Z140 vs Z180 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Z140 dan Z180 adalah kelas pelapisan seng celup panas yang banyak digunakan untuk produk baja. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya mempertimbangkan trade-off antara perlindungan korosi, kemampuan dibentuk, kemampuan dilas, dan biaya saat memilih kelas pelapisan seng. Konteks keputusan yang umum termasuk paparan luar vs. dalam, operasi pembentukan dan pembengkokan, proses pengelasan dan penyambungan, serta target biaya siklus hidup.

Perbedaan praktis utama antara Z140 dan Z180 adalah massa pelapisan seng nominal (dan ketebalan pelapisan yang sesuai): Z180 memiliki pelapisan seng yang lebih berat dibandingkan Z140. Perbedaan itu mempengaruhi masa pakai perlindungan pengorbanan, mengubah perilaku pembentukan dan pengelasan di permukaan yang dilapisi, dan mempengaruhi biaya unit serta karakteristik penyelesaian—sehingga sering dibandingkan dalam keputusan desain dan pengadaan.

1. Standar dan Penunjukan

• Penunjukan Z adalah kelas massa pelapisan yang umum digunakan dalam praktik Eropa dan internasional (misalnya, terminologi sistem EN untuk galvanisasi celup panas kontinu). Spesifikasi yang setara atau terkait muncul dalam standar nasional dan spesifikasi produk (misalnya, kelas pelapisan lembaran dalam keluarga EN 10346 / EN 10142, dan standar ASTM/ASME yang menentukan kinerja pelapisan daripada label "Z").
• Z140 dan Z180 bukanlah kelas baja dasar. Mereka adalah kelas pelapisan permukaan yang diterapkan pada berbagai baja substrat, yang itu sendiri dapat berupa:
• Baja karbon (baja karbon rendah) (substrat paling umum untuk galvanisasi kontinu)
• Baja HSLA/struktur (jika ditentukan oleh produsen)
• Baja komersial yang digulung dingin atau digulung panas
• Baja tahan karat biasanya tidak digalvanisasi dengan cara yang sama; baja tahan karat adalah strategi korosi yang berbeda
• Klasifikasi: Z140/Z180 = kategori pelapisan (perlakuan permukaan). Baja yang mendasari dapat berupa karbon, HSLA, atau jenis lain tergantung pada bentuk produk dan pemasok.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Kelas “Z” menggambarkan massa pelapisan seng; mereka tidak secara langsung mendefinisikan paduan substrat. Komposisi kimia yang relevan untuk korosi dan sifat mekanik adalah dua bagian: pelapisan seng (terutama Zn dengan fase intermetalik Fe–Zn) dan kimia baja dasar (bervariasi menurut kelas).

Tabel: Peran spesifikasi yang khas (kualitatif) untuk elemen yang terdaftar

Kelas / Elemen	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Mo	V	Nb	Ti	B	N
Z140 (kelas pelapisan)	Tidak ditentukan — massa pelapisan saja; tergantung substrat	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"
Z180 (kelas pelapisan)	Tidak ditentukan — massa pelapisan saja; tergantung substrat	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"

Catatan: - Untuk Z140 dan Z180, pelapisan itu sendiri sebagian besar adalah seng; lapisan intermetalik Fe–Zn terbentuk di antarmuka selama proses celup panas. Elemen paduan dalam pelapisan (misalnya, tambahan Al kecil dalam bak) atau pelapisan seng yang dipadu secara sengaja mengubah penampilan permukaan dan kinetika pertumbuhan tetapi tidak mengubah fakta bahwa penunjukan Z mengacu pada massa pelapisan. - Kimia baja dasar (C, Mn, Si, dll.) dipilih sesuai dengan persyaratan mekanik dan standar untuk produk (lembaran, strip, struktural). Substrat yang digalvanisasi secara kontinu biasanya adalah baja karbon rendah; nilai spesifik ditentukan oleh standar baja substrat dan sertifikat pabrik, bukan oleh kelas Z.

Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja (umum): - Paduan substrat (C, Mn, Si): mengontrol kekuatan baja dasar, kemampuan pengerasan, dan respons terhadap pembentukan; kandungan Si atau P yang lebih tinggi dapat mempercepat pertumbuhan intermetalik Fe–Zn selama galvanisasi. - Aditif bak pelapisan (Al, Ni, Pb, Bi, Sn, Mg dalam bak khusus): mempengaruhi penampilan pelapisan, daya basah, dan kemampuan dilas; ini ditentukan terpisah dari kelas massa Z.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur sistem yang dilapisi mencakup: - Lapisan luar seng (fase Zn η hampir murni dalam banyak kasus) - Lapisan intermetalik di antarmuka Zn–Fe (umumnya digambarkan sebagai fase ζ, δ, dan Γ untuk baja galvanisasi celup panas tradisional) - Mikrostruktur baja dasar (ferrit/perlit, bainit/martensit yang diperlunak untuk baja dengan kekuatan lebih tinggi)

Perbedaan mikrostruktural kunci yang dipicu oleh massa pelapisan: - Pelapisan yang lebih tebal (Z180) umumnya menghasilkan lapisan seng luar yang lebih tebal dan, tergantung pada kimia bak dan waktu perendaman, dapat mengembangkan zona intermetalik yang lebih tebal. Zona intermetalik yang lebih tebal dapat mempengaruhi adhesi dan kerapuhan pelapisan selama pembentukan.

Efek perlakuan panas dan pemrosesan: - Pelapisan terbentuk pada suhu seng cair; perlakuan termal selanjutnya (misalnya, galvanneal: annealing dalam lingkungan terkontrol untuk menghasilkan permukaan yang dipadu Fe–Zn) mengubah mikrostruktur untuk menekankan lapisan intermetalik untuk adhesi cat. - Normalisasi/pendinginan & tempering hanya mempengaruhi mikrostruktur substrat; pelapisan tidak akan mereplikasi perubahan ini kecuali perlakuan panas yang dilakukan setelah galvanisasi dapat memodifikasi pelapisan (difusi Fe ke dalam intermetalik Zn, potensi kehilangan duktilitas pelapisan). - Penggulungan/annealing termo-mekanis sebelum galvanisasi menentukan ukuran butir substrat dan kekuatan serta mempengaruhi perilaku pertumbuhan pelapisan melalui kimia substrat (Si, P).

4. Sifat Mekanik

Massa pelapisan tidak secara fundamental mengubah sifat tarik/hasil bulk baja substrat, tetapi pelapisan yang lebih tebal mempengaruhi perilaku permukaan selama pembentukan, inisiasi kelelahan lokal, dan keausan.

Tabel: Efek komparatif (kualitatif)

Sifat	Z140	Z180
Kekuatan tarik (substrat bulk)	Sama dengan baja yang mendasari (pelapisan ≈ kosmetik/pengorbanan)	Sama dengan baja yang mendasari
Kekuatan hasil (substrat bulk)	Sama dengan substrat	Sama dengan substrat
Peregangan / kemampuan dibentuk	Sedikit lebih baik untuk pelapisan yang lebih tipis selama pembengkokan tajam; lebih sedikit retakan pelapisan	Sedikit berkurang kemampuan dibentuk lokal pada pembengkokan yang parah; pelapisan dapat retak atau mengelupas jika radius pembengkokan kecil
Kekerasan impak (substrat)	Tidak terpengaruh (kecuali di permukaan langsung di mana cacat pelapisan dapat bertindak sebagai konsentrator tegangan)	Perilaku substrat yang sama; pelapisan yang lebih tebal dapat memicu retakan permukaan di bawah impak dalam beberapa kasus
Kekerasan permukaan (pelapisan)	Kekerasan didominasi oleh lapisan Zn dan intermetalik; biasanya lebih lunak daripada baja	Kekerasan sedikit lebih besar di antarmuka jika lapisan intermetalik lebih tebal

Penjelasan: - Kapasitas mekanik komponen struktural dikendalikan oleh kelas baja substrat. Lapisan seng bersifat pengorbanan; ketebalannya mempengaruhi kinerja permukaan lokal (adhesi pelapisan selama pembentukan) lebih dari sifat mekanik bulk.

5. Kemampuan Dilas

Kemampuan dilas tergantung terutama pada kimia substrat dan keberadaan seng di sambungan. Seng menguap dan dapat menyebabkan porositas, peningkatan percikan, dan cacat yang disebabkan oleh hidrogen atau seng jika tidak dikelola.

