St12 vs St13 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
St12 dan St13 adalah kelas baja karbon rendah tradisional yang sering ditemui dalam praktik industri Eropa, terutama dalam lini produk lembaran dan strip yang digulung dingin. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya menghadapi dilema pemilihan antara keduanya saat mengoptimalkan untuk tujuan yang bersaing seperti biaya terendah vs. kekuatan yang sedikit lebih tinggi, atau formabilitas maksimum vs. ketahanan aus yang sedikit lebih baik. Konteks keputusan yang khas mencakup penarikan dalam yang dalam vs. bagian struktural ringan, rakitan yang dilas vs. panel terbuka kelas konsumen, dan persyaratan dampak suhu rendah vs. fabrikasi umum.
Perbedaan praktis utama antara St12 dan St13 adalah penyesuaian kecil yang disengaja dalam komposisi dan sejarah tempering yang diarahkan untuk kinerja yang digulung dingin: satu kelas menekankan maksimum duktilitas dan penyelesaian permukaan untuk operasi pembentukan, sementara yang lainnya disetel untuk atribut hasil/tensil yang sedikit lebih tinggi dan stabilitas dimensi. Karena kedua kelas menempati posisi bersebelahan pada spektrum baja karbon rendah, mereka biasanya dibandingkan selama pemilihan material di mana trade-off properti marginal penting.
1. Standar dan Penunjukan
- Asal dan pemetaan:
- Nama St12 dan St13 berasal dari nomenklatur Jerman/DIN tradisional untuk baja ringan yang tidak lega dan digulung dingin.
- Spesifikasi dan pasokan kontemporer diatur oleh standar yang lebih luas seperti EN (Eropa), JIS (Jepang), GB (Cina), dan varian nasional; ekivalen yang tepat harus dikonfirmasi terhadap sertifikat material dan revisi standar saat ini.
- Klasifikasi:
- Kedua St12 dan St13 adalah baja karbon biasa (baja karbon ringan/tidak lega).
- Mereka bukan kelas stainless, alat, atau HSLA dalam pengertian modern; mereka paling baik digambarkan sebagai baja ringan karbon rendah yang dioptimalkan untuk pembentukan dan kualitas permukaan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Legasi
Tabel berikut merangkum kecenderungan legasi karakteristik untuk kelas-kelas ini tanpa menciptakan batas numerik spesifik — selalu rujuk pada sertifikat pabrik dan dokumen standar yang berlaku untuk persentase yang tepat.
| Elemen | St12 (fokus spesifikasi tipikal) | St13 (fokus spesifikasi tipikal) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Karbon sangat rendah untuk memaksimalkan duktilitas dan formabilitas dingin | Karbon sangat rendah, marginally serupa atau sedikit lebih tinggi dari St12 untuk sedikit meningkatkan kekuatan |
| Mn (Mangan) | Mangan rendah untuk kemampuan manufaktur dan kontrol deoksidasi | Mangan rendah; dapat dikontrol untuk mengoptimalkan kekuatan dan kemampuan pengerasan |
| Si (Silikon) | Jejak hingga rendah (deoksidasi) | Jejak hingga rendah |
| P (Fosfor) | Dijaga sengaja rendah (kualitas permukaan dan kontrol embrittlement) | Dijaga rendah, dengan batas yang sama ketatnya |
| S (Belerang) | Rendah; dikontrol untuk meningkatkan kualitas permukaan dan penarikan | Rendah; dikontrol untuk meningkatkan kemampuan mesin dalam beberapa produksi |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N | Tidak sengaja dilegakan; jika ada, dalam konsentrasi jejak atau mikrolegasi tergantung pada produk/produksi | Sama — umumnya tidak lega, meskipun mikrolegasi mungkin ada dalam gulungan khusus atau untuk memenuhi target mekanis |
Bagaimana strategi legasi mempengaruhi properti: - Kandungan karbon rendah mempertahankan duktilitas, meningkatkan formabilitas dingin, dan mengurangi risiko retak pada zona yang dipengaruhi panas (HAZ) pengelasan. - Mangan rendah dan tidak adanya elemen legasi yang kuat berarti kemampuan pengerasan terbatas; peningkatan kekuatan dicapai melalui kerja dingin dan penggulungan temper daripada kandungan legasi. - Mikrolegasi jejak dalam beberapa jalur produksi dapat memperhalus ukuran butir dan sedikit meningkatkan kekuatan hasil tanpa mengorbankan formabilitas.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Kedua kelas akan menunjukkan matriks feritik dengan kemungkinan ferit poligonal dan jumlah kecil pearlit tergantung pada karbon yang tepat dan sejarah pendinginan. Untuk produk yang digulung dingin dan dinormalisasi, strukturnya adalah ferit halus dengan karbida terdispersi dalam baja dengan karbon sedikit lebih tinggi. - St12 (berorientasi formabilitas) cenderung dinormalisasi untuk menghasilkan mikrostruktur ferit yang lebih lembut dan lebih seragam dengan minimal pearlit. - St13 (kekuatan sedikit lebih tinggi) mungkin memiliki fraksi pearlit yang sedikit lebih tinggi atau ukuran butir feritik yang lebih halus jika diproduksi dengan pendinginan terkontrol atau penambahan mikrolegasi.
