St13 vs St14 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

St13 dan St14 adalah kerabat dekat dalam keluarga baja struktural karbon rendah yang umum digunakan untuk lembaran, strip, dan bagian yang dibentuk dingin. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara biaya, kemampuan dibentuk, dan kekuatan saat memilih antara dua grade ini untuk komponen yang dicetak, fabrikasi yang dilas, atau panel struktural umum. Konteks keputusan yang khas termasuk memilih grade untuk penarikan dalam versus satu yang dioptimalkan untuk kekuatan struktural dasar, atau memilih material yang menyeimbangkan kemudahan fabrikasi dengan kemampuan untuk mencapai sifat mekanik yang diperlukan setelah pemrosesan.

Perbedaan teknis utama antara keduanya adalah bahwa satu grade telah dirancang untuk menawarkan kemampuan dibentuk yang lebih baik di bawah operasi pengerjaan dingin yang umum, sementara yang lainnya merupakan opsi karbon rendah yang lebih tradisional dan umum. Karena komposisi kimia dan rute pemrosesan mereka mirip, kedua grade sering dibandingkan selama pemilihan material untuk operasi manufaktur di mana kinerja pembentukan, kemampuan dilas, dan biaya semuanya penting.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar dan sistem penunjukan umum di industri meliputi:
• ASTM / ASME (Amerika Serikat)
• EN (Eropa)
• JIS (Standar Industri Jepang)
• GB (standar nasional Tiongkok)
• Spesifikasi pabrik nasional dan milik
• Klasifikasi:
• St13 — Baja karbon (baja struktural/strip karbon rendah)
• St14 — Baja karbon (baja struktural/strip karbon rendah, diproses untuk meningkatkan kemampuan dibentuk)
• Catatan: Prefiks "St" muncul dalam nomenklatur regional dan pemasok tertentu untuk baja struktural. Pemetaan yang tepat ke nomor katalog ASTM/EN/JIS/GB tergantung pada standar yang diterbitkan atau sertifikat pabrik; pengguna harus selalu meminta penunjukan standar spesifik dan sertifikat kimia/mekanik dari pemasok.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

• Alih-alih mengutip persentase yang tepat (yang bervariasi berdasarkan standar dan pabrik), tabel di bawah ini merangkum strategi paduan yang khas dan keberadaan relatif elemen kunci untuk setiap grade.

Penjelasan: Kedua grade pada dasarnya adalah baja karbon rendah. Strategi paduan untuk grade yang berfokus pada kemampuan dibentuk berpusat pada kontrol yang lebih ketat terhadap karbon dan interstitial, penyesuaian dalam Mn dan Si, serta kontrol kebersihan yang hati-hati untuk menghasilkan mikrostruktur dan kondisi permukaan yang memfasilitasi pembentukan dingin. Mikro paduan (Nb, Ti, V) bukanlah fitur yang menentukan dari salah satu grade tetapi, ketika digunakan, diperkenalkan untuk mengontrol ukuran butir dan ketangguhan daripada untuk meningkatkan kemampuan pengerasan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur yang khas: - St13: Mikrostruktur ferrit–pearlit yang didominasi setelah penggulungan panas konvensional dan pendinginan udara; butir ferrit yang relatif kasar tergantung pada praktik penggulungan dan penggulungan. - St14: Basis ferrit–pearlit yang serupa, tetapi diproduksi dengan kontrol pendinginan yang lebih ketat dan, dalam beberapa praktik pabrik, pemrosesan termomekanis untuk memperhalus struktur butir dan menghasilkan matriks ferrit yang lebih seragam dan halus yang meningkatkan duktilitas.

