Z25 vs Z35 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali dihadapkan pada pilihan antara dua grade produk yang dekat saat menentukan baja untuk pekerjaan struktural, penahan tekanan, atau fabrikasi berat. Keputusan antara Z25 dan Z35 biasanya menyeimbangkan kekuatan yang diperlukan dan kinerja ketebalan versus biaya, kemampuan las, dan ketersediaan. Konteks keputusan yang umum termasuk shell wadah yang dilas, pelat berat untuk jembatan, dan struktur yang difabrikasi di mana risiko robekan lamelar (delaminasi) atau ketangguhan arah menjadi perhatian.

Secara umum, Z35 diposisikan sebagai grade berkinerja lebih tinggi dibandingkan Z25: biasanya menawarkan ketahanan yang lebih besar terhadap robekan berlapis dan kekuatan yang lebih tinggi, sering dicapai melalui pengendalian kimia dan pemrosesan termo-mekanis. Z25 dipilih di mana kekuatan dan ketangguhan yang memadai diperlukan dengan biaya lebih rendah dan dengan fabrikasi dan pengelasan yang lebih mudah. Grade ini dibandingkan karena menargetkan domain aplikasi yang serupa tetapi berbeda dalam strategi paduan dan pemrosesan untuk mengoptimalkan trade-off di atas.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar utama di mana grade produk dengan awalan Z atau nomor serupa mungkin muncul: penunjukan nasional dan kepemilikan (EN, ASTM/ASME, JIS, GB) atau standar pabrik. Catatan: Z25 dan Z35 adalah label grade produk yang digunakan oleh beberapa pabrik dan spesifikator; mereka bukan nama ASTM universal seperti S275 atau S355.
• Klasifikasi berdasarkan keluarga:
• Z25: biasanya baja struktural paduan rendah atau mikro paduan (rentang kekuatan rendah hingga menengah).
• Z35: biasanya baja mikro paduan atau paduan rendah dengan kekuatan lebih tinggi yang dioptimalkan untuk perilaku ketebalan yang lebih baik dan kekuatan hasil/tarik yang lebih tinggi.
• Pengguna harus memetakan Z25/Z35 ke spesifikasi standar tertentu atau sertifikat pabrik pemasok untuk pengadaan dan verifikasi desain.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Kimia tepat Z25 dan Z35 bersifat spesifik pemasok. Tabel di bawah ini memberikan elemen paduan tipikal dari baja dalam bracket kinerja ini dan rentang kualitatif atau indikatif yang umum dalam data produk pabrik. Selalu verifikasi dengan sertifikat analisis.

Tabel: Rentang komposisi tipikal (indikatif; konsultasikan sertifikat pabrik) | Elemen | Z25 (strategi tipikal) | Z35 (strategi tipikal) | |---|---:|---:| | C (karbon) | Rendah hingga sedang; dioptimalkan untuk kemampuan las dan duktilitas (indikatif: ~0.08–0.20%) | Rendah hingga sedang; dikendalikan untuk menyeimbangkan kekuatan dan kemampuan las (indikatif: ~0.08–0.22%) | | Mn (mangan) | Sedang untuk membantu kekuatan dan kemampuan pengerasan (indikatif: ~0.3–1.2%) | Sedang hingga sedikit lebih tinggi untuk meningkatkan kekuatan (indikatif: ~0.4–1.4%) | | Si (silikon) | Jumlah kecil untuk deoksidasi (≈0.1–0.4%) | Serupa, dikendalikan untuk ketangguhan (≈0.1–0.4%) | | P (fosfor) | Dijaga rendah untuk ketangguhan (<0.03%) | Dijaga rendah untuk ketangguhan (<0.03%) | | S (sulfur) | Dijaga rendah untuk duktilitas (<0.02%) | Dijaga rendah untuk duktilitas (<0.02%) | | Cr, Ni, Mo (paduan) | Biasanya minimal atau tidak ada dalam grade dasar; mungkin mengandung tambahan kecil dalam varian paduan | Mungkin mengandung tambahan kecil yang dikendalikan untuk meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketangguhan dalam grade varian | | V, Nb, Ti (mikropaduan) | Mungkin termasuk mikropaduan jejak (tingkat ppm) untuk memperhalus butir dan meningkatkan kekuatan | Lebih mungkin mengandung mikropaduan yang dirancang dan pemrosesan untuk meningkatkan ketangguhan ketebalan | | B (boron) | Biasanya tidak ada atau pada tingkat yang sangat rendah | Mungkin digunakan dalam tambahan kecil oleh beberapa pabrik untuk meningkatkan kemampuan pengerasan (ppm) | | N (nitrogen) | Dikendalikan untuk mengelola stabilitas inklusi dan kekuatan | Dikendalikan; N rendah sering membantu ketangguhan |

