SPCC vs SPCD – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

SPCC dan SPCD adalah dua jenis baja karbon yang dilapisi dingin yang saling terkait dan biasanya ditentukan di bawah JIS serta digunakan di seluruh dunia dalam fabrikasi lembaran logam. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin mempertimbangkan trade-off seperti kemampuan dibentuk versus kekuatan, kemampuan dilas versus kinerja, dan penyelesaian versus biaya saat memilih antara kedua jenis ini. Dilema pemilihan praktis adalah apakah memprioritaskan duktibilitas yang lebih tinggi untuk penarikan dalam dan stamping yang kompleks (tipikal dari jenis baja dingin komersial) atau menerima kekuatan yang sedikit lebih tinggi dengan perpanjangan yang berkurang di mana kapasitas beban dan stabilitas dimensi lebih penting.

Perbedaan teknis utama antara SPCC dan SPCD terletak pada komposisi kimia dan target pemrosesan yang menghasilkan duktibilitas pembentukan dingin dan sifat tarik yang berbeda. Perbedaan ini secara langsung mempengaruhi kemampuan tarik, pemulihan, dan strategi manajemen panas yang diperlukan untuk pengelasan dan pemrosesan selanjutnya.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar internasional utama yang relevan untuk baja karbon yang dilapisi dingin:
• JIS (Standar Industri Jepang) — penunjukan asli untuk baja dingin seri SP (SPCC, SPCD, dll.)
• ASTM/ASME — memiliki kelas analog untuk baja karbon yang dilapisi dingin (kualitas komersial, kualitas penarikan), meskipun penunjukannya berbeda
• EN (norma Eropa) — keluarga EN 10130 mencakup baja karbon rendah yang dilapisi dingin untuk pembentukan
• GB (standar Tiongkok) — spesifikasi GB/T untuk baja karbon rendah yang dilapisi dingin
• Klasifikasi: baik SPCC maupun SPCD adalah baja karbon biasa yang dilapisi dingin (baja karbon), bukan stainless, bukan baja alat, dan bukan HSLA dalam arti yang ketat. Mereka dirancang terutama untuk aplikasi pembentukan dan stamping daripada untuk layanan suhu tinggi atau kekerasan tinggi.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Catatan: - Kedua jenis bergantung pada kimia paduan rendah, karbon rendah; perbedaan halus dan dicapai dengan sedikit variasi dalam kontrol karbon dan kotoran serta jadwal penggilingan dingin dan annealing. - Elemen paduan (Mn, Si) dijaga rendah karena set sifat target menekankan kemampuan dibentuk dan kemampuan dicat daripada kemampuan pengerasan atau ketahanan korosi. Mikro paduan (Nb, Ti, V) tidak umum untuk jenis baja dingin umum ini; jika ada, digunakan untuk mengontrol ukuran butir dan perilaku penggulungan temper daripada untuk memberikan penguatan presipitasi yang signifikan.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan mangan terutama meningkatkan kekuatan dan mengurangi duktibilitas; peningkatan kecil dalam karbon atau Mn meningkatkan kekuatan hasil dan tarik tetapi mengurangi perpanjangan dan meningkatkan kerentanan terhadap transformasi martensitik di HAZ selama pengelasan. - Silikon dan mangan membantu deoksidasi; silikon yang signifikan dapat mempengaruhi penyelesaian permukaan dan adhesi pelapisan. - Elemen mikro paduan (jika ada pada tingkat jejak) memperhalus ukuran butir dan dapat sedikit meningkatkan kekuatan tanpa penalti besar terhadap duktibilitas.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur tipikal: baik SPCC maupun SPCD diproduksi dengan penggilingan dingin diikuti oleh annealing (annealing rekristalisasi) untuk mengembalikan duktibilitas. Mikrostruktur yang dihasilkan umumnya adalah matriks ferrit-perlit halus atau matriks ferritik yang didominasi dengan perlit yang terdispersi, tergantung pada kandungan karbon.
• SPCC: dengan karbon sedikit lebih rendah, SPCC biasanya menyajikan matriks yang lebih ferritik, lebih lembut dengan lebih sedikit daerah perlit, yang mendukung perpanjangan seragam yang lebih tinggi dan kemampuan tarik yang dalam.
• SPCD: dengan kandungan karbon yang sedikit lebih tinggi, SPCD dapat menunjukkan fraksi perlit yang sedikit lebih besar atau kepadatan dislokasi yang lebih tinggi setelah penggilingan, memberikan kekuatan yang lebih tinggi dan duktibilitas yang sedikit lebih rendah.