Indeks kemampuan dilas yang relevan (tanpa input numerik): - Institut Internasional Pengelasan ekuivalen karbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Formula karbon-mangan profesional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi dan panduan praktis: - Nomor Z itu sendiri tidak mengubah $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$, tetapi lapisan seng yang lebih berat (Z180) meningkatkan jumlah seng lokal di zona las, yang mengarah pada: - Risiko peningkatan porositas dan pembentukan asap seng selama pengelasan busur. - Kebutuhan untuk penghilangan pelapisan sebelum dilas (penggilingan mekanis, pembakaran lokal, atau penghilangan kimia) atau parameter pengelasan yang disesuaikan (kecepatan perjalanan lebih tinggi, input panas lebih rendah, penggunaan gas penyangga). - Pertimbangan pemilihan elektroda/pengisi dan gas pelindung untuk mengelola porositas. - Untuk pengelasan titik lembaran yang dilapisi, pelapisan yang lebih tebal dapat meningkatkan keausan elektroda dan mengurangi ukuran nugget; penyesuaian parameter proses diperlukan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Pelapisan seng memberikan perlindungan katodik (pengorbanan) kepada baja yang terpapar dan perlindungan penghalang kepada permukaan. Massa pelapisan yang lebih tinggi umumnya memperpanjang umur perlindungan pengorbanan.
• PREN tidak berlaku untuk baja karbon yang dilapisi seng (PREN berlaku untuk peringkat ketahanan korosi baja tahan karat). Sebagai referensi, metrik kinerja baja tahan karat berbeda: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (Indeks ini tidak relevan untuk baja galvanis.)

Pertimbangan perlindungan korosi: - Z180 menawarkan lapisan pengorbanan yang lebih tebal dibandingkan Z140 dan oleh karena itu biasanya memberikan umur layanan bebas pemeliharaan yang lebih lama dalam lingkungan yang serupa. - Pelapisan yang lebih tebal dapat menunjukkan pembentukan karat putih yang lebih nyata selama paparan awal dalam penyimpanan basah/jamur jika tidak ditangani dan dikeringkan dengan benar. - Penyelesaian permukaan (cat, pelapisan konversi, pasivasi) masih direkomendasikan untuk atmosfer agresif—seng yang lebih tebal memberikan waktu sebelum cat rusak.

Konversi antara massa pelapisan dan ketebalan perkiraan (aturan praktis yang berguna): - Hubungan fisik adalah: $$t = \frac{m}{\rho}$$ di mana $t$ adalah ketebalan dalam μm jika $m$ diberikan dalam g/m² dan $\rho$ adalah densitas seng dalam g/cm³ (konversi unit yang sesuai disematkan). - Menggunakan densitas seng (~7.14 g/cm³) memberikan ketebalan perkiraan: - Z140 → kira-kira $140/7.14 \approx 19.6\ \mu m$ - Z180 → kira-kira $180/7.14 \approx 25.2\ \mu m$ - Ini adalah konversi angka tunggal yang perkiraan; morfologi pelapisan yang sebenarnya (intermetalik vs. lapisan Zn murni) mempengaruhi ketebalan fungsional dan kinerja.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Pemotongan dan pemisahan: baik Z140 maupun Z180 dapat dipotong dengan metode standar; seng yang lebih tebal dapat menghasilkan lebih banyak sisa dan memerlukan pemeliharaan alat yang sedikit berbeda.
• Pembentukan dan pembengkokan: Z140 umumnya lebih baik untuk pembengkokan ketat dan bagian yang sangat dibentuk karena pelapisan yang lebih tipis kurang mungkin retak atau mengelupas. Z180 mungkin memerlukan radius pembengkokan yang lebih besar, pelumasan tambahan, atau sentuhan pasca-pembentukan.
• Kemampuan mesin: Lapisan seng lebih lunak dibandingkan dengan baja; seng yang lebih tebal dapat mempengaruhi penyelesaian permukaan dan memerlukan penyelesaian yang lebih agresif setelah pemesinan atau pembubutan.
• Penyelesaian: Cat, pelapisan bubuk, atau pelapisan atas lainnya biasanya menempel pada keduanya—meskipun demikian, permukaan galvannealed (dirancang melalui perlakuan panas) sering kali lebih disukai ketika adhesi cat yang superior diperlukan.

