CR2 vs CR3 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
CR2 dan CR3 adalah penunjukan yang umum digunakan dalam katalog komersial dan spesifikasi pengadaan untuk membedakan dua grade dalam keluarga baja karbon yang dilaminasi dingin. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi keputusan antara keduanya saat menyeimbangkan biaya, kemampuan dibentuk, kemampuan dilas, dan kinerja saat digunakan: CR2 biasanya memprioritaskan kemampuan dibentuk yang sangat baik dan pemrosesan yang ekonomis, sementara CR3 ditentukan ketika kekuatan yang lebih tinggi atau kualitas tepi yang lebih baik diperlukan. Perbedaan praktis utama antara keduanya terletak pada karakteristik grade yang dilaminasi dingin—satu dioptimalkan untuk aplikasi yang lebih lembut dan sangat dapat dibentuk, yang lain untuk aplikasi dengan kekuatan lebih tinggi dan toleransi yang lebih ketat—sehingga keduanya sering dibandingkan selama trade-off desain untuk stamping, penarikan dalam, panel struktural, dan fabrikasi umum.
1. Standar dan Penunjukan
- Keluarga standar umum dan spesifikasi di mana grade yang dilaminasi dingin didefinisikan atau dirujuk:
- ASTM/ASME (misalnya, spesifikasi lembaran dan strip yang dilaminasi dingin di bawah keluarga ASTM A1008 / A1011 untuk baja komersial)
- EN (misalnya, seri EN 10130 untuk baja karbon rendah yang direduksi dingin)
- JIS (Standar Industri Jepang untuk baja yang dilaminasi dingin, misalnya, SPCC)
- GB (standar nasional Tiongkok untuk baja yang dilaminasi dingin)
- Klasifikasi: CR2 dan CR3 biasanya adalah baja karbon rendah yang dilaminasi dingin (keluarga baja karbon). Mereka bukan grade stainless, alat, atau HSLA secara default, meskipun beberapa pemasok mungkin menawarkan varian dengan elemen mikroaloy atau deoksidasi terkontrol untuk memenuhi sifat tertentu.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah tabel komposisi kualitatif yang menunjukkan keberadaan elemen dan perannya yang khas dalam CR2 vs CR3. Komposisi yang tepat bervariasi menurut standar dan pemasok; periksa sertifikat pabrik untuk pengadaan.
| Elemen | CR2 (tipikal) | CR3 (tipikal) | Catatan |
|---|---|---|---|
| C (Karbon) | Rendah (dirancang untuk kemampuan dibentuk yang baik) | Rendah–sedang (sedikit lebih tinggi atau terkontrol untuk kekuatan) | Karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan/kekerasan tetapi mengurangi kemampuan dibentuk dan kemampuan dilas. |
| Mn (Mangan) | Sedang (deoksidasi, kekuatan) | Sedang–tinggi (untuk meningkatkan kekuatan/kekerasan) | Mn adalah elemen paduan utama untuk kekuatan dan kekerasan dalam baja karbon rendah. |
| Si (Silikon) | Rendah (deoksidator, penguatan larutan padat terbatas) | Rendah | Biasanya dijaga rendah untuk mempertahankan kualitas permukaan dan kemampuan dibentuk. |
| P (Fosfor) | Jejak / terkontrol | Jejak / terkontrol | Dipertahankan rendah; fosfor yang lebih tinggi dapat meningkatkan kekuatan tetapi membuat rapuh. |
| S (Belerang) | Jejak (mungkin terkontrol untuk kemampuan mesin) | Jejak | Belerang meningkatkan grade pemotongan bebas tetapi merugikan kemampuan dibentuk dan kualitas permukaan. |
| Cr (Krom) | Biasanya tidak ada atau jejak | Jejak (mikroaloy opsional) | Umumnya bukan variabel desain dalam baja ringan yang dilaminasi dingin; penambahan kecil meningkatkan kekerasan. |
