Edging: Proses Pengendalian Lebar Kritis dalam Produksi Baja Rolling Panas

Definisi dan Konsep Dasar

Edging dalam industri baja mengacu pada proses mengontrol dan memanipulasi lebar baja selama operasi penggilingan, terutama di pabrik penggilingan panas dan dingin. Operasi kritis ini melibatkan penerapan tekanan lateral pada tepi strip atau pelat baja untuk mempertahankan akurasi dimensi dan kualitas tepi. Edging sangat penting untuk mencapai kontrol lebar yang tepat, mencegah retak pada tepi, dan memastikan distribusi ketebalan yang merata di seluruh lebar produk baja.

Dalam konteks yang lebih luas dari metalurgi, edging mewakili aspek mendasar dari teknologi pembentukan logam yang menghubungkan pemrosesan bahan baku dan spesifikasi produk jadi. Ini berdiri sebagai titik kontrol kritis dalam proses manufaktur di mana akurasi dimensi, kualitas permukaan, dan sifat mekanik dapat dipengaruhi secara signifikan melalui deformasi terkontrol pada tepi material.

Sifat Fisik dan Dasar Teoretis

Mekanisme Fisik

Di tingkat mikrostruktur, edging menyebabkan deformasi plastis lokal di sepanjang tepi material baja. Deformasi ini menyebabkan perpanjangan butir dan reorientasi dalam arah gaya yang diterapkan, menciptakan mikrostruktur yang berbeda di tepi dibandingkan dengan pusat material. Proses ini melibatkan distribusi stres-regangan yang kompleks di mana stres kompresif mendominasi dalam arah edging sementara stres tarik berkembang tegak lurus terhadap gaya yang diterapkan.

Mekanisme ini bergantung pada melebihi kekuatan luluh material dengan cara yang terkontrol untuk mencapai aliran plastis tanpa menyebabkan retak pada tepi atau cacat. Selama edging panas, rekristalisasi dinamis terjadi secara bersamaan dengan deformasi, memungkinkan perubahan bentuk yang lebih besar tanpa efek pengerasan kerja.

Model Teoretis

Model teoretis utama yang menggambarkan edging didasarkan pada teori deformasi plastis dan prinsip konstansi volume selama pembentukan logam. Metode Slab, yang dikembangkan pada pertengahan abad ke-20, menyediakan dasar untuk menganalisis distribusi stres selama operasi edging.

Pemahaman sejarah tentang edging berkembang dari praktik empiris di lapangan menjadi analisis ilmiah yang dimulai pada tahun 1940-an dengan karya von Karman tentang teori penggilingan. Pendekatan modern menggabungkan pemodelan elemen hingga (FEM) untuk memprediksi aliran material selama edging dengan presisi yang lebih besar.

Pendekatan teoretis yang berbeda termasuk Metode Batas Atas, yang fokus pada kebutuhan energi, dan Teori Lapangan Garis Selip, yang menganalisis pola aliran plastis. Masing-masing menawarkan wawasan unik ke dalam berbagai aspek proses edging, dengan FEM saat ini memberikan kemampuan analisis yang paling komprehensif.

Dasar Ilmu Material

Edging secara langsung mempengaruhi struktur kristal di tepi baja dengan menginduksi orientasi kristalografi yang diutamakan (tekstur) melalui deformasi plastis. Di batas butir, proses ini menciptakan daerah dengan kepadatan dislokasi tinggi yang mempengaruhi perilaku rekristalisasi selanjutnya selama perlakuan annealing.

Respon mikrostruktur terhadap edging bervariasi secara signifikan berdasarkan ukuran butir awal, komposisi fase, dan suhu. Pada baja feritik, edging dapat menghasilkan struktur butir yang memanjang, sementara pada baja austenitik pada suhu tinggi, rekristalisasi dinamis dapat menghasilkan butir yang lebih ekuiaxed bahkan setelah deformasi yang signifikan.

Proses ini terhubung dengan prinsip dasar ilmu material tentang pengerasan kerja, pemulihan, dan rekristalisasi. Keseimbangan antara pengerasan regangan dan pelunakan termal selama edging panas menentukan sifat mekanik akhir dan stabilitas dimensi dari tepi yang diproses.