8. Aplikasi Tipikal

Z140 — Penggunaan Tipikal	Z180 — Penggunaan Tipikal
Anggota struktural dalam ruangan, bagian bangunan ringan, panel dalam otomotif, aplikasi di mana ketahanan korosi sedang dapat diterima dan kemampuan dibentuk sangat penting	Komponen arsitektur luar, pagar, pengikat luar, pelapisan bangunan yang terpapar sedang, aplikasi di mana umur pengorbanan tambahan diinginkan
Stampingan yang dibentuk dengan pembengkokan radius ketat dan pembentukan berat	Bagian yang memerlukan interval pemeliharaan lebih lama dalam paparan atmosfer; aplikasi dengan pembasahan dan pengeringan berkala

Rasional pemilihan: - Pilih pelapisan yang lebih tipis ketika kinerja pembentukan dan biaya yang diminimalkan adalah prioritas dan kondisi layanan ringan. - Pilih pelapisan yang lebih berat ketika perlindungan korosi yang meningkat dan umur layanan yang lebih lama melebihi biaya tambahan dan potensi penyesuaian pembentukan/pengelasan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Z180 lebih mahal daripada Z140 berdasarkan per area karena konsumsi seng yang lebih tinggi dan kemungkinan waktu pemrosesan yang lebih lama.
• Ketersediaan: Kedua kelas pelapisan umumnya diproduksi dalam operasi galvanisasi celup panas kontinu untuk lembaran dan gulungan; ketersediaan tergantung pada pabrik dan bentuk produk (gulungan yang dilapisi, lembaran potong-panjang, tabung, atau anggota struktural yang dibuat).
• Pertimbangan pengadaan: tentukan kelas pelapisan, kelas baja dasar, dan kimia bak khusus atau perlakuan pasca (galvanneal, pasivasi) pada pesanan pembelian. Sertifikat pabrik harus mengonfirmasi massa pelapisan (g/m²) dan kelas baja substrat.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Atribut	Z140	Z180
Kemampuan dilas (seperti dilapisi)	Lebih baik untuk pengelasan tanpa pembersihan sebelumnya; lebih sedikit seng yang menguap	Risiko lebih tinggi terhadap porositas dan asap; pembersihan sebelumnya sering diperlukan
Kekuatan–Ketangguhan (substrat bulk)	Ditentukan oleh substrat; pelapisan efek minimal	Ditentukan oleh substrat; pelapisan efek minimal
Kemampuan dibentuk	Lebih baik untuk pembengkokan ketat dan pembentukan yang parah	Sedikit berkurang untuk pembentukan tajam; mungkin memerlukan radius yang lebih besar
Umur korosi (pengorbanan)	Sedang	Diperpanjang (perlindungan pengorbanan yang lebih baik)
Biaya	Lebih rendah	Lebih tinggi

Kesimpulan dan rekomendasi: - Pilih Z140 jika: - Komponen akan dibentuk atau dicetak dengan radius pembengkokan yang ketat. - Lingkungan paparan ringan hingga sedang dan persyaratan korosi siklus hidup sedang. - Biaya material awal yang lebih rendah dan kemudahan pemrosesan hilir (pengelasan, pengecatan) adalah prioritas.

• Pilih Z180 jika:
• Perlindungan korosi pengorbanan yang lebih lama diperlukan (paparan luar, pembasahan berkala, atau interval pemeliharaan yang lebih pendek).
• Biaya material yang sedikit lebih tinggi dapat diterima sebagai imbalan untuk umur layanan yang lebih lama.
• Proses pembentukan dan pengelasan dapat disesuaikan untuk mengakomodasi pelapisan yang lebih tebal (pembersihan sebelum dilas, radius pembengkokan yang disesuaikan, penyetelan parameter proses).

Catatan akhir: Karena Z140 dan Z180 adalah spesifikasi massa pelapisan daripada kelas baja substrat, tentukan baik kelas Z maupun kelas baja substrat yang tepat saat mengeluarkan dokumen pengadaan. Konfirmasi massa pelapisan dan kimia bak dengan laporan uji pabrik, dan lakukan percobaan pembentukan/pengelasan di mana ketebalan pelapisan dapat mempengaruhi jendela proses.