Respons terhadap jalur pemrosesan umum: - Normalisasi (normalisasi rekristalisasi untuk gulungan yang digulung dingin): kedua kelas mendapatkan kembali duktilitas; St12 pulih ke nilai perpanjangan yang sangat tinggi, St13 mendapatkan kembali duktilitas tetapi mungkin mempertahankan kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi. - Normalisasi: tidak umum untuk aplikasi yang digulung dingin tetapi akan menghasilkan mikrostruktur ferit–pearlit yang relatif seragam; manfaat terbatas karena ini adalah baja karbon rendah. - Pendinginan & tempering: sebagian besar tidak berlaku untuk kelas karbon rendah ini karena kandungan karbon tidak mencukupi untuk pembentukan martensit yang signifikan; peningkatan kekuatan melalui jalur ini minimal. - Pemrosesan termo-mekanis: jika diterapkan di hulu (baja yang digulung panas atau mikrolegasi), pemurnian butir dapat meningkatkan kekuatan hasil sambil mempertahankan duktilitas; meskipun demikian, kimia nominal membatasi kemampuan pengerasan yang dapat dicapai.
4. Properti Mekanik
Di bawah ini adalah perbandingan kualitatif. Nilai numerik spesifik harus diperoleh dari sertifikat uji pabrik atau spesifikasi pembelian.
| Properti Mekanik | St12 | St13 |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Lebih rendah hingga sedang (dioptimalkan untuk pembentukan) | Sedikit lebih tinggi dari St12 |
| Kekuatan Hasil | Lebih rendah (lebih baik untuk penarikan dalam) | Sedikit lebih tinggi (stabilitas dimensi yang lebih baik) |
| Panjang (duktilitas) | Lebih tinggi (formabilitas yang lebih baik) | Sedikit lebih rendah tetapi masih baik untuk pembentukan |
| Kekerasan Dampak | Baik pada suhu ambien; keduanya memadai untuk penggunaan umum | Mirip dengan St12; perbedaan kecil tergantung pada pemrosesan |
| Kekerasan | Lebih rendah (lebih lembut, lebih mudah dalam pemesinan/pembentukan) | Sedikit lebih tinggi tetapi masih dalam rentang baja ringan |
Mengapa perbedaan ini muncul: - Penyesuaian kecil dalam karbon, mangan, dan ukuran butir yang diinduksi proses menghasilkan perubahan yang diamati. Karena perbedaan legasi minor, sebagian besar variasi properti disebabkan oleh sejarah termo-mekanis dan kerja dingin daripada kimia.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las kedua kelas umumnya sangat baik karena ekuivalen karbon rendah mereka. Dua rumus ekuivalen karbon yang umum digunakan yang membantu menilai kemampuan las disediakan di bawah ini; mereka mengkuantifikasi kecenderungan untuk pengerasan HAZ dan retak dingin.
-
Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm Internasional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Nilai rendah dari $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ menunjukkan kerentanan rendah terhadap kekerasan HAZ dan retak dingin; baik St12 maupun St13 biasanya menghasilkan nilai yang menguntungkan (rendah) karena mereka adalah baja karbon rendah dan tidak lega. - St13, dengan kekuatan sedikit lebih tinggi, mungkin menunjukkan ekuivalen karbon yang sedikit lebih tinggi tergantung pada kimia tepatnya, tetapi dalam sebagian besar batch praktis kedua kelas dapat dilas dengan mudah menggunakan logam pengisi umum dan kontrol pemanasan awal/antarpas biasanya tidak diperlukan untuk bagian tipis. - Untuk struktur las kritis, verifikasi $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ dari kimia aktual, dan ikuti kualifikasi prosedur las jika kondisi layanan memerlukan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua St12 dan St13 adalah baja karbon rendah yang tidak stainless dan oleh karena itu bergantung pada perlindungan permukaan untuk ketahanan korosi.
- Strategi perlindungan yang khas:
- Galvanisasi celup panas untuk paparan luar ruangan dan bagian yang memerlukan perlindungan korosi yang dikorbankan.
- Elektrogalvanisasi untuk penampilan permukaan yang terkontrol dan pengecatan selanjutnya.
- Pelapis organik (pelapis gulungan, pelapisan bubuk, atau sistem cat) untuk perlindungan estetika dan penghalang.
