1. Perlakuan panas baja tahan karat feritik: Baja tahan karat feritik umumnya merupakan struktur ferit tunggal yang stabil. Saat dipanaskan atau didinginkan, tidak terjadi perubahan fasa. Oleh karena itu, sifat mekanisnya tidak dapat diubah melalui perlakuan panas. Tujuan utamanya adalah untuk mengurangi kerapuhan dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular.
1. Kerapuhan fasa σ: Baja tahan karat feritik sangat mudah membentuk fasa σ, senyawa logam kaya Cr. Sifatnya yang keras dan getas, khususnya mudah terbentuk di antara butiran, membuat baja getas dan meningkatkan sensitivitas terhadap korosi intergranular. Pembentukan fasa σ berkaitan dengan komposisi. Selain itu, Cr, Si, Mn, Mo, dll. semuanya mendorong pembentukan fasa σ; hal ini juga berkaitan dengan proses pengolahan, terutama pemanasan dan suhu 540~815℃, yang selanjutnya mendorong pembentukan fasa σ. Namun, pembentukan fasa σ bersifat reversibel. Pemanasan ulang hingga suhu yang lebih tinggi dari suhu pembentukan fasa σ akan melarutkannya kembali dalam larutan padat.
Kerapuhan 475℃: Ketika baja tahan karat feritik dipanaskan dalam jangka waktu lama pada kisaran 400~500℃, akan menunjukkan karakteristik peningkatan kekuatan dan penurunan ketangguhan, yaitu peningkatan kerapuhan. Hal ini paling jelas terlihat pada suhu 475℃, yang disebut kerapuhan 475℃. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pada suhu ini, atom-atom Cr dalam ferit akan tersusun ulang membentuk area kecil yang kaya Cr, yang koheren dengan fasa induknya, sehingga menyebabkan distorsi kisi, menghasilkan tegangan internal, meningkatkan kekerasan baja, dan meningkatkan kerapuhannya. Bersamaan dengan terbentuknya area yang kaya Cr, pasti terdapat area yang miskin Cr, yang berdampak buruk pada ketahanan korosi. Ketika baja dipanaskan kembali hingga suhu di atas 700℃, distorsi dan tegangan internal akan dihilangkan, dan kerapuhan 475℃ akan hilang.
3. Kerapuhan suhu tinggi: Ketika dipanaskan hingga di atas 925℃ dan didinginkan dengan cepat, Cr, C, N, dll. membentuk senyawa yang mengendap di dalam butiran dan batas butiran, menyebabkan peningkatan kerapuhan dan terjadinya korosi intergranular. Senyawa ini dapat dihilangkan dengan pemanasan pada suhu 750~850℃ dan kemudian didinginkan dengan cepat.
Proses perlakuan panas:
1. Anil: Untuk menghilangkan fasa σ, kerapuhan pada suhu 475℃, dan kerapuhan suhu tinggi, anil dapat digunakan dengan pemanasan pada suhu 780~830℃, pemanasan tetap, lalu pendinginan udara atau pendinginan tungku. Untuk baja tahan karat feritik ultra-murni (mengandung C≤0,01%, dengan kontrol ketat Si, Mn, S, P), suhu pemanasan anil dapat ditingkatkan.
2. Perlakuan pelepas tegangan: Setelah pengelasan dan pemrosesan dingin, komponen dapat mengalami tegangan. Jika anil tidak sesuai untuk kondisi tertentu, pemanasan, penghangatan, dan pendinginan udara dapat dilakukan pada kisaran 230~370℃ untuk menghilangkan sebagian tegangan internal dan meningkatkan plastisitas.
2. Perlakuan panas baja tahan karat austenitik: Pengaruh unsur paduan seperti Cr dan Ni pada baja tahan karat austenitik menyebabkan titik Ms turun di bawah suhu ruang (-30 hingga -70℃). Untuk memastikan stabilitas struktur austenitik, tidak terjadi perubahan fase di atas suhu ruang selama pemanasan dan pendinginan. Oleh karena itu, tujuan utama perlakuan panas baja tahan karat austenitik bukanlah untuk mengubah sifat mekaniknya, melainkan untuk meningkatkan ketahanan korosi.