Respons perlakuan panas dan pemrosesan: - Annealing / Annealing rekristalisasi: Kedua grade merespons annealing dengan pelunakan dan peningkatan duktilitas. St14 mendapat manfaat lebih terlihat dari siklus annealing yang terkontrol yang mengurangi tegangan residu dan meningkatkan kemampuan tarik. - Normalisasi: Meningkatkan kekuatan secara moderat dengan memperhalus ukuran butir; kurang umum diterapkan pada grade lembaran tetapi dapat digunakan untuk bentuk produk yang lebih kuat. - Tempering setelah pendinginan: Tidak khas untuk grade lembaran karbon rendah ini; pendinginan & temper adalah rute untuk baja berkekuatan tinggi tetapi tidak perlu untuk aplikasi umum St13/St14. - Penggulungan termomekanis: Di mana diterapkan, dapat menghasilkan ukuran butir yang lebih halus dan kemampuan dibentuk yang lebih baik untuk varian St14 tanpa penalti kekuatan yang besar.

Pilihan pemrosesan (suhu penggulungan, pengurangan per pass, laju pendinginan) sama berpengaruhnya dengan kimia nominal dalam menentukan mikrostruktur akhir dan perilaku pembentukan.

4. Sifat Mekanik

• Alih-alih angka tetap (yang bervariasi dengan ketebalan, temper, dan standar), perbandingan di bawah ini bersifat kualitatif dan mencerminkan perilaku khas dalam bentuk produk yang digulung panas atau digulung dingin + di-anneal.

Interpretasi: St14 biasanya disetel untuk memberikan duktilitas yang lebih tinggi dan kinerja tarik/bengkok yang lebih baik dalam operasi pembentukan, sering dicapai melalui kontrol komposisi yang lebih ketat dan pemrosesan pabrik yang dioptimalkan. Ini dapat menyebabkan nilai luluh dan tarik yang sedikit berkurang dalam kondisi yang disuplai tetapi memungkinkan akomodasi regangan yang lebih besar selama pencetakan atau penarikan dalam. Jika kekuatan yang lebih tinggi diperlukan setelah pembentukan, konversi melalui pemrosesan yang sesuai atau pemilihan varian kekuatan yang lebih tinggi harus dipertimbangkan.

5. Kemampuan Dilas

Pertimbangan kemampuan dilas untuk baja karbon rendah berfokus pada kandungan karbon, kemampuan pengerasan, dan paduan residu. Penilaian kualitatif yang khas: - Baik St13 maupun St14 mudah dilas dengan metode peleburan dan resistensi umum karena kandungan karbon yang rendah dan paduan pengerasan yang minimal. - Di mana mikro paduan hadir atau Mn yang lebih tinggi digunakan, zona yang terpengaruh panas (HAZ) mungkin menunjukkan peningkatan kemampuan pengerasan; kontrol prosedur pengelasan mungkin diperlukan. - Penggunaan pemanasan awal/pemanasan akhir dan kontrol input panas harus didasarkan pada ketebalan komponen dan desain sambungan, bukan hanya nama grade.

