran penampang atau memenuhi kriteria beban/kekakuan yang lebih tinggi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: ST37 biasanya lebih murah per ton dibandingkan ST52 karena kimia yang lebih sederhana dan jalur produksi yang lebih luas. ST52 memerlukan biaya lebih tinggi untuk pemrosesan kekuatan lebih tinggi dan kemungkinan mikroaloying.
- Ketersediaan: Kedua kelas atau ekuivalen EN modern mereka (keluarga S235 / S355) tersedia secara luas dalam pelat, gulungan, bentuk struktural, dan lembaran; ketersediaan berdasarkan ketebalan dan sub-kelas (varian yang diuji impak) tergantung pada penawaran pabrik dan rantai pasokan regional.
- Tip pengadaan: tentukan kriteria penerimaan kimia dan mekanis serta suhu ketangguhan yang diperlukan pada pesanan pembelian untuk menghindari ambiguitas antara nama ST lama dan penunjukan EN saat ini.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Metrik | ST37 | ST52 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Luar biasa (CE lebih rendah) | Baik hingga sedang (memerlukan kontrol) |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan lebih rendah, duktilitas/kedalaman tinggi | Kekuatan lebih tinggi, ketangguhan baik jika ditentukan dan diproses |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Kesimpulan dan rekomendasi langsung: - Pilih ST37 jika Anda mengutamakan kemudahan fabrikasi, biaya lebih rendah, dan kemampuan pengelasan/formabilitas yang baik untuk aplikasi struktural umum dan non-kritis di mana kekuatan hasil yang lebih rendah dapat diterima. - Pilih ST52 jika Anda memerlukan kekuatan hasil dan tensil yang lebih tinggi untuk mengurangi ukuran penampang atau berat, atau untuk memenuhi persyaratan beban atau kelelahan yang lebih tinggi—menerima biaya material yang lebih tinggi dan kebutuhan untuk prosedur pengelasan dan pembentukan yang lebih terkontrol.
Langkah praktis selanjutnya untuk spesifikasi: - Selalu lakukan referensi silang penunjukan ST lama dengan standar saat ini (misalnya, S235 / S355) dan minta sertifikat uji pabrik yang menunjukkan kimia dan sifat mekanis. - Untuk komponen las, tebal, atau layanan dingin, hitung indeks ekuivalen karbon dan tentukan pemanasan awal pengelasan/PWHT dan persyaratan impak yang relevan. - Ketika ragu, lakukan analisis trade-off sederhana (pengurangan massa vs. biaya fabrikasi vs. premi material) dan lakukan kualifikasi prosedur las jika diperlukan oleh kode atau kontrak.