| Ni (Nikel) | Umumnya tidak ada | Umumnya tidak ada | Tidak umum kecuali varian khusus ditentukan. |
| Mo (Molybdenum) | Umumnya tidak ada | Jejak (jarang) | Jarang dalam grade CR standar; digunakan dalam varian paduan. |
| V (Vanadium) | Biasanya tidak ada | Kemungkinan jejak (varian mikroaloy) | V dapat memberikan penguatan presipitasi jika ada. |
| Nb (Niobium) | Biasanya tidak ada | Kemungkinan jejak dalam varian mikroaloy | Nb memperhalus butir ketika ada dalam baja mikroaloy. |
| Ti (Titanium) | Minoritas / jejak | Minoritas / jejak | Digunakan untuk stabilisasi dalam beberapa baja yang diproses. |
| B (Boron) | Tidak umum | Tidak umum | Tingkat yang sangat rendah dapat meningkatkan kekerasan; tidak umum dalam grade CR komoditas. |
| N (Nitrogen) | Jejak | Jejak | Terontrol untuk mengelola penuaan, nitrit jika mikroaloy. |
Ringkasan strategi paduan: - CR2: dioptimalkan terutama untuk karbon rendah, kemampuan dibentuk yang baik, residu rendah untuk penyelesaian permukaan yang superior. - CR3: diformulasikan untuk mencapai hasil/tensil yang lebih tinggi melalui batas kerja dingin yang sedikit lebih tinggi atau mikroaloy; toleransi ukuran dan permukaan yang lebih ketat mungkin menjadi target.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Baja yang dilaminasi dingin seperti CR2 dan CR3 dimulai dari mikrostruktur ferit-perlit atau sepenuhnya feritik setelah dilaminasi dingin dan diregangkan. Perbedaan muncul dari kimia dan pemrosesan termal:
- Mikrostruktur tipikal CR2: sebagian besar ferit halus dengan perlit terdispersi atau fase kedua minimal; matriks terbuka dan ulet setelah diregangkan. Perlakuan panas batch atau kontinu menghasilkan ferit equiaxed dan kepadatan dislokasi rendah—mendorong kemampuan dibentuk.
- Mikrostruktur tipikal CR3: matriks ferit yang mirip tetapi dengan kepadatan dislokasi yang lebih tinggi setelah kerja dingin yang lebih tinggi atau dengan presipitat mikroaloy (V, Nb) yang diperhalus selama siklus termal. Mikroaloy dan perlakuan panas terkontrol dapat menghasilkan butir ferit yang lebih halus dan presipitat karbida/nitrit kecil yang meningkatkan kekuatan.
Efek perlakuan panas/pemrosesan: - Perlakuan panas rekristalisasi (tipikal untuk lembaran yang dilaminasi dingin) mengembalikan ketangguhan pada kedua grade; CR2 menargetkan pelunakan penuh, CR3 mungkin diregangkan ke keadaan yang mempertahankan beberapa pengerasan regangan. - Normalisasi tidak umum untuk lembaran yang dilaminasi dingin yang dimaksudkan untuk kemampuan dibentuk. - Pendinginan & tempering tidak berlaku untuk baja ringan yang dilaminasi dingin standar—hanya akan digunakan untuk varian paduan khusus yang ditujukan untuk kekuatan lebih tinggi. - Pemrosesan termo-mekanis lebih relevan untuk varian mikroaloy di mana penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat meningkatkan kekuatan dan ketangguhan.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis bervariasi dengan pemrosesan (diregangkan, dilalui kulit, atau dikerjakan dingin) dan ukuran. Tabel di bawah ini membandingkan perbedaan perilaku tipikal; verifikasi laporan uji pabrik untuk nilai spesifik pemasok.