A. Perlakuan larutan baja tahan karat austenitik
Fungsi:
1. Presipitasi dan pelarutan karbida paduan dalam baja: C dalam baja merupakan salah satu unsur paduan. Selain berperan sebagai penguat, unsur ini juga tidak kondusif terhadap ketahanan korosi, terutama ketika C membentuk karbida dengan Cr. Efeknya bahkan lebih buruk, dan perlu dilakukan upaya untuk mengurangi keberadaannya. Oleh karena itu, berdasarkan karakteristik C dalam austenit yang berubah terhadap suhu, yaitu kelarutannya besar pada suhu tinggi dan kecil pada suhu rendah. Berdasarkan data, kelarutan C dalam austenit adalah 0,34% pada suhu 1200℃, 0,18% pada suhu 1000℃, dan 0,02% pada suhu 600℃, bahkan lebih rendah lagi pada suhu ruang. Oleh karena itu, baja dipanaskan hingga suhu tinggi untuk melarutkan senyawa C-Cr sepenuhnya dan kemudian didinginkan dengan cepat sehingga tidak sempat mengendap, sehingga dapat menjamin ketahanan korosi baja, terutama ketahanan terhadap korosi intergranular.
2. Fase σ: Jika baja austenitik dipanaskan dalam waktu lama pada kisaran 500-900℃, atau unsur-unsur seperti Ti, Nb, dan Mo ditambahkan ke dalam baja, presipitasi fase σ akan meningkat, membuat baja lebih getas dan mengurangi ketahanan korosi. Cara untuk menghilangkan fase σ adalah dengan melarutkannya pada suhu yang lebih tinggi dari suhu presipitasi yang memungkinkan, lalu mendinginkannya dengan cepat untuk mencegah presipitasi kembali.
Proses:
Dalam standar GB1200, rentang suhu pemanasan yang direkomendasikan relatif lebar: 1000~1150℃, biasanya 1020-1080℃. Dengan mempertimbangkan komposisi mutu tertentu, baik pengecoran maupun penempaan, suhu pemanasan harus disesuaikan dengan tepat dalam rentang yang diizinkan. Jika suhu pemanasan rendah, karbida C-Cr tidak dapat larut sepenuhnya. Jika suhu terlalu tinggi, akan terjadi masalah pertumbuhan butir dan penurunan ketahanan korosi.
Metode pendinginan: Pendinginan harus dilakukan dengan kecepatan lebih tinggi untuk mencegah karbida mengendap kembali. Dalam standar negara saya dan beberapa negara lain, "pendinginan cepat" setelah perlakuan larutan diindikasikan. Dengan menggabungkan berbagai literatur dan pengalaman praktis, skala "cepat" dapat dipahami sebagai berikut:
Kandungan C ≥ 0,08%; Kandungan Cr > 22%, Kandungan Ni relatif tinggi; Kandungan C < 0,08%, tetapi ukuran efektif > 3mm, harus didinginkan dengan air;
Kandungan C < 0,08%, ukuran < 3mm, dapat didinginkan dengan udara;
Ukuran efektif ≤ 0,5mm dapat didinginkan dengan udara.
B. Perlakuan panas stabilisasi baja tahan karat austenitik
Perlakuan panas stabilisasi terbatas pada baja tahan karat austenitik yang mengandung unsur penstabil Ti atau Nb, seperti 1Cr18Ni9Ti, 0Cr18Ni11Nb, dll.
