CR3 vs CR4 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

CR3 dan CR4 adalah kelas baja dingin yang digulung secara komersial yang umum digunakan dalam aplikasi pembentukan dan struktural di sektor otomotif, peralatan, dan fabrikasi umum. Insinyur dan profesional pengadaan sering kali menghadapi pilihan antara keduanya saat menyeimbangkan kemampuan pembentukan, kekuatan, biaya, dan pemrosesan hilir (pelapisan, pengelasan, atau pembentukan). Konteks keputusan yang umum termasuk memilih kelas untuk penarikan dalam-dalam vs. penempaan sedang, memilih material yang kompatibel dengan lini pelapisan tertentu, atau mengoptimalkan hasil bagian sambil meminimalkan pemulihan dan retak.

Perbedaan teknis utama antara keduanya adalah bahwa CR4 dirancang untuk memberikan kinerja pembentukan yang lebih baik (duktilitas dan kemampuan tarik yang ditingkatkan) dibandingkan dengan CR3; keduanya adalah variasi baja dingin yang digulung dengan karbon rendah dengan komposisi kimia dan sifat mekanik yang tumpang tindih, dan pemilihan sering kali ditentukan oleh rute pemrosesan dan persyaratan penyelesaian daripada oleh komposisi paduan yang sangat berbeda.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar dan sistem umum di mana baja dingin yang digulung (dijelaskan secara komersial sebagai CR1–CR4 atau pita kualitas serupa) muncul:
• EN (Eropa): EN 10130 (produk datar baja karbon rendah yang digulung dingin untuk pembentukan dingin) dan spesifikasi produk terkait.
• ASTM/ASME: Tidak ada penunjukan "CR3/CR4" universal dalam ASTM; baja serupa ditentukan oleh standar produk dan persyaratan sifat mekanik.
• JIS (Jepang): Lembaran dan strip yang digulung dingin memiliki sistem kelas (misalnya, SPCC, SPCD) daripada label CR3/CR4, tetapi kelas yang fungsional sebanding ada.
• GB (Cina): Standar nasional untuk baja dingin yang digulung (misalnya, seri Q195–Q345 dan ekuivalen yang digulung dingin).
• Klasifikasi: Baik CR3 maupun CR4 adalah baja karbon rendah yang digulung dingin (non-stainless, non-tool, non-high-alloy) dalam keluarga baja ringan/karbon. Mereka bukan stainless atau HSLA secara default, meskipun varian mikro-paduan ada untuk aplikasi tertentu.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Di bawah ini adalah perbandingan kualitatif yang representatif dari konstituen kimia untuk CR3 dan CR4. Komposisi yang tepat tergantung pada pemasok dan standar; verifikasi dengan sertifikat pabrik untuk pengadaan atau desain.

Strategi paduan: Untuk CR3/CR4, penekanan adalah pada mempertahankan karbon yang sangat rendah ditambah Mn dan Si yang terkontrol untuk memastikan kemampuan pembentukan dan pengelasan yang baik. Kelas CR4 biasanya diproduksi atau diproses secara termal untuk memberikan duktilitas yang lebih baik (misalnya, pelunakan temper yang lebih lembut, pendinginan terkontrol, atau pelunakan interkritikal) daripada dengan perubahan elemen paduan yang signifikan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur tipikal: Baik CR3 maupun CR4 biasanya memiliki mikrostruktur ferritik (kubus berpusat tubuh, BCC) dengan pearlit halus atau kandungan karbida yang sangat rendah tergantung pada karbon dan sejarah termal. Ketika diproduksi sebagai lembaran baja karbon rendah yang digulung dingin dengan pelunakan, struktur ferritik hampir sepenuhnya dengan karbida/nitrida yang sangat halus terdistribusi secara merata adalah hal yang umum.
• Efek pemrosesan:
• Pelunakan rekristalisasi (umum untuk lembaran yang digulung dingin): Menghasilkan matriks ferritik yang lembut, duktil, dan butiran halus yang memaksimalkan kemampuan pembentukan. CR4 sering disuplai dengan pelunakan atau jadwal pendinginan terkontrol yang dioptimalkan untuk perpanjangan yang lebih tinggi dan kekuatan hasil yang lebih rendah untuk mendukung penarikan dalam-dalam.
• Pemadatan / pengerasan bakar: Varian yang dapat dipadatkan dengan bakar dapat diproduksi dengan mengendalikan karbon dan nitrogen terlarut; perlakuan ini meningkatkan hasil setelah siklus pengecatan/pemanggangan dan ditemukan dalam aplikasi otomotif.
• Pemrosesan termo-mekanis: Jika pemasok menerapkan penggulungan termo-mekanis + pendinginan terkontrol, mikrostruktur dapat disempurnakan untuk menghasilkan keseimbangan yang lebih baik antara kekuatan dan kemampuan pembentukan; perlakuan semacam itu lebih umum ketika target mekanis tertentu diperlukan dan dapat memburamkan perbedaan antara CR3 dan CR4.
• Kemampuan pengerasan: Kedua kelas rendah dalam kemampuan pengerasan karena kandungan karbon rendah dan paduan rendah; mereka merespons buruk terhadap pengerasan menyeluruh tetapi baik terhadap perlakuan permukaan dan kerja dingin.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik representatif untuk baja karbon rendah yang digulung dingin lebih dipengaruhi oleh pengurangan dingin dan siklus pelunakan daripada label kelas yang ketat. Tabel di bawah ini merangkum perilaku tipikal; verifikasi laporan uji pabrik untuk pengadaan.