Respons perlakuan panas: - Jenis ini tidak dirancang untuk pengerasan dengan pendinginan dan temper; mereka merespons terhadap annealing (penuh atau rekristalisasi) dan penggulungan temper. Normalisasi tidak umum diterapkan pada baja komersial yang dilapisi dingin yang ditargetkan untuk pembentukan. - Perlakuan termo-mekanis lebih relevan untuk baja HSLA daripada jenis baja dingin seri SP. Upaya untuk memperkuat SPCC/SPCD melalui perlakuan panas menghasilkan peningkatan terbatas karena paduan minimal; peningkatan kekuatan terutama melalui kerja dingin atau konversi ke desain karbon yang lebih tinggi.

4. Sifat Mekanik

Penjelasan: - SPCD biasanya mencapai kekuatan tarik dan hasil yang lebih tinggi dengan mengorbankan perpanjangan; ini konsisten dengan karbonnya yang sedikit lebih tinggi dan tingkat kerja dingin. SPCC menawarkan duktibilitas yang lebih baik dan oleh karena itu lebih disukai untuk penarikan dalam dan stamping berbentuk kompleks. - Perbedaan ketangguhan pada suhu lingkungan biasanya moderat untuk keduanya; tidak ada yang dimaksudkan untuk aplikasi kritis dampak suhu rendah.

5. Kemampuan Dilas

Pertimbangan kemampuan dilas berfokus pada kandungan karbon, mangan, dan elemen lain yang meningkatkan kemampuan pengerasan. Karbon yang lebih tinggi meningkatkan ekuivalen karbon, meningkatkan risiko pengerasan HAZ dan retak dingin.

