Laminasi pada Baja: Penyebab, Efek, dan Langkah-Langkah Pengendalian Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Laminasi dalam industri baja mengacu pada adanya cacat berlapis yang berbeda dalam produk baja, yang ditandai dengan pemisahan atau delaminasi lapisan mikrostruktural atau pembentukan inklusi atau rongga yang terlihat dan datar. Ini muncul sebagai fenomena pemisahan atau pengelupasan yang dapat terjadi di sepanjang batas mikrostruktural atau dalam material bulk, sering kali terlihat pada skala makro atau mikroskopis.

Cacat ini signifikan karena mengkompromikan integritas mekanik, kualitas permukaan, dan kinerja keseluruhan produk baja. Laminasi dapat menyebabkan penurunan kekuatan, duktilitas, dan ketahanan terhadap kelelahan, menjadikannya sebagai masalah kualitas yang kritis dalam aplikasi yang membutuhkan keandalan tinggi, seperti komponen struktural, bejana tekan, dan pipa.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, laminasi diklasifikasikan sebagai cacat metalurgi atau anomali terkait inklusi non-logam. Deteksi dan pengendaliannya sangat penting untuk memastikan bahwa baja memenuhi standar yang ditentukan untuk keselamatan, daya tahan, dan kinerja. Mengenali laminasi membantu produsen mencegah kegagalan yang katastrofik dan mengoptimalkan parameter pemrosesan untuk menghasilkan baja tanpa cacat.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, laminasi muncul sebagai pemisahan atau delaminasi datar dalam baja, sering kali terlihat di permukaan atau dalam tampilan penampang. Lapisan-lapisan ini mungkin menyerupai garis atau bercak gelap tipis yang dapat disalahartikan sebagai retakan permukaan tetapi sebenarnya adalah pemisahan internal.

Secara mikroskopis, laminasi muncul sebagai lapisan atau pita yang berbeda dalam mikrostruktur, sering kali sejajar di sepanjang batas butir atau fitur mikrostruktural seperti inklusi atau segregasi. Di bawah mikroskop optik atau elektron, lapisan-lapisan ini ditandai dengan perbedaan dalam komposisi, densitas, atau fitur mikrostruktural, seperti pita ferit, perlit, atau karbida.

Fitur karakteristik termasuk adanya inklusi yang memanjang, partikel non-logam, atau mikrovoid yang sejajar secara planar. Fitur-fitur ini sering kali terkait dengan segregasi kotoran atau akumulasi inklusi non-logam selama pembekuan atau pemrosesan termomekanik.

Mekanisme Metalurgi

Laminasi terutama dihasilkan dari segregasi inklusi non-logam, kotoran, atau konstituen mikrostruktural selama pembekuan, pengerjaan panas, atau pendinginan. Selama pengecoran baja, kotoran seperti sulfur, fosfor, atau oksigen dapat tersegregasi di sepanjang batas butir, membentuk lapisan yang melemahkan kohesi antara daerah mikrostruktural.

Dalam proses penggulungan panas atau penempaan, deformasi diferensial atau pendinginan yang tidak merata dapat menyebabkan pita mikrostruktural terbentuk di sepanjang bidang tertentu, terutama jika baja mengandung inklusi yang memanjang atau fase yang tersegregasi. Lapisan-lapisan ini dapat bertindak sebagai bidang kelemahan, memfasilitasi delaminasi di bawah stres.

Perubahan mikrostruktural seperti pembentukan inklusi non-logam (misalnya, oksida, sulfida, atau silikat) cenderung terakumulasi di sepanjang bidang tertentu, terutama jika mereka memanjang atau sejajar selama pemrosesan. Kehadiran tegangan sisa, laju pendinginan yang tidak tepat, atau deoksidasi yang tidak memadai dapat memperburuk pembentukan laminasi.

Komposisi baja mempengaruhi kerentanan laminasi; misalnya, kandungan sulfur atau fosfor yang tinggi mendorong segregasi dan pembentukan inklusi. Kondisi pemrosesan seperti laju pendinginan yang tinggi, pengendalian suhu yang tidak tepat, atau deoksidasi yang tidak memadai meningkatkan kemungkinan terjadinya laminasi.

