ZF70 vs ZF140 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pendahuluan

ZF70 dan ZF140 adalah penunjukan baja karbon/baja paduan rendah yang diperlakukan permukaannya yang umum digunakan dalam aplikasi struktural, otomotif, dan fabrikasi umum di mana ketahanan terhadap korosi dari pelapisan logam diperlukan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara sifat mekanik substrat, daya tahan permukaan, kemampuan manufaktur, dan biaya siklus hidup saat memilih antara kedua opsi ini. Konteks keputusan yang umum termasuk menyeimbangkan ketahanan terhadap korosi atmosfer atau penanganan (dan oleh karena itu daya tahan pelapisan) terhadap biaya per unit, kemampuan dibentuk, dan batasan proses pengelasan.

Perbedaan operasional utama antara keduanya terletak pada jumlah pelapisan logam yang diterapkan pada baja dasar: satu varian memiliki pelapisan pelindung yang jauh lebih banyak daripada yang lain, mempengaruhi umur permukaan, ketahanan abrasi, dan beberapa pertimbangan fabrikasi. Karena metalurgi substrat dapat sangat mirip untuk kedua label produk, mereka sering dibandingkan terutama berdasarkan perlindungan permukaan, umur layanan, dan biaya per unit area daripada pada kimia paduan bulk yang mendasar.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar utama yang mungkin mengatur baja substrat dan pelapisan:
• EN (Norma Eropa) — misalnya, EN 10147 (baja galvanis), EN 10346 (baja berlapis kontinu)
• ASTM/ASME — berbagai spesifikasi ASTM untuk pelapisan galvanis dan baja karbon
• JIS — Standar Industri Jepang untuk baja berlapis
• GB — Standar Nasional Tiongkok untuk baja berlapis
• Klasifikasi:
• ZF70 dan ZF140 paling baik digambarkan sebagai baja karbon atau baja paduan rendah dengan pelapisan pelindung logam (yaitu, baja berlapis). Mereka bukan grade stainless; juga bukan baja alat atau kategori alat paduan kekuatan tinggi berdasarkan definisi. Substrat yang mendasari dapat berupa baja karbon biasa, bebas interstitial (IF), atau baja paduan rendah dengan hasil terkendali tergantung pada pemasok dan aplikasi yang dimaksudkan.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: peran tipikal elemen untuk substrat karbon/baja paduan rendah berlapis (kualitatif)

Catatan: - Banyak lini produk baja berlapis didefinisikan oleh massa pelapisan dan penyelesaian permukaan sementara substrat disuplai dengan grade kimia/mikrostruktur yang disepakati. Komposisi yang tepat bervariasi menurut pabrik dan keluarga produk. - Strategi paduan untuk substrat ini biasanya lebih memilih karbon rendah dan paduan mikro terkontrol untuk menjaga kemampuan dibentuk, kemampuan pengelasan, dan sifat mekanik yang konsisten setelah pelapisan.

Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Karbon dan mangan terutama menentukan kekuatan dan keuletan; peningkatan C dan Mn meningkatkan kekuatan dan kekerasan tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan kemampuan dibentuk. - Elemen paduan mikro (V, Nb, Ti) menawarkan peningkatan kekuatan hasil melalui presipitasi dan pemurnian butir tanpa peningkatan besar dalam karbon. - Kimia pelapisan dan adhesi tergantung pada penambahan kecil (misalnya, kandungan Si) dan pada proses pelapisan (galvanisasi celup panas, galvanisasi elektro kontinu, atau proses Zn-Al).