- Pelapis konversi (fosfat, lapisan pasivasi) untuk meningkatkan daya rekat cat.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) digunakan untuk paduan stainless; ini tidak berlaku untuk kelas non-stainless ini. Sebagai referensi, PREN adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Ketika menentukan perlakuan permukaan, pertimbangkan urutan pembentukan dan pengelasan (galvanisasi setelah pembentukan atau re-galvanisasi lokal setelah pengelasan) dan dampak pelapis pada pemrosesan selanjutnya.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Formabilitas:
- St12 dioptimalkan untuk penarikan dalam dan operasi pembentukan agresif (perpanjangan tinggi, kekuatan hasil rendah).
- St13 mempertahankan formabilitas yang baik tetapi sedikit kurang permisif untuk penarikan ekstrem; desain alat mungkin memerlukan penyesuaian kecil.
- Kemampuan mesin:
- Kedua kelas dapat diproses dengan baik; St12 yang lebih lembut umumnya menawarkan umur alat yang sedikit lebih baik dan gaya pemotongan yang lebih rendah.
- Pelumasan, geometri alat, dan kecepatan/umpan mendominasi perilaku pemesinan lebih dari perbedaan kimia minor.
- Pembengkokan dan penempaan:
- Springback sedikit lebih tinggi untuk St13 yang lebih kuat; kompensasi dalam alat atau toleransi bengkok mungkin diperlukan.
- Kualitas penyelesaian permukaan dan penempaan:
- Gulungan yang digulung dingin dan dinormalisasi dari kedua kelas memberikan kualitas permukaan yang tinggi; St12 sering ditentukan di mana kontinuitas permukaan yang superior dan minimum mikroretak diperlukan.
8. Aplikasi Tipikal
| St12 — Penggunaan Tipikal | St13 — Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Panel dalam otomotif yang ditarik dalam, cangkang peralatan rumah tangga, komponen furnitur yang dibentuk | Panel struktural ringan, anggota sasis dengan persyaratan beban sedikit lebih tinggi, bagian yang dicetak yang memerlukan stabilitas dimensi yang lebih baik |
| Panel dekoratif atau terlihat yang memerlukan penyelesaian permukaan yang sangat baik dan kemampuan pengecatan | Bagian yang difabrikasi di mana peningkatan kekuatan yang marginal mengurangi ketebalan/biaya bagian |
| Komponen yang dibentuk dingin secara umum, braket ringan, dan penutup | Bagian struktural tugas ringan, rakitan yang dilas di mana kekuatan hasil yang sedikit lebih tinggi menguntungkan |
Rasional pemilihan: - Pilih St12 di mana formabilitas, penyelesaian permukaan, dan minimum springback adalah persyaratan dominan. - Pilih St13 di mana peningkatan kekuatan yang moderat atau kontrol dimensi memberikan manfaat manufaktur atau layanan tanpa pengorbanan substansial terhadap formabilitas.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya:
- Kedua kelas adalah baja karbon biasa dan biasanya termasuk di antara baja yang paling murah berdasarkan biaya material.
- Perbedaan harga antara keduanya biasanya tidak signifikan; namun, volume produksi, perlakuan permukaan (galvanis/dilapisi), dan inventaris pemasok mempengaruhi biaya unit lebih dari nama kelas.
- Ketersediaan:
- Gulungan dan lembaran St12 dan St13 yang digulung dingin tersedia luas dari pabrik baja dan pusat layanan di daerah di mana penunjukan DIN/EN tradisional masih digunakan.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk (gulungan, potong-panjang, blanko) umumnya kuat untuk keduanya, tetapi konfirmasi waktu pengiriman untuk perlakuan permukaan khusus.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Kriteria | St12 | St13 |
|---|---|---|
| Kemampuan Las | Sangat baik (sangat baik) | Sangat baik (sangat baik) |
| Kesimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Duktilitas lebih tinggi / kekuatan lebih rendah | Kekuatan sedikit lebih tinggi dengan ketangguhan yang sebanding |
| Biaya | Sangat rendah / ekonomis | Sangat rendah / ekonomis (sebanding) |
Rekomendasi: - Pilih St12 jika kebutuhan utama Anda adalah formabilitas dingin maksimum, springback minimal, penyelesaian permukaan superior untuk pengecatan atau panel yang terlihat, dan gaya pemrosesan serendah mungkin. - Pilih St13 jika Anda memerlukan peningkatan kecil tetapi berguna dalam kekuatan hasil atau kekuatan tarik dan stabilitas dimensi sambil mempertahankan formabilitas dan kemampuan las yang baik — misalnya, ketika kinerja struktural ringan diperlukan atau di mana pengurangan ketebalan yang moderat diinginkan untuk menghemat berat/biaya.
Catatan akhir: St12 dan St13 adalah kelas yang berdekatan pada spektrum karbon rendah; perbedaan praktis mereka sering dipengaruhi oleh sejarah pemrosesan (normalisasi, penggulungan temper, perlakuan permukaan) dan praktik pemasok sama seperti oleh kimia. Selalu minta sertifikat pabrik, lakukan percobaan proses pada material yang representatif, dan tentukan kriteria mekanis dan permukaan yang diperlukan dalam dokumen pengadaan daripada hanya mengandalkan nama kelas.