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi dapat mengurangi kemampuan las dan ketangguhan jika berlebihan. - Elemen mikropaduan (Nb, Ti, V) memungkinkan peningkatan kekuatan melalui pemurnian butir dan pengerasan presipitasi tanpa peningkatan besar dalam karbon. - Interstitial rendah yang terkontrol (P, S, N) dan praktik baja bersih meningkatkan duktilitas dan kinerja ketebalan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur dan respons tipikal:

• Z25:
• Rute proses: penggulungan panas konvensional dengan normalisasi opsional atau temper ringan.
• Mikrostruktur: sebagian besar ferit–pearlit atau ferit butir halus dengan pearlit yang terkontrol; varian mikropaduan menunjukkan presipitat halus yang meningkatkan kekuatan hasil.

• Respons perlakuan panas: normalisasi memperhalus butir dan meningkatkan ketangguhan; perlakuan quench & temper berat tidak umum untuk kelas ini.

• Z35:

• Rute proses: dapat menggunakan penggulungan terkontrol (pemrosesan terkontrol termo-mekanis, TMCP) dan pendinginan dipercepat untuk memperhalus mikrostruktur dan mempromosikan konstituen bainitik/feritik halus.
• Mikrostruktur: ferit butir lebih halus dengan bainit terdispersi atau kantong martensit/bainit yang dipanaskan dalam beberapa varian paduan rendah; pengendalian inklusi yang dirancang untuk mengurangi risiko robekan lamelar.
• Respons perlakuan panas: TMCP dan pendinginan terkontrol meningkatkan kekuatan dan memperbaiki ketangguhan ketebalan lebih efektif daripada normalisasi sederhana; quench & temper mungkin dilakukan jika ditentukan tetapi mengubah klasifikasi.

Efek dari rute umum: - Normalisasi: memperhalus ukuran butir dan menghomogenkan mikrostruktur; meningkatkan ketangguhan untuk kedua grade. - Quenching & tempering: secara substansial meningkatkan kekuatan tetapi memerlukan kontrol las dan pra-panas/pasca-panas yang lebih ketat. - TMCP: memungkinkan kekuatan dan ketangguhan yang lebih tinggi dengan kemampuan las yang baik dengan memperhalus mikrostruktur tanpa paduan berat.

4. Sifat Mekanik

Nilai mekanik yang tepat tergantung pada sertifikasi pabrik, bentuk produk (pelat, koil, bagian yang ditempa), dan perlakuan panas. Tabel berikut memberikan rentang perbandingan indikatif dan deskriptor kualitatif; verifikasi nilai spesifik dalam dokumen pengadaan.

Tabel: Sifat mekanik indikatif (rentang tipikal; konsultasikan data pabrik) | Sifat | Z25 (indikatif) | Z35 (indikatif) | |---|---:|---:| | Kekuatan tarik | Sedang — biasanya dalam rentang rendah hingga menengah untuk baja struktural | Lebih tinggi — biasanya di atas Z25, mencerminkan kekuatan bukti yang lebih tinggi | | Kekuatan hasil | Rentang rendah/menengah (cocok untuk struktural umum) | Lebih tinggi; dirancang untuk beban statis yang lebih tinggi | | Perpanjangan (%) | Duktilitas baik; memadai untuk pembentukan dan fabrikasi | Sedikit lebih rendah atau sebanding; tergantung pada pemrosesan | | Ketangguhan impak (Charpy, - atau suhu yang ditentukan) | Sedang; tergantung pada kebersihan dan pemrosesan | Ketangguhan ketebalan dan arah yang lebih tinggi; dirancang untuk menahan robekan lamelar | | Kekerasan (HB atau HRC) | Sedang | Lebih tinggi, tetapi masih dalam rentang yang dapat dilas untuk banyak grade |