Fungsi:
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Cr berikatan dengan C membentuk senyawa tipe Cr23C6 dan mengendap di batas butir, yang menjadi penyebab menurunnya ketahanan korosi baja tahan karat austenitik. Cr merupakan unsur pembentuk karbida yang kuat. Selama ada peluang, ia akan berikatan dengan C dan mengendap. Oleh karena itu, unsur Ti dan Nb yang memiliki afinitas lebih kuat daripada Cr dan C ditambahkan ke dalam baja, dan terciptalah kondisi agar C lebih disukai berikatan dengan Ti dan Nb, mengurangi peluang C berikatan dengan Cr, sehingga Cr tertahan secara stabil di dalam austenit, sehingga menjamin ketahanan korosi baja. Perlakuan panas stabilisasi berperan untuk menggabungkan Ti, Nb dengan C dan menstabilkan Cr di dalam austenit.
Proses:
Suhu pemanasan: Suhu ini harus lebih tinggi dari suhu pelarutan Cr23C6 (400-825℃), lebih rendah dari atau sedikit lebih tinggi dari suhu pelarutan awal TiC atau NbC (seperti kisaran suhu pelarutan TiC adalah 750-1120℃), dan suhu pemanasan stabilisasi umumnya dipilih pada 850-930℃, yang akan sepenuhnya melarutkan Cr23C6 sehingga Ti atau Nb akan dikombinasikan dengan C, sementara Cr akan tetap berada dalam austenit.
Metode pendinginan: Umumnya, pendinginan udara digunakan, dan pendinginan air atau pendinginan tungku juga dapat digunakan, yang harus ditentukan sesuai dengan kondisi spesifik komponen. Laju pendinginan tidak berpengaruh signifikan terhadap efek stabilisasi. Dari hasil penelitian eksperimental kami, saat pendinginan dari suhu stabilisasi 900℃ hingga 200℃, laju pendinginannya adalah 0,9℃/menit dan 15,6℃/menit. Sebagai perbandingan, struktur metalografi, kekerasan, dan ketahanan korosi intergranular pada dasarnya sama.
C. Perlakuan pelepas tegangan pada baja tahan karat austenitik
Tujuan: Komponen baja tahan karat austenitik pasti akan mengalami tegangan, seperti tegangan pemrosesan dan tegangan pengelasan selama pengerjaan dingin. Adanya tegangan ini akan berdampak buruk, seperti dampak pada stabilitas dimensi; retak korosi tegangan akan terjadi ketika komponen yang mengalami tegangan digunakan dalam media yang mengandung Cl, H2S, NaOH, dan media lainnya. Ini adalah kerusakan mendadak yang terjadi secara lokal tanpa prekursor dan sangat berbahaya. Oleh karena itu, komponen baja tahan karat austenitik yang digunakan dalam kondisi kerja tertentu harus meminimalkan tegangan, yang dapat dicapai melalui metode pelepas tegangan.
Proses: Jika kondisi memungkinkan, perlakuan larutan dan perlakuan stabilisasi dapat menghilangkan tegangan dengan lebih baik (pendinginan air larutan padat juga akan menghasilkan tegangan tertentu), tetapi terkadang metode ini tidak diperbolehkan, seperti pipa di sirkuit, benda kerja utuh tanpa tepi, dan komponen dengan bentuk yang sangat kompleks yang mudah mengalami deformasi. Pada saat ini, metode pelepas tegangan dengan pemanasan pada suhu di bawah 450°C dapat digunakan untuk menghilangkan sebagian tegangan. Jika benda kerja digunakan dalam lingkungan korosi tegangan tinggi dan tegangan harus dihilangkan sepenuhnya, hal ini perlu dipertimbangkan saat memilih material, seperti baja yang mengandung elemen stabilisator atau baja tahan karat austenitik karbon ultra-rendah.
D. Perlakuan panas baja tahan karat martensit
Keunggulan baja tahan karat martensit dibandingkan baja tahan karat feritik, baja tahan karat austenitik, dan baja tahan karat dupleks adalah sifat mekanisnya yang dapat disesuaikan secara luas melalui metode perlakuan panas untuk memenuhi kebutuhan berbagai kondisi penggunaan. Metode perlakuan panas yang berbeda juga memiliki pengaruh yang berbeda terhadap ketahanan korosi.