| Sifat | CR2 (perilaku tipikal) | CR3 (perilaku tipikal) | Mengapa |
|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Lebih rendah (dirancang untuk ketangguhan) | Lebih tinggi (dirancang untuk kekuatan) | Kimia/pemrosesan CR3 meningkatkan tarik melalui kerja dingin atau mikroaloy. |
| Kekuatan Hasil | Lebih rendah | Lebih tinggi | Paduan sedikit atau perlakuan panas yang dikurangi meningkatkan hasil untuk CR3. |
| Peregangan | Lebih tinggi (ketangguhan yang lebih baik) | Lebih rendah (dikurangi oleh peningkatan kekuatan) | Trade-off antara kekuatan dan ketangguhan. |
| Kekerasan Impak | Baik pada suhu ambien; ketangguhan notch yang lebih baik untuk CR2 | Memadai tetapi bisa lebih rendah jika target kekuatan yang lebih tinggi tercapai | Pemurnian butir vs efek presipitasi mengontrol ketangguhan. |
| Kekerasan | Lebih rendah | Lebih tinggi | Berkorelasi dengan kekuatan tarik dan kerja dingin. |
Interpretasi: CR3 umumnya akan menunjukkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi dengan mengorbankan beberapa ketangguhan dan kemampuan dibentuk relatif terhadap CR2. Besarnya perbedaan tergantung pada persentase pengurangan dingin, siklus perlakuan panas, dan elemen mikroaloy yang ada.
5. Kemampuan Dilas
Kemampuan dilas dipengaruhi terutama oleh tingkat karbon, kekerasan (Mn, Cr, Mo, V), dan elemen residu. Untuk menilai kerentanan terhadap retak yang disebabkan oleh hidrogen dan kebutuhan pemanasan awal, industri menggunakan indeks seperti ekuivalen karbon IIW dan Pcm:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - CR2: karbon lebih rendah dan paduan lebih rendah → nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ lebih rendah → umumnya kemampuan dilas yang baik dengan pemanasan awal minimal untuk ketebalan umum. - CR3: sedikit lebih tinggi Mn atau mikroaloy dapat meningkatkan indeks kekerasan → risiko peningkatan struktur martensitik keras di HAZ untuk bagian tebal atau pendinginan cepat, dan mungkin memerlukan perlakuan panas sebelum/pasca pengelasan pada bagian yang lebih tebal.
Panduan praktis: - Untuk lembaran dan ukuran tipis, kedua grade biasanya mudah dilas dengan GMAW/MIG, MAG standar atau pengelasan resistensi ketika prosedur pengelasan yang tepat diikuti. - Untuk pengelasan titik dan bagian yang dicetak, CR2 sering lebih disukai karena risiko retak las yang lebih sedikit dan kemampuan dibentuk yang lebih baik; CR3 mungkin memerlukan penyesuaian parameter atau pemilihan logam pengisi untuk mengelola ketangguhan HAZ.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik CR2 maupun CR3 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi mereka adalah seperti baja karbon rendah dan tergantung pada penyelesaian permukaan dan lingkungan.
- Metode perlindungan yang umum: galvanisasi celup panas, elektroplating seng, pelapisan awal dengan pelapis organik (pelapisan gulungan), pasivasi minyak permukaan, atau sistem pengecatan.
- Indeks spesifik stainless seperti PREN tidak berlaku untuk grade non-stainless ini:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Indeks ini hanya berarti untuk komposisi stainless austenitik dan oleh karena itu tidak relevan di sini.
Catatan pemilihan: - Jika ketahanan korosi diperlukan, tentukan penyelesaian yang digalvanisasi atau dicat sebelumnya atau pilih grade stainless daripada CR2/CR3. - Pertimbangan kualitas permukaan: CR2 sering disuplai untuk penyelesaian permukaan yang sangat baik yang cocok untuk pengecatan/pelapisan gulungan; CR3 mungkin memiliki perlakuan permukaan yang sedikit berbeda untuk memenuhi kebutuhan dimensi/toleransi.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk
- Pembentukan: CR2 menawarkan kinerja penarikan dalam dan pembentukan regangan yang superior karena hasil yang lebih rendah dan peregangan yang lebih tinggi. CR3, yang lebih kuat, akan menunjukkan pemulihan yang lebih tinggi dan kemampuan tarik maksimum yang berkurang.
- Pembengkokan: CR2 lebih mudah dibengkokkan ke radius yang ketat dengan risiko retak yang lebih rendah. CR3 memerlukan radius bengkok yang lebih besar atau perlakuan panas menengah untuk deformasi yang parah.
