Skala pada Baja: Penyebab, Dampak, dan Langkah Pengendalian Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Pemangkasan dalam industri baja mengacu pada pembentukan lapisan oksida atau senyawa lain di permukaan produk baja selama proses suhu tinggi seperti penggulungan panas, annealing, atau pendinginan. Ini muncul sebagai kerak yang rapuh, bersisik, atau melekat yang dapat diidentifikasi secara visual atau terdeteksi melalui berbagai metode pengujian.

Fenomena ini merupakan masalah kualitas yang kritis karena mempengaruhi integritas permukaan, ketahanan korosi, dan kinerja mekanis keseluruhan produk baja. Pemangkasan dianggap sebagai cacat permukaan atau fenomena terkait permukaan yang dapat mengompromikan kualitas fungsional dan estetika komponen baja.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, pemangkasan adalah indikator perilaku oksidasi dan efisiensi kontrol proses. Ini memberikan wawasan tentang kondisi permukaan baja, kecenderungan oksidasi, dan efektivitas atmosfer atau pelapis pelindung selama pemrosesan. Manajemen yang tepat terhadap pemangkasan sangat penting untuk memastikan daya tahan produk, kualitas penyelesaian permukaan, dan kepatuhan terhadap standar industri.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, pemangkasan muncul sebagai kerak oksida yang kasar, sering kali berwarna putih atau biru di permukaan baja, yang dapat dengan mudah diamati dengan mata telanjang. Lapisan skala dapat bersisik atau melekat, tergantung pada kondisi pembentukan, dan dapat dihilangkan secara mekanis atau kimiawi.

Secara mikroskopis, skala terdiri dari lapisan oksida—terutama oksida besi seperti magnetit (Fe₃O₄), hematit (Fe₂O₃), atau wüstite (FeO)—yang terbentuk di permukaan baja. Lapisan-lapisan ini dapat bervariasi dalam ketebalan dari beberapa mikrometer hingga beberapa ratus mikrometer. Mikrostruktur skala mengungkapkan struktur berlapis dengan fase oksida yang berbeda, sering kali dengan porositas atau mikroretakan yang mempengaruhi adhesi dan sifat pelindung.

Fitur karakteristik termasuk kerak oksida yang rapuh, berpori, atau melekat, sering kali dengan tekstur permukaan yang kasar. Kehadiran nodul oksida, zona spallation, atau penutupan yang tidak merata dapat lebih lanjut menggambarkan fenomena pemangkasan.

Mechanisme Metalurgi

Pemangkasan dihasilkan dari oksidasi permukaan baja pada suhu tinggi, biasanya di atas 600°C. Ketika baja terpapar atmosfer kaya oksigen selama pemrosesan suhu tinggi, oksidasi terjadi dengan cepat, yang mengarah pada pembentukan lapisan oksida.

Mechanisme metalurgi yang mendasari melibatkan difusi oksigen ke dalam permukaan baja dan reaksi kimia berikutnya dengan besi dan elemen paduan. Proses ini dimulai dengan pembentukan film oksida pelindung yang tipis pada suhu yang lebih rendah, yang dapat menjadi tidak stabil atau tumbuh secara berlebihan pada suhu yang lebih tinggi. Seiring meningkatnya suhu, lapisan oksida menebal, menjadi berpori, atau terkelupas, mengekspos permukaan baja yang segar untuk oksidasi.

Komposisi baja mempengaruhi perilaku pemangkasan: kandungan karbon tinggi dapat mendorong dekarbonisasi dan pembentukan oksida, sementara elemen paduan seperti kromium, nikel, atau silikon dapat membentuk lapisan oksida yang lebih stabil dan melekat yang mengurangi keparahan pemangkasan. Kondisi pemrosesan seperti suhu, komposisi atmosfer (oksidasi vs. reduksi), dan laju pendinginan secara signifikan mempengaruhi tingkat dan sifat pemangkasan.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar keparahan pemangkasan sering mengikuti sistem penilaian berdasarkan penampilan, ketebalan, dan adhesi lapisan oksida:

• Grade 1 (Pemangkasan Ringan): Lapisan oksida tipis dan melekat yang mudah dihilangkan dengan sikat ringan atau pembersihan kimia. Dampak minimal pada kualitas permukaan.
• Grade 2 (Pemangkasan Sedang): Kerak oksida yang terlihat yang mungkin memerlukan penghilangan mekanis; beberapa spallation atau ketidakrataan teramati.
• Grade 3 (Pemangkasan Berat): Lapisan oksida yang tebal, bersisik, atau terkelupas yang menyebabkan kekasaran permukaan dan potensi cacat. Dampak signifikan pada penyelesaian permukaan.
• Grade 4 (Pemangkasan Parah): Kerak oksida yang luas dengan spallation dalam, mengekspos baja yang mendasari, sering kali menyebabkan cacat permukaan dan kerentanan terhadap korosi.

Klasifikasi ini membantu dalam mengevaluasi kesesuaian baja untuk aplikasi tertentu dan memandu penyesuaian proses untuk meminimalkan pemangkasan.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Pemeriksaan visual tetap menjadi metode utama untuk penilaian awal keparahan pemangkasan, terutama untuk penampilan dan keseragaman permukaan. Alat pembesar, seperti lensa tangan atau mikroskop, membantu mengidentifikasi fitur oksida skala mikro.

Untuk pengukuran yang lebih tepat, teknik yang digunakan meliputi:

• Mikroskopi Optik: Memberikan citra terperinci dari lapisan oksida permukaan, mengungkapkan ketebalan, morfologi, dan adhesi.
• Mikroskopi Elektron Pemindaian (SEM): Menawarkan citra resolusi tinggi dari mikrostruktur oksida dan karakteristik antarmuka.
• Difraksi Sinar-X (XRD): Mengidentifikasi fase oksida yang ada di permukaan, mengonfirmasi komposisi kimia dari skala.
• Profilometri Permukaan: Mengukur kekasaran permukaan dan ketebalan skala secara kuantitatif.
• Analisis Termogravimetri (TGA): Mengukur peningkatan berat oksida selama pemanasan terkontrol, secara tidak langsung menunjukkan ketebalan skala.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional seperti ASTM A262, ISO 10289, dan EN 10204 menetapkan prosedur untuk menilai pembentukan dan adhesi skala oksida.

Prosedur pengujian yang khas melibatkan:

1. Persiapan Sampel: Memotong spesimen dari produk baja, memastikan kondisi permukaan yang representatif.
2. Pembersihan: Menghilangkan kontaminan yang longgar tanpa mempengaruhi lapisan oksida, sering kali melalui sikat lembut atau pembersihan kimia.
3. Pemanasan: Menghadapkan sampel pada paparan suhu tinggi yang terkontrol dalam furnace dengan kondisi atmosfer yang ditentukan.
4. Pendinginan: Pendinginan terkontrol hingga suhu ambient untuk mensimulasikan kondisi pemrosesan.
5. Pemeriksaan: Pemeriksaan visual dan mikroskopis untuk mengevaluasi pembentukan skala, adhesi, dan morfologi.

Parameter kritis meliputi suhu (biasanya 600°C hingga 1000°C), waktu paparan, komposisi atmosfer (udara, gas inert, atau reduksi), dan laju pendinginan, semuanya mempengaruhi karakteristik skala.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan kondisi permukaan yang mirip dengan produk akhir. Kondisi permukaan melibatkan pembersihan untuk menghilangkan kotoran, minyak, atau skala yang longgar, tetapi harus hati-hati agar tidak mengubah lapisan oksida.

Ukuran dan bentuk sampel tergantung pada standar pengujian tetapi umumnya mencakup spesimen datar, halus dengan penyelesaian permukaan yang seragam. Persiapan permukaan yang tepat memastikan hasil pengujian yang konsisten dan dapat diandalkan.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada teknik yang digunakan. Mikroskopi optik dan profilometri menawarkan repeatabilitas tinggi ketika dikalibrasi dengan benar. SEM memberikan data mikrostruktur yang terperinci tetapi memerlukan pengoperasian yang terampil.

Sumber kesalahan termasuk kontaminasi permukaan, persiapan sampel yang tidak konsisten, dan masalah kalibrasi peralatan. Untuk memastikan kualitas pengukuran, prosedur standar, kalibrasi dengan standar bersertifikat,