StW22 vs StW24 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

StW22 dan StW24 adalah baja karbon struktural yang saling terkait erat yang biasanya dipertimbangkan untuk komponen yang dibentuk dingin dan dilas dalam aplikasi mekanis dan struktural. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara biaya, kekuatan, kemampuan dibentuk, dan kemampuan dilas saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih kelas untuk bagian yang ditarik dalam, rakitan yang dilas, atau anggota struktural dengan beban lebih berat di mana batas pembentukan dan biaya pasca-proses menjadi penting.

Pembedaan utama antara StW22 dan StW24 terletak pada keseimbangan mekanis mereka: StW24 diformulasikan dan diproses untuk mencapai kekuatan dan kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi, sementara StW22 dirancang untuk memberikan ketangguhan yang lebih besar dan kapasitas pembentukan regangan. Karena kedua kelas berada di posisi yang berdekatan dalam keluarga yang sama, pemilihan sering kali tergantung pada apakah proyek memprioritaskan perpanjangan/pembentukan yang lebih tinggi atau peningkatan kekuatan yang moderat dengan kemampuan manufaktur yang serupa.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar umum di mana penunjukan gaya "StW" muncul adalah standar nasional dan regional yang berasal dari konvensi penamaan Jerman/DIN yang lebih lama dan ekuivalennya dalam sistem EN/ISO dan nasional lainnya. Spesifikasi modern mungkin memetakan nama-nama warisan ini ke penunjukan EN atau ISO tertentu; selalu verifikasi edisi standar yang tepat saat mengadakan material.
• Klasifikasi:
• StW22 — baja struktural karbon rendah yang tidak lega untuk pembentukan dingin (baja karbon).
• StW24 — baja struktural rendah-lega atau mikrolega dengan kekuatan/kekuatan pengerasan yang sedikit lebih tinggi dibandingkan StW22 (umumnya masih dianggap sebagai baja karbon/baja rendah-lega).
• Catatan: Untuk pengadaan, konfirmasikan standar yang berlaku (misalnya, lembar data pemasok, nomor standar EN) daripada hanya mengandalkan nama kelas warisan. Beberapa standar nasional atau pabrik mungkin menggunakan label serupa dengan perbedaan komposisi atau sifat yang kecil.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Legasi

Tabel berikut merangkum strategi legasi yang biasa untuk kedua kelas dalam istilah kualitatif (keberadaan dan peran elemen daripada nilai yang tepat). Untuk pemilihan yang kritis bagi proyek, minta sertifikat pabrik untuk nilai wt% yang tepat.

Penjelasan: - Kedua kelas adalah baja karbon rendah; perilaku mekanis mereka terutama disetel dengan mengontrol tingkat karbon dan mangan serta dengan jumlah kecil elemen mikrolega di StW24 untuk meningkatkan kekuatan tanpa kehilangan ketangguhan yang berlebihan. - Mikrolega (V, Nb, Ti) adalah strategi umum untuk meningkatkan kekuatan hasil melalui penguatan pengendapan dan penyempurnaan butir daripada dengan meningkatkan karbon, yang akan merugikan kemampuan dilas dan kemampuan dibentuk.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal tergantung pada jalur pemrosesan (digulung panas, digulung dingin, dinormalisasi, atau digulung termomekanis):

• StW22:
• Kondisi digulung atau dinormalisasi: terutama ferritik dengan pulau pearlitik jika karbon ada; ferrit halus mendominasi karena karbon rendah.
• Respons terhadap normalisasi: campuran ferrit-pearlite yang lebih seragam dengan butir yang sedikit lebih halus; mempertahankan ketangguhan tinggi.
• Quenching & tempering: tidak umum diterapkan karena kelas ini dioptimalkan untuk kemampuan dibentuk daripada kekuatan pengerasan yang tinggi.

• Pengolahan termomekanis yang terkontrol (TMCP): memperhalus ukuran butir, meningkatkan ketangguhan tanpa kehilangan ketangguhan.

