SUP10 vs SUP11 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur umumnya menghadapi pilihan antara kelas baja karbon yang saling terkait ketika menyeimbangkan biaya, kemampuan dibentuk, kemampuan dilas, dan kekuatan saat digunakan. SUP10 dan SUP11 adalah dua penunjukan baja karbon yang berorientasi JIS yang sering dipertimbangkan untuk komponen struktur umum, bagian yang dimesin, dan fitting yang diberi beban sedang. Dilema pemilihan biasanya berputar di sekitar trade-off seperti kemampuan dilas versus kekuatan tarik, kemampuan mesin versus ketangguhan, dan biaya pembelian versus margin kinerja.

Faktor pembeda utama antara SUP10 dan SUP11 adalah strategi paduan mereka yang berfokus pada kandungan mangan: satu kelas ditentukan dengan tingkat mangan yang lebih rendah sementara yang lainnya ditentukan dengan tingkat mangan yang lebih tinggi. Perbedaan yang disengaja itu mengubah kemampuan pengerasan, kekuatan, dan respons terhadap perlakuan panas, itulah sebabnya kedua kelas ini sering dibandingkan oleh desainer dan pembuat.

1. Standar dan Penunjukan

• JIS: SUP10, SUP11 — Nama standar industri Jepang yang digunakan untuk baja karbon biasa yang dimaksudkan untuk penggunaan struktural dan mekanis umum.
• ASTM/ASME: Material yang sebanding biasanya ditemukan di antara penunjukan baja karbon biasa (misalnya, seri AISI/SAE), tetapi referensi silang langsung tergantung pada batas komposisi tertentu dan tidak selalu satu banding satu.
• EN: Peran serupa dimainkan oleh baja karbon biasa kelas C EN (misalnya, Cxx.x), dengan pemilihan yang memerlukan pencocokan batas kimia dan sifat mekanis.
• GB (Cina): Kelas baja karbon biasa yang setara ada dalam standar GB; pencocokan memerlukan pemeriksaan kriteria kimia dan mekanis.
• Kategori: Baik SUP10 maupun SUP11 adalah baja karbon biasa (bukan stainless, HSLA, atau baja alat). Mereka kadang-kadang dapat dianggap sebagai baja karbon ringan/sedang tergantung pada kandungan karbon yang ditentukan dan aplikasi yang dimaksudkan.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Catatan: - Kedua kelas adalah baja karbon biasa berdasarkan filosofi paduan. Perbedaan utama yang disengaja adalah kandungan mangan: kelas dengan mangan lebih tinggi akan menunjukkan peningkatan kemampuan pengerasan dan kecenderungan pengerasan kerja. - Peran paduan: - Karbon: kontributor utama kekuatan dan kemampuan pengerasan. - Mangan: meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan tarik, dan rasio tarik terhadap hasil; juga bertindak sebagai deoksidizer dan melawan embrittlement akibat belerang. - Silikon: biasanya hadir pada tingkat rendah untuk deoksidasi; penguatan solid-solution minor. - Unsur jejak dan impuritas (P, S) dikontrol untuk menjaga ketangguhan dan kemampuan mesin.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Di bawah kondisi fabrikasi dan normalisasi yang tipikal, baik SUP10 maupun SUP11 mengembangkan mikrostruktur ferrit–pearlit yang khas dari baja karbon rendah hingga sedang. - Kelas dengan kandungan mangan lebih tinggi cenderung meningkatkan fraksi pearlit dan sedikit memperhalus jarak antar lapisan pearlit/ferrit, memberikan kekuatan yang lebih tinggi saat digulung/dikeraskan dan potensi pengurangan ketangguhan dibandingkan dengan kelas mangan lebih rendah.

