Pinch Pass: Teknik Penggulungan Kritis untuk Kontrol Ketebalan Strip Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Pinch pass adalah teknik penggulungan khusus dalam industri baja di mana material strip atau lembaran dikenakan kompresi ringan antara rol kerja dengan pengurangan ketebalan yang minimal. Proses ini terutama bertujuan untuk meningkatkan datar, penyelesaian permukaan, dan akurasi dimensi daripada secara signifikan mengurangi ketebalan material.

Pinch passing berfungsi sebagai operasi penyelesaian kritis dalam produksi produk baja datar berkualitas tinggi, terutama di mana kontrol dimensi yang tepat dan karakteristik permukaan yang superior diperlukan. Teknik ini menerapkan tekanan terkontrol di seluruh lebar material untuk memperbaiki cacat bentuk dan memastikan ketebalan yang seragam.

Dalam konteks yang lebih luas dari pemrosesan metalurgi, pinch passing mewakili langkah perantara antara penggulungan pengurangan substansial dan operasi penyelesaian akhir. Ini menjembatani kesenjangan antara proses pembentukan primer dan persyaratan produk akhir, memungkinkan produsen untuk memenuhi spesifikasi yang semakin ketat untuk aplikasi baja yang canggih.

Sifat Fisik dan Dasar Teoretis

Mekanisme Fisik

Di tingkat mikrostruktur, pinch passing menyebabkan deformasi plastis ringan di lapisan permukaan baja sambil mempertahankan struktur inti sebagian besar tidak berubah. Deformasi selektif ini menciptakan keadaan stres terkontrol yang membantu mendistribusikan kembali stres internal yang berkembang selama langkah pemrosesan sebelumnya.

Mekanisme ini melibatkan interaksi elastis-plastis di mana rol kerja menerapkan tekanan yang cukup untuk menyebabkan yielding di daerah lokal dengan cacat bentuk atau variasi ketebalan. Yielding selektif ini memungkinkan material untuk "mengalir" sedikit, meredakan stres residual dan memperbaiki ketidakteraturan bentuk tanpa secara signifikan mengubah mikrostruktur massal.

Mekanika kontak antara rol kerja dan permukaan baja menciptakan medan stres kompleks yang menembus hingga kedalaman yang bervariasi tergantung pada gaya yang diterapkan, diameter rol, dan sifat material. Medan stres ini membantu menormalkan distribusi stres internal material sambil meminimalkan perubahan pada sifat mekanis yang telah ditetapkan sebelumnya.

Model Teoretis

Model teoretis utama yang menggambarkan pinch passing adalah model kontak elastis-plastis, yang menggambarkan interaksi antara rol silindris dan permukaan datar yang dapat terdeformasi. Model ini, yang awalnya dikembangkan oleh Hertz untuk kontak elastis dan kemudian diperluas oleh peneliti seperti Orowan dan Ford untuk deformasi plastis, memberikan dasar untuk memahami distribusi stres selama pinch passing.

Pemahaman historis tentang pinch passing berkembang dari praktik empiris di lantai pabrik pada awal abad ke-20 menjadi model analitis yang lebih canggih pada tahun 1950-an. Pengembangan analisis elemen hingga pada tahun 1970-an dan 1980-an secara signifikan meningkatkan pemahaman teoretis tentang medan stres selama operasi penggulungan ringan.

Pendekatan modern mencakup baik model analitis berdasarkan teori plastisitas klasik maupun simulasi numerik menggunakan metode elemen hingga. Sementara model analitis memberikan perkiraan cepat yang cocok untuk pengaturan produksi, model komputasi menawarkan wawasan yang lebih mendetail tentang fenomena kompleks seperti efek tepi dan deformasi non-uniform.

Dasar Ilmu Material

Pinch passing berinteraksi dengan struktur kristal baja terutama di tingkat permukaan, di mana dislokasi dapat diperkenalkan atau diatur ulang. Proses ini umumnya tidak secara signifikan mengubah batas butir tetapi dapat mempengaruhi kepadatan dislokasi di dekat permukaan.

Efektivitas pinch passing berkaitan langsung dengan mikrostruktur material, terutama kekuatan hasil, karakteristik pengerasan kerja, dan sifat pemulihan elastis. Material dengan komposisi fase yang berbeda (ferrit, perlit, martensit) merespons secara berbeda terhadap operasi pinch passing.

Prinsip dasar ilmu material yang mendasari pinch passing adalah deformasi elastis-plastis yang terkontrol, di mana stres yang diterapkan melebihi kekuatan hasil di area yang ditargetkan sambil tetap di bawah tingkat yang akan menyebabkan deformasi massal yang signifikan atau perubahan mikrostruktur.