- Kemampuan mesin: Keduanya cukup baik untuk pemesinan; kekuatan CR3 yang lebih tinggi dan potensi mikroaloy dapat mengurangi kemampuan mesin dibandingkan dengan CR2. Kemampuan mesin dapat dimodifikasi secara sengaja dengan menambahkan timbal atau belerang dalam varian pemotongan bebas tertentu, tetapi itu mengurangi kinerja pembentukan.
- Penyelesaian permukaan: CR2 biasanya ditentukan di mana penampilan permukaan yang superior diperlukan (panel luar otomotif, bagian dekoratif). CR3 dapat digunakan di mana toleransi dimensi dan ketepatan lebih diutamakan.
8. Aplikasi Tipikal
| CR2 (penggunaan tipikal) | CR3 (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Panel dalam otomotif, bagian yang dicetak dalam penarikan dalam, komponen furnitur, peralatan di mana kemampuan dibentuk dan penyelesaian permukaan sangat penting | Panel struktural, bagian yang memerlukan hasil lebih tinggi atau kontrol dimensi yang lebih ketat, strip yang dilaminasi dingin yang dikalibrasi untuk pemrosesan sekunder |
| Saluran HVAC yang dicat atau dilapisi sebelumnya, enclosures ukuran ringan, barang konsumen | Komponen yang difabrikasi di mana kekuatan memungkinkan pengurangan ukuran untuk menghemat berat atau biaya (tergantung pada batas pembentukan) |
| Komponen yang dibentuk dingin secara umum, stamping, braket kecil | Bagian yang akan mengalami pembentukan ringan tetapi memerlukan kekuatan statis yang lebih tinggi (gusset, tali penguat) |
Alasan pemilihan: - Pilih CR2 ketika penarikan dalam, penyelesaian permukaan yang ketat, atau ketangguhan maksimal diperlukan. - Pilih CR3 ketika kekuatan lebih tinggi, toleransi ketebalan yang lebih ketat, atau kondisi tepi yang lebih baik lebih diutamakan daripada pengurangan kemampuan dibentuk.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: CR2 cenderung sedikit lebih murah karena menargetkan kimia karbon rendah komoditas dan siklus perlakuan panas standar. CR3 mungkin memerlukan sedikit premium jika mencakup pemrosesan tambahan, penggulungan toleransi yang lebih ketat, atau mikroaloy.
- Ketersediaan: Kedua grade umumnya tersedia dalam bentuk gulungan, lembaran, dan strip dari pabrik baja yang dilaminasi dingin komersial. CR2 sering lebih banyak tersedia karena penggunaannya yang umum; CR3 umumnya tersedia tetapi mungkin ditentukan untuk dipesan pada toleransi permukaan atau mekanis tertentu.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | CR2 | CR3 |
|---|---|---|
| Kemampuan Dilas | Sangat baik | Baik — mungkin memerlukan perhatian untuk bagian yang lebih tebal |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan lebih rendah, ketangguhan lebih tinggi | Kekuatan lebih tinggi, ketangguhan sedikit lebih rendah |
| Biaya | Lebih rendah / ekonomis | Sedikit lebih tinggi / premium untuk spesifikasi yang lebih ketat |
Rekomendasi: - Pilih CR2 jika Anda memerlukan kemampuan dibentuk yang superior, kinerja penarikan dalam, penyelesaian permukaan yang sangat baik untuk pengecatan atau pelapisan, dan biaya terendah untuk fabrikasi umum dari ukuran tipis. - Pilih CR3 jika Anda memerlukan kekuatan hasil/tensil yang lebih tinggi untuk fitur yang menanggung beban, kontrol dimensi/ukuran yang lebih ketat, atau jika peningkatan kekuatan yang moderat memungkinkan pengurangan ukuran untuk menghemat berat atau biaya material—dengan menerima beberapa pengurangan dalam kemampuan dibentuk.
Tip pengadaan akhir: minta sertifikat uji pabrik dan kondisi pasokan yang tepat (diregangkan, dilalui kulit, digulung temper), dan tentukan persyaratan penyelesaian permukaan dan pelapisan. Lakukan percobaan pembentukan tingkat bagian dan kualifikasi prosedur pengelasan sesuai kebutuhan untuk memastikan bahwa grade yang dipilih memenuhi tuntutan manufacturability dan kinerja saat digunakan.