• StW24:

• As-rolled: ferrit-pearlite yang serupa tetapi dengan komponen pearlite atau bainit yang sedikit lebih tinggi jika mikrolega atau jika laju pendinginan lebih tinggi.
• TMCP atau mikrolega menghasilkan matriks ferritik yang lebih halus dengan karbida/nitrida yang terdispersi, meningkatkan kekuatan hasil dan kemampuan pengerasan.
• Quench & tempering dapat digunakan pada varian tertentu untuk mencapai kelas kekuatan yang lebih tinggi, tetapi StW24 komersial dasar sering disuplai dalam kondisi digulung panas atau digulung dingin.

Implikasi praktis: Komposisi dan pemrosesan StW24 memungkinkan peningkatan kekuatan dan kemampuan pengerasan yang moderat dengan kompleksitas perlakuan panas yang serupa, sementara StW22 cenderung mempertahankan perpanjangan dan kemampuan pembentukan.

4. Sifat Mekanis

Karena angka sifat yang sebenarnya tergantung pada kimia dan pemrosesan yang tepat, tabel berikut menyajikan perilaku komparatif tipikal (kualitatif).

Penjelasan: - StW24 dirancang untuk memberikan peningkatan moderat dalam kekuatan tarik dan kekuatan hasil, sering kali dengan mengorbankan perpanjangan akhir. Perubahan bersih ini disengaja untuk memungkinkan bagian yang lebih ringan atau komponen yang lebih kecil sambil mempertahankan kemampuan manufaktur. - Ketangguhan dampak pada suhu kamar umumnya dapat diterima untuk keduanya jika diproduksi dan diproses dengan benar; ketangguhan pada suhu rendah harus dikonfirmasi oleh laporan uji pemasok.

5. Kemampuan Dilas

Kemampuan dilas dipengaruhi oleh kandungan karbon, elemen penginduksi kemampuan pengerasan, dan residu. Dua indikator empiris umum adalah ekuivalen karbon IIW dan rumus Pcm:

• Gunakan ekuivalen karbon IIW untuk penilaian cepat: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$