Ekspresi Matematis dan Metode Perhitungan

Formula Definisi Dasar

Hubungan fundamental dalam operasi edging dapat dinyatakan sebagai:

$$W_f = W_i - \Delta W$$

Di mana:
- $W_f$ = Lebar akhir setelah edging (mm)
- $W_i$ = Lebar awal sebelum edging (mm)
- $\Delta W$ = Pengurangan lebar yang dicapai melalui edging (mm)

Formula Perhitungan Terkait

Gaya edging yang diperlukan dapat dihitung menggunakan:

$$F_e = k_e \cdot w \cdot h \cdot \sigma_y$$

Di mana:
- $F_e$ = Gaya edging (N)
- $k_e$ = Koefisien edging (tanpa dimensi, biasanya 1.2-1.8)
- $w$ = Lebar kontak antara edger dan material (mm)
- $h$ = Ketebalan material (mm)
- $\sigma_y$ = Kekuatan luluh material pada suhu edging (MPa)

Faktor penyebaran selama edging dapat ditentukan dengan:

$$S = \frac{\Delta w}{\Delta h} = C \cdot \sqrt{\frac{R}{h}} \cdot \left(\frac{\Delta h}{h}\right)^{-0.5}$$

Di mana:
- $S$ = Faktor penyebaran (tanpa dimensi)
- $\Delta w$ = Peningkatan lebar selama penggilingan (mm)
- $\Delta h$ = Pengurangan ketebalan (mm)
- $C$ = Konstanta material (biasanya 0.3-0.5)
- $R$ = Jari-jari rol (mm)
- $h$ = Ketebalan awal (mm)

Kondisi dan Batasan yang Berlaku

Formula ini berlaku untuk operasi edging konvensional di mana deformasi tetap berada dalam wilayah plastis tanpa menyebabkan retak pada tepi. Model ini mengasumsikan sifat material yang homogen dan kondisi isotermal selama pemrosesan.

Batasan termasuk akurasi yang berkurang pada suhu ekstrem di mana perilaku material menjadi sangat non-linear. Formula ini juga tidak memperhitungkan geometri tepi yang kompleks atau cacat tepi yang sudah ada sebelumnya yang dapat mempengaruhi pola deformasi.

Model matematis ini mengasumsikan aliran material yang seragam selama deformasi dan tidak sepenuhnya menangkap fenomena lokal seperti pengikisan geser atau gelombang tepi yang mungkin berkembang di bawah kondisi pemrosesan tertentu.

Metode Pengukuran dan Karakterisasi

Spesifikasi Pengujian Standar

• ASTM A568: Spesifikasi Standar untuk Baja, Lembaran, Karbon, Struktural, dan Kekuatan Tinggi, Paduan Rendah, Dihasilkan Panas dan Dingin, yang mencakup persyaratan kondisi tepi.
• ISO 16160: Produk lembar baja yang digulung panas — Toleransi dimensi dan bentuk, mencakup ketepatan dan kondisi tepi.
• EN 10051: Strip dan pelat/lembar yang digulung panas secara kontinu dari strip lebar baja non-paduan dan paduan — Toleransi pada dimensi dan bentuk.
• JIS G 3193: Dimensi, bentuk, massa, dan variasi yang diperbolehkan dari pelat baja yang digulung panas, lembaran, strip, dan datar lebar.

Peralatan dan Prinsip Pengujian

Sistem pengukuran lebar biasanya menggunakan sensor optik berbasis laser yang diposisikan di kedua tepi strip. Sistem non-kontak ini menggunakan prinsip triangulasi untuk menentukan posisi tepi dengan akurasi biasanya dalam rentang ±0.1mm.

Sistem inspeksi kondisi tepi memanfaatkan kamera resolusi tinggi dengan pencahayaan khusus untuk mendeteksi cacat seperti retak tepi, burr, atau gelombang. Sistem ini beroperasi berdasarkan prinsip visi mesin, membandingkan gambar yang ditangkap dengan parameter kualitas yang telah ditentukan.

Pabrik canggih menggabungkan sistem pengukuran profil dalam garis menggunakan teknologi sinar-X atau sinar gamma untuk mengukur distribusi ketebalan di seluruh lebar, termasuk daerah tepi, tanpa menghubungi material.

Persyaratan Sampel

Penilaian kualitas tepi standar memerlukan sampel dengan panjang minimum 300mm yang dipotong tegak lurus terhadap arah penggilingan. Permukaan tepi harus dipertahankan dalam kondisi yang diproses tanpa penggilingan atau persiapan tambahan.

Untuk pemeriksaan metalografi mikrostruktur tepi, sampel harus dipotong dengan hati-hati, dipasang, dipoles hingga permukaan cermin, dan di-etch dengan reagen yang