Penjelasan: CR4 biasanya disuplai atau diproses untuk menurunkan kekuatan hasil dan meningkatkan panjang untuk pembentukan yang lebih baik; CR3 dapat digunakan di mana kekuatan yang sedikit lebih tinggi atau penghematan biaya penting dan persyaratan pembentukan kurang ketat.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan baja karbon rendah yang digulung dingin umumnya baik karena ekuivalen karbon yang rendah, tetapi komposisi lokal dan mikro-paduan mempengaruhi kerentanan terhadap retak dingin dan pengerasan HAZ.

Rumus ekuivalen karbon yang berguna (interpretasikan secara kualitatif; jangan mengganti komposisi numerik tanpa verifikasi): - Ekuivalen karbon International Institute of Welding: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm yang lebih komprehensif: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Baik CR3 maupun CR4 biasanya menunjukkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang rendah karena kandungan karbon yang sangat rendah dan paduan rendah, menunjukkan kemampuan pengelasan yang menguntungkan dengan proses peleburan standar dan logam pengisi umum. - Karbon efektif CR4 yang lebih rendah dan temper yang lebih lembut umumnya mengurangi risiko pengerasan HAZ dan kerentanan terhadap retak dingin, membuat persyaratan pemanasan awal dan perlakuan panas pasca pengelasan kurang menuntut dibandingkan dengan baja berkekuatan lebih tinggi. - Elemen mikro-paduan (Nb, V, Ti) ketika ada pada tingkat jejak dapat meningkatkan kemampuan pengerasan secara lokal; tentukan prosedur pengelasan berdasarkan komposisi bersertifikat dan gunakan suhu pemanasan awal/interpass yang sesuai jika kandungan mikro-paduan meningkatkan $P_{cm}$.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Sifat non-stainless: Baik CR3 maupun CR4 bukan stainless; ketahanan korosi adalah tipikal baja karbon rendah yang tidak dipaduan. Untuk layanan atmosfer atau luar ruangan, sistem perlindungan diperlukan.
• Perlindungan umum: Galvanisasi celup panas, galvanisasi elektrolitik, pelapisan seng-besi, sistem cat organik, pelapisan bubuk, atau pelapisan konversi (fosfat) adalah pilihan standar. Pemilihan tergantung pada lingkungan yang dimaksudkan, pembentukan (pelapisan sebelum atau setelah pembentukan), dan batasan VOC atau proses pengecatan.
• Indeks stainless: PREN tidak berlaku untuk CR3/CR4 karena mereka bukan paduan stainless. Untuk baja stainless, seseorang akan menggunakan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Praktik pelapisan: Untuk aplikasi penarikan dalam-dalam, pertimbangkan pelapisan pasca-pelapisan atau pelapisan yang kompatibel dengan proses yang dapat mentolerir regangan pembentukan; misalnya, galvanisasi elektrolitik atau pelapisan organik tertentu yang disesuaikan dengan kemampuan pembentukan kelas untuk menghindari retak.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan

• Kemampuan pembentukan: CR4 dirancang untuk kemampuan pembentukan yang lebih baik (perpanjangan seragam yang lebih tinggi, rasio hasil yang lebih rendah), menjadikannya lebih disukai untuk penarikan dalam-dalam, penempaan kompleks, dan bagian yang memerlukan jari-jari tikungan yang ketat. Pemulihan cenderung lebih rendah pada temper yang lebih lembut CR4.
• Pembengkokan dan penempaan: CR4 mentolerir regangan yang lebih besar sebelum menyempit. Umur alat dapat meningkat saat membentuk material yang lebih lembut tetapi mungkin memerlukan perhatian terhadap celah cetakan dan pelumasan untuk menghindari cacat permukaan.
• Pemotongan dan pemotongan: Kedua kelas diproses dan dipotong dengan cara yang serupa; inklusi yang sangat rendah dan kualitas permukaan yang terkontrol (sering kali terkait dengan angka CR yang lebih tinggi) mengurangi retak tepi dan burr.
• Kemampuan mesin: Baja karbon rendah memiliki kemampuan mesin yang baik; varian yang disulfurisasi atau dipaduan timah lebih mudah diproses tetapi kurang dapat dibentuk—ini tidak umum untuk CR4 yang menargetkan kemampuan pembentukan.
• Finishing permukaan: CR4 sering disuplai dengan finishing permukaan dan pelumas gulungan yang dioptimalkan untuk pembentukan; pilih pelumas pembentukan dan material cetakan yang sesuai untuk menjaga kualitas permukaan.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: Pilih CR4 ketika kompleksitas pembentukan dan integritas bagian selama penarikan dalam-dalam/penempaan adalah persyaratan dominan. Pilih CR3 di mana pembentukan sedang, sensitivitas biaya lebih besar, dan kekuatan yang sedikit lebih tinggi atau duktilitas yang sedikit lebih rendah dapat diterima.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: CR4 sering kali bersaing biaya dengan CR3 dalam volume karena komposisi dasar serupa; namun, langkah pemrosesan (pelunakan khusus atau finishing permukaan) untuk mencapai kemampuan pembentukan yang lebih baik dapat menambah biaya. Di banyak pasar, CR4 memerlukan premium yang moderat dibandingkan CR3 ketika disuplai dengan kemampuan pembentukan yang ditingkatkan atau perlakuan pelunakan tertentu.
• Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: Kedua kelas umumnya tersedia sebagai gulungan dingin, lembaran, dan blanko yang dipotong sesuai panjang. Ketersediaan tergantung pada inventaris pabrik regional dan apakah pelanggan meminta pemrosesan tambahan (misalnya, skin-pass, pelunakan khusus, atau pra-pelapisan).
• Tip pengadaan: Tentukan sifat mekanik yang diperlukan (hasil, panjang, tarik) dan persyaratan pembentukan daripada hanya label CR3/CR4; ini memastikan pabrik dapat menyediakan rute pemrosesan yang sesuai dan mengurangi ambiguitas dalam penetapan harga.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih CR3 jika Anda memerlukan baja karbon rendah yang digulung dingin yang efisien biaya untuk bagian dengan permintaan pembentukan sedang, di mana kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi atau inventaris yang tersedia penting. - Pilih CR4 jika bagian memerlukan kemampuan pembentukan yang superior atau penarikan dalam-dalam (meminimalkan retak dan pemulihan), kualitas permukaan yang lebih baik setelah pembentukan, atau di mana ketahanan proses dalam penempaan sangat penting.

Catatan akhir untuk pengadaan dan rekayasa: Karena label CR3 dan CR4 dapat digunakan secara berbeda oleh pabrik dan pemasok regional, praktik yang paling aman adalah mendefinisikan sifat mekanik yang diperlukan (hasil, tarik, panjang), finishing permukaan, dan persyaratan pelapisan atau pemanggangan dalam dokumen pembelian. Minta sertifikat uji pabrik dan, di mana pembentukan sangat penting, lakukan percobaan pembentukan atau minta data kemampuan pembentukan (misalnya, pengukuran cupping Erichsen, tinggi kubah pembatas) untuk memvalidasi kelas yang dipilih.