Respons perlakuan panas: - Normalisasi: Kedua kelas merespons normalisasi dengan menghasilkan struktur ferrit–pearlit yang lebih seragam; kelas mangan lebih tinggi mencapai kekerasan dan kekuatan yang sedikit lebih tinggi untuk siklus yang sama. - Pendinginan & tempering: Karena tidak ada kelas yang merupakan baja paduan tinggi, pengerasan dalam yang terbatas, tetapi kelas mangan lebih tinggi menunjukkan peningkatan kemampuan pengerasan dan dapat mencapai kekuatan lebih tinggi setelah siklus pendinginan dan tempering dibandingkan dengan varian mangan lebih rendah. - Pemrosesan termo-mekanis: Penggulungan terkontrol atau pendinginan terkontrol akan menonjolkan perbedaan; kelas mangan lebih tinggi lebih mudah mencapai tingkat hasil dan tarik yang lebih tinggi dari pemrosesan yang sama karena pengaruhnya yang lebih kuat pada kemampuan pengerasan dan pengerasan kerja.

4. Sifat Mekanis

Penjelasan: - Kandungan mangan yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan, sehingga SUP11 umumnya akan memberikan kekuatan tarik dan hasil yang lebih tinggi dalam kondisi yang sebanding. Peningkatan itu sering kali disertai dengan trade-off yang moderat dalam peregangan dan ketangguhan impak jika semua faktor lain sama. - Angka sifat mekanis yang sebenarnya tergantung pada komposisi yang tepat, bentuk produk (batang, pelat), dan riwayat perlakuan panas/pemrosesan. Untuk pengadaan dan penerimaan, tentukan sifat mekanis yang diperlukan dalam dokumen pembelian daripada hanya mengandalkan nama kelas saja.

5. Kemampuan Dilas

Kemampuan dilas tergantung terutama pada ekuivalen karbon dan kontributor mikro-paduan/kekuatan pengerasan. Indeks umum yang digunakan untuk menilai risiko retak las termasuk ekuivalen karbon IIW dan Pcm yang dimodifikasi.

Contoh rumus: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi (kualitatif): - Mangan yang lebih tinggi di SUP11 meningkatkan indeks ekuivalen karbon relatif terhadap SUP10, menunjukkan kecenderungan yang lebih besar untuk pengerasan di zona yang terpengaruh panas (HAZ) dan oleh karena itu risiko retak dingin yang lebih tinggi di bawah kondisi pengelasan yang sebanding. - Kedua kelas umumnya dapat dilas menggunakan prosedur standar, tetapi SUP11 mungkin memerlukan praktik pengelasan yang lebih konservatif: pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, bahan habis pakai rendah-hidrogen, atau perlakuan panas pasca-las tergantung pada ketebalan bagian dan batasan. - Ketidakhadiran elemen paduan yang signifikan (Cr/Mo/Ni) membuat kedua kelas lebih mudah dilas dibandingkan baja paduan, tetapi perbedaan mangan mengontrol risiko pengelasan relatif.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kelas ini adalah baja karbon biasa (non-stainless). Ketahanan terhadap korosi atmosfer dan air terbatas dan bergantung pada perlindungan permukaan.
• Perlindungan tipikal: pengecatan, pelapisan bubuk, galvanisasi celup panas, elektroplating, atau minyak/lemak untuk perlindungan sementara.
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja karbon non-stainless; untuk referensi dalam paduan stainless:
• $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Penggunaan PREN hanya berarti untuk paduan tahan korosi yang mengandung kromium dan molibdenum, bukan untuk SUP10/SUP11.
• Panduan pemilihan: Untuk lingkungan korosif, pilih perlindungan permukaan atau alternatif stainless/HSLA daripada mengandalkan variasi antara SUP10 dan SUP11.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Kemampuan mesin: Dikendalikan terutama oleh kandungan belerang dan timbal (jika ada). Baik SUP10 maupun SUP11 tidak secara inheren merupakan kelas pemotongan bebas kecuali diproduksi secara khusus dengan belerang/timbal yang lebih tinggi. Mangan yang lebih tinggi dapat sedikit mengurangi kemampuan mesin dengan meningkatkan pengerasan kerja.
• Kemampuan dibentuk/kelenturan: Kelas mangan lebih rendah (SUP10) umumnya akan dibentuk dan dibengkokkan dengan lebih sedikit masalah dan margin peregangan yang lebih baik. Kelas mangan lebih tinggi (SUP11) mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau regangan yang lebih rendah untuk menghindari retak dalam operasi pembentukan yang ketat.
• Pemotongan dan penyelesaian: Keduanya dapat diproses dengan baik menggunakan alat konvensional; umur alat mungkin sedikit meningkat pada kelas kekuatan lebih rendah. Penyelesaian permukaan dan kontrol chip lebih bergantung pada kandungan belerang dan parameter proses daripada hanya perbedaan mangan.