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur tipikal: Untuk baja berlapis ini, substrat umumnya adalah struktur ferrit–pearlit atau ferrit dengan presipitat halus (dalam varian HSLA). Mikrostruktur dipilih untuk menyeimbangkan kemampuan dibentuk, kekuatan, dan ketangguhan.
• Normalisasi: Menghasilkan struktur ferrit–pearlit yang lebih halus dan lebih seragam dan dapat digunakan untuk aplikasi kekuatan lebih tinggi. Normalisasi dapat meningkatkan ketangguhan dan stabilitas dimensi.
• Quenching & tempering: Jarang untuk baja konstruksi berlapis umum karena operasi pelapisan dan persyaratan kemampuan dibentuk lebih memilih kondisi substrat yang lebih ulet. Q&T digunakan ketika kekuatan lebih tinggi diperlukan tetapi biasanya terkait dengan produk yang tidak dilapisi atau diperlakukan khusus.
• Pengolahan termo-mekanis: Untuk substrat paduan rendah kekuatan tinggi, penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat menghasilkan mikrostruktur ferrit–bainit halus yang meningkatkan kekuatan sambil mempertahankan keuletan. Substrat ini dapat dilapisi kemudian, tetapi urutan proses dan paparan termal sangat penting untuk menjaga integritas pelapisan.
• Efek pelapisan: Proses pelapisan (celup panas, galvanisasi kontinu) mengenakan siklus termal yang dapat sedikit menurunkan atau mengubah mikrostruktur dekat permukaan. Pabrik mengontrol annealing dan pendinginan untuk menjaga target mekanik substrat.

4. Sifat Mekanik

Tabel: perilaku mekanik komparatif (kualitatif, tergantung substrat)

Interpretasi: - Massa pelapisan yang berbeda tidak secara substansial mengubah sifat mekanik intrinsik dari substrat baja. Pemilihan untuk kekuatan atau ketangguhan seharusnya berdasarkan spesifikasi substrat daripada label ZF70/ZF140 saja. Setiap perbedaan kecil dalam perilaku pembentukan atau inisiasi patahan permukaan di tepi dapat muncul dari ketebalan pelapisan dan adhesi, bukan dari kekuatan substrat.

5. Kemampuan Pengelasan

Pertimbangan kemampuan pengelasan bergantung pada ekuivalen karbon substrat dan pada bagaimana pelapisan mempengaruhi stabilitas busur dan asap. Indeks yang berguna:

Tampilkan rumus: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Karbon yang lebih rendah dan kandungan paduan yang terkontrol mengurangi kerentanan terhadap retak dingin dan embrittlement hidrogen; jaga $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ serendah mungkin untuk memudahkan pengelasan. - Pelapisan logam menciptakan penguapan seng lokal selama pengelasan, yang dapat menyebabkan porositas dan asap yang diinduksi seng; penghilangan pelapisan di area las atau penggunaan parameter pengelasan yang tepat adalah praktik umum. - Pelapisan yang lebih berat (massa pelapisan yang lebih besar) memerlukan pembersihan tepi tambahan atau penyesuaian teknik pengelasan karena lebih banyak pelapisan harus dihilangkan atau dipindahkan untuk mendapatkan las yang baik. - Pemanasan awal, suhu antar proses yang terkontrol, dan pemilihan pengisi yang tepat mengurangi risiko pada substrat CE yang lebih tinggi atau ketika kontaminasi pelapisan tidak dapat sepenuhnya dihilangkan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Untuk baja berlapis non-stainless seperti ZF70 dan ZF140, pelapisan logam (biasanya seng atau paduan seng) memberikan perlindungan pengorbanan dan perlindungan penghalang. Massa pelapisan yang lebih berat memperpanjang timbulnya korosi substrat dan meningkatkan ketahanan terhadap abrasi mekanis dan kerusakan akibat penanganan.
• Ketika menilai kinerja korosi di lingkungan agresif, pertimbangkan mekanisme kerusakan lokal, perlindungan tepi, dan kebutuhan untuk pasivasi atau pengecatan setelah pelapisan.
• Untuk baja stainless saja, PREN relevan: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Indeks ini tidak berlaku untuk baja karbon berlapis seng; gunakan hanya saat mengevaluasi paduan stainless yang sebenarnya.
• Sistem pelapisan dapat ditingkatkan dengan lapisan atas organik, inhibitor, atau pelapisan konversi untuk memperpanjang umur layanan, terutama di atmosfer pesisir atau industri.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Dibentuk