Siapa yang lebih kuat, lebih tangguh, atau lebih duktil, dan mengapa: - Kekuatan: Z35 dirancang untuk memberikan kekuatan hasil dan tarik yang lebih tinggi dibandingkan Z25 melalui kombinasi sedikit lebih tinggi konten paduan dan kontrol proses. - Ketangguhan: Z35 cenderung memberikan ketahanan ketebalan dan delaminasi yang lebih baik karena praktik baja yang lebih bersih, kontrol bentuk inklusi, dan pemrosesan termo-mekanis. Ini sangat penting di mana risiko robekan berlapis ada. - Duktilitas: Z25 dapat menunjukkan perpanjangan seragam yang sedikit lebih tinggi dalam beberapa kondisi karena kekuatan yang lebih rendah; namun, Z35 yang diproses dengan hati-hati dapat mempertahankan duktilitas yang baik sambil meningkatkan kekuatan.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las dipandu terutama oleh ekuivalen karbon dan kemampuan pengerasan. Untuk penilaian kualitatif Anda dapat menggunakan ekuivalen karbon IIW dan indeks Pcm:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi (kualitatif): - Z25: Dengan karbon yang relatif rendah dan kimia yang lebih sederhana, cenderung memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah—menghasilkan pengelasan yang lebih mudah, persyaratan pra-panas/pasca-panas yang lebih sedikit, dan kerentanan yang lebih rendah terhadap retak dingin. - Z35: Kekuatan yang lebih tinggi dan tambahan mikropaduan atau sedikit lebih tinggi Mn dapat meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ sedikit. Ini memerlukan spesifikasi prosedur pengelasan yang lebih hati-hati (PQR/WPS), kemungkinan pra-pemanasan, dan perhatian terhadap kontrol hidrogen. - Pada kedua grade: ketebalan, konfigurasi sambungan, dan praktik fabrikasi (kebersihan, pengeringan hidrogen, pemilihan elektroda) sangat mempengaruhi kinerja las. Verifikasi dengan kualifikasi prosedur las menggunakan kimia pelat target.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Grade non-stainless: Z25 dan Z35 biasanya adalah baja paduan rendah non-stainless. Perlindungan korosi disediakan oleh pelapis dan desain:
• Galvanisasi celup panas, primer kaya seng, pelapis epoksi, atau metalisasi adalah strategi perlindungan yang umum.
• Pilih sistem pelapis berdasarkan lingkungan (kategori korosivitas C3–C5 atau elemen struktural laut vs. pedesaan/industri).
• Pertimbangan stainless: PREN tidak berlaku kecuali grade tersebut adalah paduan stainless. Sebagai referensi, paduan stainless menggunakan: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ —digunakan untuk memperkirakan ketahanan pitting dari baja stainless.
• Kapan mempertimbangkan stainless: Jika ketahanan korosi jangka panjang tanpa pelapis eksternal diperlukan, beralihlah ke keluarga stainless daripada bergantung pada Z25/Z35.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Pemotongan: Kedua grade dapat dipotong dengan api, dipotong plasma, atau dipotong laser; kekuatan Z35 yang lebih tinggi dapat memerlukan parameter pemotongan yang disesuaikan dan menghasilkan zona yang terpengaruh panas yang lebih keras.
• Kemudahan pemesinan: Z25 sering kali lebih mudah diproses karena kekuatan yang lebih rendah dan pengerasan presipitasi yang lebih sedikit. Z35, dengan mikropaduan dan kekuatan yang lebih tinggi, dapat lebih keras pada keausan alat; pilih alat dan kecepatan yang sesuai.
• Kemudahan pembentukan dan pembengkokan: Z25 umumnya menawarkan kemampuan bengkok yang lebih baik pada ketebalan tertentu karena kekuatan yang lebih rendah. Z35 dapat dibentuk jika dirancang dengan tepat, tetapi jari-jari bengkok minimum mungkin lebih besar dan pemulihan lebih besar.
• Input panas dan pembentukan: Untuk pembentukan berat atau pembentukan pasca-las, pertimbangkan perlakuan panas yang ditentukan untuk grade dan pastikan proses tidak menyebabkan kehilangan kekuatan yang tidak diinginkan.

