Penggulungan Tepi: Kontrol Tepi Presisi dalam Pengolahan & Penyelesaian Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Edge rolling adalah proses pembentukan logam yang khusus yang fokus pada deformasi terkontrol dari tepi strip atau pelat baja. Teknik ini melibatkan pengoperasian tepi lateral logam melalui stand rol yang dirancang khusus untuk mencapai toleransi dimensi tertentu, profil tepi, dan sifat mekanis. Edge rolling berfungsi sebagai proses kontrol kualitas yang kritis dalam produksi produk baja datar, memastikan kontrol lebar yang tepat dan kondisi tepi untuk pemrosesan lebih lanjut dan aplikasi penggunaan akhir.

Dalam konteks yang lebih luas dari metalurgi, edge rolling mewakili subset penting dari operasi rolling dingin dan panas yang secara khusus menangani cacat terkait tepi dan akurasi dimensi. Ini menjembatani kesenjangan antara operasi rolling primer dan proses finishing, memainkan peran penting dalam rantai produksi untuk produk baja berkualitas tinggi di mana integritas tepi secara langsung mempengaruhi kinerja produk dan kepuasan pelanggan.

Sifat Fisik dan Dasar Teoretis

Mekanisme Fisik

Di tingkat mikrostruktur, edge rolling menyebabkan deformasi plastis lokal di sepanjang tepi strip. Deformasi ini menyebabkan perpanjangan butir dan reorientasi dalam arah rolling, menciptakan mikrostruktur berserat di tepi. Proses ini memperkenalkan pengerasan regangan melalui perkalian dan keterikatan dislokasi, terutama terkonsentrasi di daerah tepi di mana aliran material dibatasi berbeda dari tubuh strip.

Daerah tepi mengalami keadaan stres yang kompleks selama rolling, termasuk stres kompresif yang tegak lurus terhadap arah rolling dan stres tarik yang sejajar dengannya. Distribusi stres ini menciptakan pola deformasi unik yang berbeda dari yang ada di tubuh utama strip, menghasilkan karakteristik mikrostruktur yang berbeda di tepi.

Model Teoretis

Model teoretis utama untuk edge rolling didasarkan pada teori deformasi regangan bidang, dimodifikasi untuk memperhitungkan aliran material tiga dimensi di tepi strip. Teori rolling Sims, yang dikembangkan pada tahun 1950-an, memberikan dasar untuk memahami distribusi gaya dan mekanika deformasi selama operasi edge rolling.

Secara historis, edge rolling diperlakukan sebagai efek sekunder dalam teori rolling umum hingga tahun 1970-an ketika model khusus muncul untuk menangani fenomena terkait tepi. Perkembangan ini bergerak dari model geometris sederhana ke analisis elemen hingga kompleks yang menggabungkan aliran material, efek termal, dan evolusi mikrostruktur.

Pendekatan modern mencakup Metode Batas Atas untuk menganalisis pola deformasi dan Teori Lapangan Garis Slip untuk memprediksi aliran material di tepi. Ini dilengkapi dengan metode numerik yang dapat mensimulasikan keadaan deformasi tiga dimensi yang kompleks yang unik untuk daerah tepi.

Dasar Ilmu Material

Edge rolling secara signifikan mempengaruhi struktur kristal di tepi strip, sering kali menciptakan orientasi kristalografi yang diutamakan (tekstur) yang berbeda dari pusat strip. Batas butir di dekat tepi biasanya menjadi lebih memanjang dan sejajar dengan arah rolling, menciptakan sifat mekanis anisotropik.

Mikrostruktur di tepi yang digulung sering kali menunjukkan kepadatan dislokasi yang lebih tinggi dan pita deformasi yang lebih jelas dibandingkan dengan pusat strip. Ini menghasilkan pengerasan kerja lokal yang dapat bermanfaat untuk kekuatan tepi tetapi juga dapat menyebabkan pengurangan duktilitas dan potensi retak jika tidak dikendalikan dengan baik.

Edge rolling terhubung dengan prinsip dasar ilmu material tentang pengerasan kerja, rekristalisasi, dan pengembangan tekstur. Keadaan stres yang unik di tepi menciptakan mekanisme deformasi dan pemulihan yang berbeda yang harus dipahami untuk mengoptimalkan kualitas tepi dan mencegah cacat seperti retak tepi atau gelombang.