Ekspresi Matematis dan Metode Perhitungan

Formula Definisi Dasar

Hubungan dasar yang mengatur pinch passing dapat dinyatakan melalui formula tekanan rol:

$$P = \frac{F}{L \cdot w}$$

Di mana:
- $P$ adalah tekanan rol spesifik (MPa)
- $F$ adalah total gaya penggulungan (N)
- $L$ adalah panjang kontak antara rol dan strip (mm)
- $w$ adalah lebar strip (mm)

Formula Perhitungan Terkait

Panjang kontak antara rol dan strip dapat dihitung menggunakan:

$$L = \sqrt{R \cdot \Delta h}$$

Di mana:
- $L$ adalah panjang kontak (mm)
- $R$ adalah jari-jari rol (mm)
- $\Delta h$ adalah pengurangan absolut dalam ketebalan (mm)

Pemipihan elastis rol selama pinch passing dapat diperkirakan menggunakan formula Hitchcock:

$$R' = R \left(1 + \frac{16(1-\nu^2)P}{\pi E \cdot \Delta h/L}\right)$$

Di mana:
- $R'$ adalah jari-jari rol yang terdeformasi (mm)
- $R$ adalah jari-jari rol yang tidak terdeformasi (mm)
- $\nu$ adalah rasio Poisson untuk material rol
- $E$ adalah modulus Young untuk material rol (MPa)
- $P$ adalah tekanan rol spesifik (MPa)

Kondisi dan Batasan yang Berlaku

Formula ini berlaku terutama untuk pengurangan kecil di mana $\Delta h$ biasanya kurang dari 1% dari ketebalan strip yang masuk. Di luar rentang ini, model plastisitas yang lebih kompleks diperlukan.

Model ini mengasumsikan sifat material yang homogen dan kondisi isotermal. Variasi suhu di seluruh lebar strip atau melalui ketebalan dapat secara signifikan mempengaruhi hasil aktual.

Perhitungan ini juga mengasumsikan rol yang sejajar sempurna dan material yang masuk seragam. Dalam praktiknya, defleksi rol, ketidakselarasan, dan variasi bentuk strip yang masuk harus dipertimbangkan untuk prediksi yang akurat.

Metode Pengukuran dan Karakterisasi

Spesifikasi Pengujian Standar

ASTM A568/A568M memberikan spesifikasi standar untuk produk lembaran baja di mana pinch passing biasanya diterapkan, mencakup toleransi dimensi dan persyaratan penyelesaian permukaan.

ISO 16160 menetapkan metode untuk pengukuran datar produk lembaran baja, parameter kualitas kunci yang dipengaruhi oleh operasi pinch passing.

ASTM E1030 merinci prosedur untuk pemeriksaan radiografi permukaan logam, yang dapat digunakan untuk mengevaluasi kualitas permukaan setelah pinch passing.

Peralatan dan Prinsip Pengujian

Sistem pengukuran datar optik menggunakan sensor triangulasi laser memindai permukaan strip untuk membuat peta topografi terperinci yang menunjukkan deviasi bentuk dengan presisi tingkat mikron.

Alat pengukur profil ketebalan menggunakan metode kontak (berbasis mikrometer) atau non-kontak (sinar-X, sinar gamma, atau optik) mengukur variasi ketebalan di seluruh lebar dan panjang material yang telah dipinch pass.

Analyzer kekasaran permukaan yang menggunakan teknik berbasis stylus atau optik mengukur parameter tekstur permukaan (Ra, Rz, dll.) sebelum dan setelah pinch passing untuk mengevaluasi perbaikan penyelesaian permukaan.

Persyaratan Sampel

Spesimen uji standar biasanya memerlukan dimensi minimum 300mm × 300mm untuk secara memadai mewakili karakteristik bentuk material setelah pinch passing.

Persiapan permukaan umumnya hanya melibatkan penghilangan minyak untuk menghilangkan minyak pemrosesan tanpa mengubah penyelesaian permukaan yang perlu dievaluasi.

Sampel harus diidentifikasi dengan jelas dengan arah penggulungan yang ditandai, karena cacat bentuk dan perbaikannya melalui pinch passing sering menunjukkan ketergantungan arah.

Parameter Uji

Pengukuran biasanya dilakukan pada suhu ruangan (20±2°C) setelah material sepenuhnya mendingin dan stabil setelah operasi pinch passing.

Kondisi lingkungan harus menjaga kelembaban relatif di bawah 60% untuk mencegah oks