Sistem Klasifikasi

Laminasi diklasifikasikan berdasarkan tingkat keparahan, ukuran, dan lokasi dalam produk baja. Kriteria klasifikasi umum meliputi:

• Jenis: Mikro-laminasi (hanya terlihat di bawah mikroskop) versus makro-laminasi (terlihat dengan mata telanjang).
• Ekstensi: Laminasi lokal (terbatas pada area tertentu) versus laminasi yang luas.
• Keparahan: Minor (lapisan kecil dan terisolasi), moderat (lapisan yang mempengaruhi sebagian besar penampang), atau parah (lapisan besar dan kontinu yang mengkompromikan seluruh komponen).

Sistem klasifikasi standar, seperti yang diuraikan dalam ASTM A802 atau ISO 4967, mengkategorikan laminasi berdasarkan ukuran, distribusi, dan dampaknya terhadap sifat mekanik. Misalnya, laminasi grade 1 mungkin merupakan lapisan minor yang terisolasi, sementara grade 4 menunjukkan laminasi yang luas dan kritis.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi ini memandu kriteria penerimaan, dengan standar yang lebih ketat untuk komponen kritis. Mengenali tingkat keparahan membantu menentukan apakah baja dapat digunakan apa adanya, memerlukan perawatan remedial, atau harus ditolak.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode utama untuk mendeteksi laminasi termasuk inspeksi visual, pengujian ultrasonik (UT), pengujian partikel magnetik (MT), dan pengujian radiografi (RT).

• Inspeksi Visual: Digunakan untuk laminasi permukaan atau dekat permukaan, terutama setelah persiapan permukaan. Ini melibatkan pemeriksaan permukaan baja di bawah pencahayaan atau pembesaran yang memadai untuk mengidentifikasi lapisan atau pemisahan yang terlihat.

• Pengujian Ultrasonik (UT): Menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi yang ditransmisikan ke dalam baja. Variasi dalam impedansi akustik yang disebabkan oleh lapisan laminasi menghasilkan gema atau pantulan yang dapat dideteksi dan dianalisis. UT efektif untuk deteksi laminasi internal, terutama dalam material tebal atau buram.

• Pengujian Partikel Magnetik (MT): Cocok untuk baja ferromagnetik, MT mendeteksi diskontinuitas permukaan dan dekat permukaan. Memagnetisasi spesimen dan menerapkan partikel ferromagnetik mengungkapkan laminasi permukaan atau sedikit di bawah permukaan.

• Pengujian Radiografi (RT): Menggunakan sinar-X atau sinar gamma untuk menghasilkan gambar struktur internal. Laminasi muncul sebagai lapisan datar yang jelas, radiolusen atau radiopak tergantung pada karakteristik material dan cacat.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar yang relevan termasuk ASTM E1444/E1444M untuk pengujian ultrasonik, ASTM E709 untuk pengujian partikel magnetik, dan ISO 4967 untuk inspeksi radiografi produk baja.

Prosedur umum meliputi:

1. Persiapan: Bersihkan permukaan spesimen untuk menghilangkan kotoran, minyak, atau kerak, memastikan pengikatan yang tepat untuk UT atau MT.

2. Kalibrasi: Kalibrasi peralatan menggunakan standar referensi dengan ukuran dan jenis cacat yang diketahui.

3. Inspeksi: Terapkan metode pengujian yang sesuai, menyesuaikan parameter seperti frekuensi, sensitivitas, dan tegangan untuk mengoptimalkan deteksi cacat.

4. Evaluasi: Analisis sinyal atau gambar untuk indikasi laminasi, mencatat ukuran, lokasi, dan keparahan.

Parameter kritis termasuk frekuensi ultrasonik (frekuensi yang lebih tinggi memberikan resolusi yang lebih baik tetapi penetrasi yang lebih rendah), arus magnetisasi untuk MT, dan pengaturan paparan untuk RT.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan penyelesaian permukaan yang sesuai untuk metode inspeksi yang dipilih. Untuk pengujian ultrasonik, permukaan datar dan halus lebih disukai untuk memastikan pengikatan dan transmisi sinyal yang tepat.

Kondisi permukaan dapat melibatkan penggilingan atau pemolesan untuk menghilangkan kerak atau ketidakteraturan permukaan. Untuk radiografi, posisi yang tepat dan pengaturan paparan sangat penting untuk mendapatkan gambar yang jelas.

Ukuran dan bentuk sampel harus sesuai dengan standar yang relevan