Indeks kemampuan dilas yang berguna (hanya untuk interpretasi): - Tampilkan contoh setara karbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Indeks lainnya: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Interpretasi: Nilai yang lebih rendah dari indeks ini memprediksi risiko yang lebih rendah terhadap kekerasan HAZ dan retak dingin. Karena kedua grade adalah karbon rendah dan paduan rendah, angka setara karbon yang dihitung umumnya akan rendah, menunjukkan kemampuan dilas yang baik. Jika varian proses St14 menggunakan paduan mikro untuk memperhalus butir, prosedur pengelasan harus memperhitungkan potensi pengerasan lokal.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik St13 maupun St14 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi mereka di bawah lingkungan atmosfer dan basah adalah serupa dan moderat.
• Strategi perlindungan umum:
• Galvanisasi celup panas atau elektrogalvanisasi untuk lingkungan luar ruangan atau yang sedikit korosif.
• Pelapis organik: primer, cat, dan pelapisan bubuk untuk perlindungan dekoratif dan penghalang.
• Pelapis konversi (fosfat) untuk adhesi cat dan perlindungan sementara sebelum pembentukan atau pengelasan.
• PREN (Angka Setara Ketahanan Pitting) tidak berlaku untuk grade non-tahan karat ini tetapi, sebagai referensi, PREN untuk baja tahan karat diberikan oleh: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Catatan: Kondisi permukaan dan kebersihan sangat penting untuk kemampuan dibentuk; beberapa proses pelapisan dapat mengurangi kemampuan dibentuk atau menyebabkan retak pada pelapisan selama pembentukan — pilih pelapisan yang kompatibel dengan operasi pembentukan yang dimaksud.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Kemampuan mesin: Kedua grade mudah diproses; St14 mungkin sedikit lebih mudah dipotong dalam kondisi pengerjaan dingin tertentu karena kekuatan yang sedikit lebih rendah dalam keadaan di-anneal. Penambahan belerang yang meningkatkan kemampuan mesin biasanya bukan bagian dari grade ini.
• Pembentukan dan pembengkokan:
• St14 dirancang untuk meningkatkan kemampuan dibentuk (penarikan yang lebih dalam, jari-jari bengkok yang lebih ketat, dan kinerja flens yang lebih baik) berkat kontrol yang lebih ketat terhadap interstitial dan mikrostruktur.
• St13 berkinerja baik untuk pembentukan umum tetapi mungkin memerlukan jari-jari bengkok yang lebih besar atau kedalaman penarikan yang lebih ringan untuk keandalan yang setara.
• Finishing permukaan dan penanganan gulungan: Varian St14 yang dimaksudkan untuk pembentukan sering memiliki temper pabrik dan kondisi permukaan yang mengurangi goresan dan meningkatkan pelumasan yang konsisten selama pencetakan.

8. Aplikasi Khas

Rasional pemilihan: pilih grade yang kemampuan pembentukannya, pemrosesan pasca yang diperlukan, dan biayanya sejalan dengan desain produk. Jika desain memerlukan deformasi plastik yang parah selama manufaktur, grade yang berorientasi pada kemampuan dibentuk sering mengurangi keausan alat dan penolakan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Kedua grade memiliki biaya rendah dibandingkan dengan baja paduan atau baja berkekuatan tinggi. Grade yang dioptimalkan untuk kemampuan dibentuk mungkin memiliki sedikit premi karena pemrosesan dan kontrol kualitas yang lebih ketat.
• Ketersediaan: Tersedia secara luas dalam bentuk lembaran, gulungan, dan panjang potong dari pabrik dan distributor regional. Temper dan finishing permukaan tertentu (misalnya, penarikan ekstra dalam, penarikan ekstra dalam + skinpass) mungkin memiliki waktu tunggu; pengadaan harus menentukan temper, kondisi permukaan, dan persyaratan sertifikat yang diperlukan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Pilih St13 jika: - Aplikasi Anda adalah lembaran struktural umum atau fabrikasi las di mana kinerja karbon rendah standar sudah cukup. - Minimasi biaya adalah prioritas dan operasi pembentukan bersifat moderat dalam tingkat keparahan. - Anda memerlukan baja umum yang tersedia luas untuk bagian dengan kompleksitas pembentukan yang moderat.

Pilih St14 jika: - Proses manufaktur melibatkan penarikan dalam, bengkok ketat, hem, atau operasi pembentukan dingin dengan regangan tinggi lainnya. - Tingkat penolakan yang lebih rendah dan perilaku permukaan yang lebih baik selama pembentukan sangat penting untuk efisiensi produksi. - Anda lebih memilih temper dan finishing permukaan yang dikontrol pabrik yang dioptimalkan untuk pembentukan, bahkan dengan sedikit biaya tambahan.

Catatan penutup: Selalu minta sertifikat uji pabrik dan konfirmasi rentang kimia dan mekanik yang tepat, kondisi permukaan, dan temper dari pemasok. Untuk komponen yang dilas atau dibentuk secara kritis, lakukan percobaan proses dengan gulungan/temper yang ditentukan, perbarui spesifikasi prosedur pengelasan sesuai kebutuhan, dan pertimbangkan percobaan pembentukan untuk memvalidasi kinerja cetakan dan sifat bagian akhir.