8. Aplikasi Tipikal

Tabel: Penggunaan tipikal untuk setiap grade | Z25 (penggunaan tipikal) | Z35 (penggunaan tipikal) | |---|---| | Pelat struktural umum dan balok di mana kekuatan standar dan kemampuan las yang baik menjadi prioritas | Komponen dan pelat fabrikasi berat di mana kekuatan lebih tinggi dan kinerja ketebalan yang lebih baik diperlukan | | Kerangka fabrikasi, konveyor, dan pekerjaan baja umum | Rok wadah tekanan, flens berat, dan struktur yang dilas dengan risiko robekan lamelar | | Tangki dan bin las tugas menengah dengan pelapis untuk perlindungan korosi | Jembatan, elemen struktural lepas pantai atau dekat pantai di mana ketangguhan ketebalan sangat penting | | Aplikasi yang memprioritaskan biaya, kemudahan pengadaan, dan pengelasan yang sederhana | Aplikasi yang memprioritaskan kapasitas beban yang lebih tinggi, ketahanan kelelahan, dan risiko delaminasi yang berkurang |

Rasional pemilihan: - Pilih Z25 ketika biaya, fabrikasi yang sederhana, dan duktilitas/keterlasan yang baik secara keseluruhan menjadi pendorong utama. - Pilih Z35 ketika pelat yang lebih kuat, lebih tangguh dengan kinerja ketebalan yang dirancang diperlukan (misalnya, sambungan las tebal, rakitan las yang menanggung beban berat).

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Z35 biasanya memiliki biaya lebih tinggi dibandingkan Z25 karena kontrol kimia yang lebih ketat, mikropaduan, pemrosesan TMCP, atau langkah kualifikasi tambahan. Premi bervariasi berdasarkan wilayah dan produsen.
• Ketersediaan: Z25 sering kali lebih banyak tersedia dalam berbagai ukuran pabrik, ketebalan, dan bentuk produk. Z35 mungkin tersedia sebagai koil pelat standar dan pelat tetapi dapat terbatas dalam ketebalan khusus atau dalam pesanan batch kecil; waktu tunggu dapat lebih lama untuk material Z35 yang bersertifikat.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel yang merangkum trade-off kunci | Karakteristik | Z25 | Z35 | |---|---:|---:| | Kemampuan las | Tinggi; lebih mudah PQR/WPS | Baik tetapi memerlukan perhatian lebih untuk kontrol pra-panas/hidrogen | | Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan sedang dengan duktilitas baik | Kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan ketebalan yang lebih baik | | Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |

Rekomendasi: - Pilih Z25 jika: - Proyek Anda memprioritaskan efisiensi biaya, pengelasan yang sederhana, dan kinerja struktural umum. - Ketebalan pelat, konfigurasi sambungan, dan kondisi layanan tidak menghadirkan risiko robekan lamelar atau stres ketebalan yang tinggi. - Anda memerlukan ketersediaan yang luas dan waktu tunggu yang singkat.

• Pilih Z35 jika:
• Anda memerlukan kekuatan hasil/tarik yang lebih tinggi dan ketahanan yang lebih baik terhadap robekan berlapis atau ketebalan.
• Desain mencakup sambungan las berat, pelat tebal, atau kondisi di mana ketangguhan arah penting (beban rentan kelelahan atau siklik).
• Anda menerima biaya material yang lebih tinggi dan mungkin kontrol fabrikasi yang lebih ketat untuk hasil struktural yang lebih tahan lama.

Catatan akhir: Z25 dan Z35 adalah label grade produk singkat yang kimia dan jaminan mekaniknya harus diperoleh dari sertifikat pabrik dan spesifikasi yang berlaku. Untuk aplikasi yang kritis terhadap keselamatan atau yang mengandung tekanan las, selalu tentukan sifat mekanik yang diperlukan (hasil, tarik, impak pada suhu), nilai kimia maksimum yang diizinkan, dan prosedur las yang diperlukan dalam pengadaan dan gambar.