① Keadaan organisasi baja tahan karat martensit setelah pendinginan
Tergantung pada komposisi kimianya
0Cr13, 1Cr13, 1Cr17Ni2 adalah martensit + sejumlah kecil ferit;
2Cr13, 3Cr13, 2Cr17Ni2 pada dasarnya adalah organisasi martensit;
4Cr13, dan 9Cr18 adalah karbida paduan pada matriks martensit;
0Cr13Ni4Mo, dan 0Cr13Ni6Mo adalah austenit sisa pada matriks martensit.
② Ketahanan korosi dan perlakuan panas baja tahan karat martensit
Perlakuan panas baja tahan karat martensit tidak hanya dapat mengubah sifat mekaniknya, tetapi juga memiliki efek yang berbeda pada ketahanan korosi. Sebagai contoh, tempering setelah pendinginan: setelah pendinginan menjadi martensit, tempering suhu rendah digunakan, yang memiliki ketahanan korosi lebih tinggi; tempering suhu sedang pada 400-550℃ digunakan, dan ketahanan korosinya lebih rendah; tempering suhu tinggi pada 600-750℃ digunakan, dan ketahanan korosinya meningkat.
③ Proses perlakuan panas dan fungsi baja tahan karat martensit
Anil: Berbagai metode anil dapat digunakan sesuai dengan tujuan dan fungsi yang ingin dicapai: hanya diperlukan untuk mengurangi kekerasan, memfasilitasi pemrosesan, dan menghilangkan tegangan, anil suhu rendah (beberapa juga disebut anil tidak lengkap) dapat digunakan. Suhu pemanasan dapat dipilih dari 740~780℃, dan kekerasan dapat dijamin 180~230HB dengan pendinginan udara atau pendinginan tungku;
Persyaratan untuk meningkatkan struktur tempa atau pengecoran, menurunkan kekerasan, dan memastikan kinerja rendah untuk aplikasi langsung, dapat menggunakan anil lengkap, umumnya dipanaskan hingga 870~900℃, didinginkan di tungku setelah isolasi, atau didinginkan hingga di bawah 600℃ dengan laju ≤40℃/jam. Kekerasannya dapat mencapai 150~180HB;
Anil isotermal dapat menggantikan anil penuh untuk mencapai tujuan anil penuh. Suhu pemanasan adalah 870-900℃, dan tungku didinginkan hingga 700-740℃ setelah pemanasan dan pengawetan panas (lihat kurva transformasi). Suhu dipertahankan untuk waktu yang lama (lihat kurva transformasi), kemudian tungku didinginkan hingga di bawah 550℃ dan dikeluarkan dari tungku. Kekerasannya dapat mencapai 150-180HB. Anil isotermal ini juga merupakan cara yang efektif untuk memperbaiki struktur yang buruk setelah penempaan dan meningkatkan sifat mekanik setelah pendinginan dan temper, terutama ketangguhan impak.
Pendinginan: Tujuan utama pendinginan baja tahan karat martensit adalah untuk memperkuatnya. Panaskan baja hingga di atas suhu titik kritis, jaga agar tetap hangat agar karbida larut sepenuhnya ke dalam austenit, lalu dinginkan pada laju pendinginan yang sesuai untuk mendapatkan struktur martensit yang telah dipadamkan.
Pemilihan suhu pemanasan: Prinsip dasarnya adalah memastikan pembentukan austenit, dan membuat karbida paduan larut sepenuhnya ke dalam austenit dan terhomogenasi; juga tidak mungkin membuat butiran austenit menjadi kasar atau memiliki ferit atau austenit sisa dalam struktur setelah pendinginan. Ini mensyaratkan bahwa suhu pemanasan pendinginan tidak boleh terlalu rendah atau terlalu tinggi. Suhu pemanasan pendinginan baja tahan karat martensit sedikit bervariasi dalam bahan yang berbeda dan kisaran yang direkomendasikan luas. Menurut pengalaman kami, umumnya cukup untuk memanaskan dalam kisaran 980~1020℃. Tentu saja, untuk kelas baja khusus, kontrol komponen khusus, atau persyaratan khusus, suhu pemanasan harus diturunkan atau ditingkatkan dengan tepat, tetapi prinsip pemanasan tidak boleh dilanggar.