• Pemotongan dan pemesinan: Kemampuan mesin substrat mengikuti perilaku karbon/paduan rendah standar. Pelapisan logam dapat menyumbat alat atau mempengaruhi penyelesaian permukaan; strategi alat dan pendingin harus mempertimbangkan hal ini.
• Pembentukan dan pembengkokan: Pelapisan yang lebih berat mengubah gesekan dan dapat merusak pelapisan pada tikungan tajam; jendela proses (radius tikungan minimum, geometri punch/matriks) harus mempertimbangkan keuletan dan adhesi pelapisan. Pelapisan tipe ZF140 yang lebih berat akan lebih mudah menunjukkan diskontinuitas pelapisan pada pembentukan yang parah kecuali dirancang untuk itu.
• Penyelesaian permukaan: Pelapisan yang lebih berat menawarkan ketahanan pasca-proses yang lebih baik tetapi mungkin memerlukan pemangkasan tepi yang lebih hati-hati dan pemeliharaan pisau pemangkas. Adhesi cat dan elektrocoating dapat bergantung pada kimia pelapisan dan persiapan permukaan.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih pelapisan yang lebih ringan di mana kompleksitas pembentukan, kemampuan pengelasan, atau biaya awal terendah mendominasi dan paparan lingkungan terbatas. - Pilih pelapisan yang lebih berat di mana umur panjang terhadap korosi, perlindungan pengorbanan yang lebih baik, atau ketahanan abrasi yang lebih baik selama layanan dan penanganan diperlukan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: Produk berlapis lebih berat memiliki biaya unit per area yang lebih tinggi karena tambahan material pelapisan dan waktu pemrosesan. Ekonomi skala dan inventaris pemasok mempengaruhi harga akhir.
• Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: Kedua pelapisan umumnya ditawarkan dalam bentuk gulungan, lembaran, dan opsi cat pra-lapisan. Waktu tunggu dapat bervariasi menurut permintaan regional dan kemampuan pemasok; varian berlapis lebih berat dapat memiliki waktu tunggu yang sedikit lebih lama jika mereka kurang umum disimpan.
• Tip pengadaan: Tentukan massa pelapisan yang diperlukan, kelas adhesi, dan sifat mekanik substrat secara eksplisit untuk menghindari ambiguitas dalam penawaran pemasok.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Kesimpulan dan panduan: - Pilih ZF70 jika: aplikasi memerlukan kemampuan dibentuk maksimum dan kemudahan pengelasan, paparan lingkungan sedang, dan meminimalkan biaya material awal adalah prioritas. ZF70 sering dipilih untuk stamping yang kompleks, panel otomotif dalam, dan komponen struktural dalam ruangan. - Pilih ZF140 jika: aplikasi membutuhkan perlindungan korosi yang lebih lama, ketahanan abrasi/penanganan yang lebih baik, atau frekuensi pemeliharaan yang lebih rendah di lingkungan luar atau agresif. ZF140 masuk akal untuk komponen struktural yang terpapar, bagian bawah otomotif eksternal, dan bagian yang diharapkan mengalami keausan mekanis yang sering atau paparan berkepanjangan terhadap atmosfer korosif.

Catatan akhir: Karena kimia substrat dan persyaratan mekanik dapat ditentukan secara independen dari massa pelapisan, selalu definisikan baik grade baja substrat (persyaratan mekanik dan kimia) dan massa/kimia pelapisan yang diperlukan dalam dokumen pengadaan dan desain. Ini memastikan bahwa varian ZF yang dipilih memenuhi harapan struktural dan daya tahan tanpa bergantung pada nomenklatur saja.