Indikator ekuivalen karbon dan kemampuan dilas yang berguna: - Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (indeks yang lebih konservatif untuk perilaku pengelasan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - SPCC, dengan karbon lebih rendah, akan memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah, menunjukkan umumnya lebih mudah dilas dengan persyaratan pemanasan awal yang lebih rendah dan kerentanan yang lebih rendah terhadap retak HAZ. - SPCD, dengan karbon sedikit lebih tinggi, meningkatkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$. Ini memerlukan praktik pengelasan yang lebih hati-hati (pemanasan awal, suhu antar-lapisan yang terkontrol, logam pengisi yang sesuai) untuk bagian yang lebih tebal atau lingkungan yang rentan terhadap hidrogen. - Untuk pekerjaan lembaran tipis yang tipikal dari jenis ini, pengelasan titik resistensi konvensional dan pengelasan MIG/TIG umumnya digunakan; parameter proses harus disesuaikan saat menggunakan SPCD untuk menghindari kerapuhan di zona las. - Pengurangan stres pasca-las jarang diterapkan pada bagian dingin yang dilapisi tipis tetapi dapat dipertimbangkan untuk rakitan di mana stres residu yang lebih tinggi dikombinasikan dengan karbon yang lebih tinggi meningkatkan risiko retak.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik SPCC maupun SPCD adalah baja karbon non-stainless dan oleh karena itu bergantung pada pelapisan dan perlakuan permukaan untuk perlindungan korosi.
• Metode perlindungan umum:
• Galvanisasi celup panas (pelapisan seng)
• Galvanisasi elektro (untuk meningkatkan kemampuan dicat)
• Pelapisan organik: lapisan konversi fosfat + cat atau pelapisan bubuk
• Pasivasi dan pelumasan untuk perlindungan sementara selama penyimpanan
• PREN (Angka Ekuivalen Ketahanan Pitting): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PREN tidak berlaku untuk SPCC/SPCD karena ini bukan baja stainless dan tidak mengandung Cr, Mo, atau N yang signifikan untuk pembentukan film pasif.
• Pemilihan sistem perlindungan tergantung pada lingkungan penggunaan akhir (dalam ruangan, luar ruangan, bodi otomotif), biaya, dan persyaratan adhesi/kepatuhan cat.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Kemampuan dibentuk:
• SPCC: kinerja penarikan dalam yang unggul dan pembentukan regangan; pemulihan yang lebih rendah dan deformasi yang lebih homogen selama stamping. Lebih disukai untuk panel luar otomotif yang ditarik dalam dan cangkang peralatan.
• SPCD: kemampuan tarik yang berkurang dan pemulihan yang lebih tinggi; lebih baik ketika lembaran yang lebih kuat diperlukan (bagian yang ditarik dangkal, panel struktural dalam).
• Pemotongan dan blanking:
• Kedua jenis diproses dengan cara yang serupa; kekuatan lebih tinggi SPCD mungkin memerlukan sedikit lebih banyak gaya alat dan menyebabkan keausan alat yang lebih cepat.
• Pembengkokan dan pemulihan:
• SPCD menunjukkan pemulihan yang lebih besar karena hasil yang lebih tinggi; cetakan pembentukan dan parameter proses harus mengimbangi.
• Kemampuan mesin:
• Keduanya adalah baja karbon rendah konvensional dan dapat diproses dengan baik; kekuatan yang lebih tinggi pada SPCD dapat mengurangi kecepatan pemesinan dan meningkatkan stres alat.
• Penyelesaian dan perlakuan permukaan:
• Keduanya menerima pengecatan dan pelapisan. Kebersihan permukaan dan kontrol oksida selama annealing penting untuk adhesi pelapisan yang konsisten.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih SPCC untuk operasi pembentukan yang kompleks, terutama ketika duktibilitas maksimal dan penyelesaian permukaan penting (panel luar, komponen yang ditarik dalam). - Pilih SPCD di mana kekuatan sedikit lebih tinggi dan deformasi yang berkurang di bawah beban bernilai, dan di mana tuntutan pembentukan kurang ketat atau dapat diakomodasi dengan penyesuaian alat.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: SPCC biasanya merupakan opsi biaya lebih rendah karena menargetkan sifat komersial pasar massal dan memiliki volume produksi yang luas. SPCD mungkin memiliki sedikit premium karena kontrol kimia yang sedikit lebih ketat atau target proses tertentu.
• Ketersediaan: Kedua jenis diproduksi secara luas di daerah dengan industri otomotif dan peralatan yang substansial. SPCC seringkali lebih umum di berbagai bentuk produk (koil, potongan panjang, lembaran yang dibentuk). Ketersediaan SPCD mungkin sedikit lebih terbatas tergantung pada permintaan regional untuk lembaran dingin yang lebih kuat.
• Bentuk produk: koil, lembaran potong, koil pra-dicat (untuk SPCC), dan koil galvanis elektro adalah umum. Waktu tunggu bervariasi berdasarkan pelapisan dan ketebalan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih SPCC jika Anda membutuhkan duktibilitas pembentukan dingin terbaik, kinerja penarikan dalam, dan lembaran dingin serbaguna dengan biaya lebih rendah untuk panel luar, bagian dekoratif, atau komponen yang sangat dicetak. - Pilih SPCD jika desain Anda memerlukan kekuatan tarik atau hasil yang lebih tinggi dalam produk yang dilapisi dingin dan Anda dapat menerima perpanjangan yang berkurang dan peningkatan gaya pembentukan atau mengkompensasi dengan alat; juga sesuai ketika stabilitas dimensi dan daya dukung dalam aplikasi lembaran tipis diprioritaskan.

Catatan akhir: SPCC dan SPCD adalah kerabat dekat dalam keluarga baja karbon yang dilapisi dingin; pilihan yang tepat didorong oleh tingkat pembentukan, beban layanan yang diperlukan, batasan prosedur pengelasan, jalur penyelesaian permukaan, dan total biaya bagian. Insinyur harus meninjau sertifikat pabrik pemasok dan melakukan percobaan kemampuan dibentuk/pengelasan dengan lot koil yang dipilih untuk memverifikasi kinerja dalam proses manufaktur yang dimaksudkan.