8. Aplikasi Tipikal

Alasan pemilihan: - Pilih kelas mangan lebih rendah ketika fabrikabilitas (pengelasan, pembengkokan, pembentukan) dan ketangguhan sangat penting dan beban sedang. - Pilih kelas mangan lebih tinggi ketika kekuatan atau kemampuan pengerasan yang lebih baik (untuk bagian yang lebih tebal atau bagian yang lebih kuat saat diproses) diperlukan, dan ketika rencana fabrikasi mengatasi tantangan pengelasan/pembentukan yang sedikit meningkat.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Kedua kelas adalah baja karbon biasa dan umumnya ekonomis. Kelas dengan mangan lebih tinggi (SUP11) mungkin sedikit lebih mahal di beberapa pasar karena kontrol paduan dan pemrosesan, tetapi perbedaan biasanya moderat dibandingkan dengan baja paduan yang lebih tinggi.
• Ketersediaan: Bentuk produk umum (batang, pelat, gulungan) tersedia dengan mudah untuk kedua kelas di pasar di mana kelas JIS disimpan. Ketersediaan dapat bervariasi berdasarkan geografi; pengadaan harus mengonfirmasi pasokan dalam bentuk produk yang diinginkan dan sertifikasi pabrik yang diperlukan.
• Waktu tunggu dan jumlah pesanan minimum lebih bergantung pada inventaris pabrik lokal dan pengujian/sertifikasi yang diperlukan daripada pada perbedaan komposisi kecil antara SUP10 dan SUP11.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih SUP10 jika: - Prioritas Anda adalah pengelasan, pembentukan, dan ketangguhan yang lebih mudah. - Aplikasi melibatkan bagian tipis, fabrikasi yang kompleks, atau di mana prosedur pemanasan awal/pascapanas minimal diinginkan. - Anda menginginkan kelas baja karbon yang paling toleran untuk penggunaan umum dalam perakitan struktural atau fabrikasi.

• Pilih SUP11 jika:
• Anda memerlukan kekuatan tarik/hasil yang lebih tinggi saat diproses atau kemampuan pengerasan yang lebih baik untuk bagian yang lebih tebal atau komponen yang dikenakan beban lebih tinggi.
• Desain memungkinkan prosedur pengelasan yang terkontrol (pemanasan awal, bahan habis pakai rendah-hidrogen) dan mungkin perlakuan panas pasca-las jika diperlukan.
• Kemampuan dibentuk yang sedikit berkurang dapat diterima sebagai imbalan untuk kekuatan yang lebih tinggi tanpa beralih ke baja paduan.

Catatan penutup: SUP10 dan SUP11 adalah baja karbon biasa yang saling terkait; keputusan antara keduanya harus didorong oleh persyaratan mekanis spesifik dan rencana fabrikasi daripada hanya nama kelas saja. Untuk aplikasi kritis, tentukan sifat mekanis yang diperlukan, kondisi perlakuan panas, dan prosedur las dalam dokumen pengadaan dan minta sertifikat pabrik untuk memverifikasi komposisi dan pemrosesan.