• Untuk penilaian kemampuan dilas bagian yang lebih tebal dan struktural: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi (kualitatif): - Kedua kelas biasanya memiliki karbon rendah dan legasi yang terkontrol, memberikan kemampuan dilas yang menguntungkan untuk prosedur pengelasan fusi dan resistensi yang umum. - StW22, dengan elemen penginduksi kemampuan pengerasan yang sedikit lebih rendah, umumnya menawarkan pengelasan yang lebih mudah dengan persyaratan pemanasan awal yang minimal dan risiko retak dingin yang lebih rendah. - StW24, karena Mn yang sedikit lebih tinggi dan kemungkinan mikrolega, dapat memiliki kemampuan pengerasan yang lebih tinggi; untuk bagian tebal atau sambungan dengan pengekangan tinggi, pemanasan awal atau kontrol input panas mungkin disarankan. Gunakan panduan pemanasan awal dan perlakuan panas pasca-las yang ditentukan oleh pemasok dan periksa kontrol hidrogen serta pemilihan bahan habis pakai. - Rekomendasi praktis: ketika ragu, lakukan percobaan pengelasan dan konsultasikan data kemampuan dilas pabrik serta perhitungan CE/Pcm menggunakan data komposisi aktual dari sertifikat.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kelas ini bukan baja tahan karat; ketahanan korosi adalah tipikal baja karbon biasa.
• Metode perlindungan standar:
• Galvanisasi celup panas untuk paparan struktural luar ruangan.
• Pelapis organik (primer dan lapisan atas) untuk lingkungan estetika dan korosi moderat.
• Pelapis konversi pelindung dan perlindungan katodik jika diperlukan.
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja struktural non-tahan karat, tetapi untuk referensi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Indeks ini berlaku untuk keluarga tahan karat (austenitik/dupleks), bukan untuk baja StW.
• Untuk lingkungan atmosfer atau korosi ringan, pemilihan tergantung pada kelas paparan dan biaya siklus hidup: galvanisasi atau pengecatan biasanya cukup; untuk paparan laut atau kimia, kelas tahan karat atau perlindungan tambahan harus dipilih.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Kemampuan dibentuk:
• StW22: kinerja pembentukan regangan dan penarikan dalam yang unggul karena perpanjangan yang lebih tinggi; lebih disukai untuk bentuk kompleks dan operasi pembentukan yang berat.
• StW24: mampu dibentuk tetapi dengan kapasitas regangan yang lebih terbatas; pemulihan mungkin berbeda karena hasil yang lebih tinggi.
• Kemampuan mesin:
• Keduanya umumnya dapat diproses dalam kondisi dinormalisasi atau dinormalisasi. Kekuatan yang sedikit lebih tinggi di StW24 mungkin meningkatkan keausan alat dan memerlukan gaya pemotongan yang lebih tinggi.
• Varian bebas potong yang mengandung belerang adalah keluarga produk yang berbeda; kelas StW standar memprioritaskan pembentukan daripada aditif kemampuan mesin.
• Penyelesaian:
• Kualitas permukaan, pengasaman/pembersihan, dan daya rekat pelapis perlu mendapatkan perhatian yang sama untuk kedua kelas. Perlakuan panas atau pengerjaan dingin dapat mempengaruhi kekerasan dan dengan demikian parameter penyelesaian.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih StW22 ketika kompleksitas pembentukan dan perpanjangan sangat penting dan tingkat beban sedang. - Pilih StW24 ketika Anda perlu mengurangi penampang atau massa untuk beban tertentu, dan ketika persyaratan pembentukan sedang hingga ringan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: StW24 biasanya sedikit lebih mahal daripada StW22 karena kontrol kimia yang lebih ketat dan kemungkinan mikrolega atau pemrosesan TMCP. Biaya tambahan bervariasi berdasarkan pabrik, volume pesanan, dan bentuk produk.
• Ketersediaan: Kedua kelas umumnya ditawarkan sebagai gulungan/lembaran digulung panas dan dingin serta sebagai pelat struktural dari pemasok utama. Ketersediaan dalam bentuk standar yang tepat tergantung pada rantai pasokan regional dan apakah ekuivalen EN/ISO modern ditentukan; periksa waktu tunggu untuk ketebalan dan kondisi permukaan tertentu.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Pilih StW22 jika: - Desain Anda memerlukan kemampuan dibentuk maksimum, penarikan dalam, atau pembengkokan dan pembentukan regangan yang kompleks. - Rakitan yang dilas sederhana dan Anda lebih memilih pengelasan yang lebih mudah dengan pemanasan awal minimal. - Sensitivitas biaya dan kemudahan fabrikasi diprioritaskan di atas peningkatan kekuatan yang marginal.

Pilih StW24 jika: - Anda memerlukan peningkatan moderat dalam kekuatan tarik dan kekuatan hasil untuk mengurangi ukuran penampang atau mencapai penghematan berat. - Persyaratan fabrikasi dan pembentukan sedang dan dapat mentolerir perpanjangan yang sedikit berkurang. - Anda menerima biaya material yang sedikit lebih tinggi sebagai imbalan untuk potensi kekuatan terhadap berat yang lebih baik.

Catatan akhir: Selalu verifikasi sertifikasi kimia dan mekanis yang tepat dari pabrik untuk batch yang Anda maksudkan untuk digunakan. Perbedaan komposisi kecil dan jalur pemrosesan (dinormalisasi, dinormalisasi, TMCP) memiliki efek material pada pembentukan, pengelasan, dan kinerja layanan; ketika ragu, minta sampel kupon untuk pembentukan, pengelasan, dan pengujian mekanis sebelum berkomitmen untuk produksi penuh.