Ekspresi Matematis dan Metode Perhitungan

Rumus Definisi Dasar

Hubungan fundamental dalam edge rolling dinyatakan melalui rasio pengurangan tepi:

$$R_e = \frac{t_i - t_f}{t_i} \times 100\%$$

Di mana:
- $R_e$ adalah rasio pengurangan tepi (%)
- $t_i$ adalah ketebalan tepi awal (mm)
- $t_f$ adalah ketebalan tepi akhir setelah rolling (mm)

Rumus Perhitungan Terkait

Gaya edge rolling dapat dihitung menggunakan:

$$F_e = w_e \times L_c \times k_e \times \sigma_y$$

Di mana:
- $F_e$ adalah gaya edge rolling (N)
- $w_e$ adalah lebar tepi efektif di bawah deformasi (mm)
- $L_c$ adalah panjang kontak antara rol dan tepi (mm)
- $k_e$ adalah faktor resistensi deformasi tepi (tanpa dimensi)
- $\sigma_y$ adalah kekuatan luluh material (MPa)

Penyebaran tepi selama rolling dapat diperkirakan dengan:

$$\Delta w = C \times w_0 \times \sqrt{\frac{\Delta t}{w_0}}$$

Di mana:
- $\Delta w$ adalah penyebaran tepi (mm)
- $C$ adalah koefisien empiris yang bergantung pada material dan kondisi rolling
- $w_0$ adalah lebar tepi awal (mm)
- $\Delta t$ adalah pengurangan ketebalan (mm)

Kondisi dan Batasan yang Berlaku

Rumus-rumus ini umumnya berlaku untuk operasi edge rolling konvensional dengan rasio pengurangan di bawah 30% per pass. Di luar ambang ini, model yang lebih kompleks yang memperhitungkan pengerasan regangan dan efek termal menjadi perlu.

Model matematis mengasumsikan sifat material yang relatif seragam dan deformasi yang homogen. Mereka mungkin tidak secara akurat memprediksi perilaku untuk material dengan anisotropi yang kuat atau selama edge rolling suhu tinggi di mana pelunakan dinamis terjadi.

Kebanyakan rumus edge rolling didasarkan pada kondisi keadaan tetap dan mungkin tidak menangkap fenomena transien selama percepatan, perlambatan, atau operasi threading. Selain itu, mereka biasanya mengasumsikan penyelarasan rol yang sempurna dan deformasi simetris, yang mungkin tidak berlaku dalam operasi praktis.

Metode Pengukuran dan Karakterisasi

Spesifikasi Pengujian Standar

ASTM A568/A568M: Spesifikasi Standar untuk Baja, Lembaran, Karbon, Struktural, dan Kekuatan Tinggi, Paduan Rendah, Dihasilkan Panas dan Dingin, yang mencakup persyaratan kondisi tepi dan metode pengujian.

ISO 16160: Produk lembaran baja - Diskontinuitas permukaan - Terminologi dan klasifikasi, mencakup klasifikasi cacat tepi dan standar pengukuran.

EN 10163: Persyaratan pengiriman untuk kondisi permukaan pelat baja yang digulung panas, lembaran dan strip, yang menetapkan kondisi tepi yang dapat diterima dan metode pengujian.

Peralatan dan Prinsip Pengujian

Sistem inspeksi tepi optik memanfaatkan kamera resolusi tinggi dan pencahayaan khusus untuk mendeteksi dan mengklasifikasikan cacat tepi. Sistem ini beroperasi berdasarkan prinsip analisis kontras antara profil tepi dan latar belakang yang distandarisasi.

Gauge profil tepi mekanis mengukur karakteristik geometris tepi yang digulung melalui pengukuran kontak langsung. Perangkat ini biasanya menggunakan rol presisi atau probe kontak untuk melacak kontur tepi.

Sistem canggih mencakup sensor triangulasi laser yang menciptakan profil tiga dimensi tepi strip dengan presisi tingkat mikron. Sistem non-kontak ini beroperasi dengan memproyeksikan garis laser ke permukaan tepi dan menganalisis pola cahaya yang dipantulkan.

Persyaratan Sampel

Penilaian kualitas tepi standar memerlukan sampel dengan panjang minimal 300mm yang dipotong tegak lurus terhadap arah rolling. Sampel harus mencakup lebar penuh strip dengan tepi yang utuh.

Persiapan permukaan biasanya melibatkan penghilangan minyak tanpa mengubah profil tepi secara mekanis. Untuk pemeriksaan mikroskopis, pemotongan yang hati-hati dan persiapan metalografi diperlukan untuk menghindari pengenalan artefak.

Sampel harus diidentifikasi dengan jelas dengan arah rolling, orientasi permukaan atas/bawah, dan posisi dalam koil atau pelat untuk memastikan interpretasi hasil yang tepat.

Parameter Uji