Metode pendinginan: Karena karakteristik komposisi baja tahan karat martensit, austenit relatif stabil, kurva C bergeser ke kanan, dan laju pendinginan kritis relatif rendah, sehingga pendinginan oli dan udara dapat digunakan untuk mendapatkan efek pendinginan martensit. Namun, untuk komponen yang membutuhkan kedalaman pendinginan yang besar dan sifat mekanis, terutama ketangguhan impak yang tinggi, pendinginan oli sebaiknya digunakan.
Tempering: Setelah pendinginan, baja tahan karat martensit memperoleh struktur martensit dengan kekerasan tinggi, kerapuhan tinggi, dan tegangan internal tinggi, sehingga harus ditempering. Baja tahan karat martensit pada dasarnya digunakan pada dua suhu tempering:
Temper antara 180~320℃. Struktur martensit yang ditemper diperoleh, mempertahankan kekerasan dan kekuatan tinggi, tetapi plastisitas dan ketangguhannya rendah, serta memiliki ketahanan korosi yang baik. Misalnya, temper suhu rendah dapat digunakan untuk perkakas, bantalan, komponen tahan aus, dll.
Temper antara 600-750℃ untuk mendapatkan struktur martensit temper. Struktur ini memiliki sifat mekanik komprehensif yang baik seperti kekuatan, kekerasan, plastisitas, dan ketangguhan tertentu. Struktur ini dapat ditemper pada suhu batas bawah atau atas sesuai dengan kebutuhan kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan yang berbeda. Struktur ini juga memiliki ketahanan korosi yang baik.
Tempering antara 400~600℃ umumnya tidak digunakan, karena tempering pada rentang suhu ini akan mengendapkan karbida yang sangat terdispersi dari martensit, menghasilkan kerapuhan temper, dan mengurangi ketahanan korosi. Namun, pegas, seperti pegas baja 3Cr13 dan 4Cr13, dapat ditemper pada suhu ini, dan HRC-nya dapat mencapai 40~45, dengan elastisitas yang baik.
Metode pendinginan setelah temper umumnya dapat menggunakan pendinginan udara, tetapi untuk baja dengan kecenderungan rapuh akibat temper, seperti 1Cr17Ni2, 2Cr13, 0Cr13Ni4Mo, dll., sebaiknya menggunakan pendinginan oli setelah temper. Selain itu, perlu diperhatikan bahwa temper harus dilakukan tepat waktu setelah pendinginan, tidak lebih dari 24 jam di musim panas dan tidak lebih dari 8 jam di musim dingin. Jika temper tidak dapat dilakukan tepat waktu sesuai suhu proses, tindakan pencegahan juga harus diambil untuk mencegah timbulnya retak statis.
E. Perlakuan panas baja tahan karat dupleks ferit-austenit
Baja tahan karat dupleks merupakan anggota baru dalam keluarga baja tahan karat dan dikembangkan kemudian, tetapi karakteristiknya diakui dan dihargai secara luas. Karakteristik komposisi (Cr tinggi, Ni rendah, Mo, N) dan karakteristik organisasi baja tahan karat dupleks membuatnya memiliki kekuatan dan plastisitas yang lebih tinggi daripada baja tahan karat austenitik dan baja tahan karat feritik; setara dengan ketahanan korosi baja tahan karat austenitik; ketahanan yang lebih tinggi terhadap korosi lubang, korosi celah, dan kerusakan korosi tegangan dibandingkan baja tahan karat lainnya dalam medium Cl- dan air laut.
Fungsi:
1. Menghilangkan austenit sekunder: Pada kondisi suhu yang lebih tinggi (seperti pengecoran atau penempaan), jumlah ferit meningkat. Ketika suhunya di atas 1300℃, ferit dapat membentuk ferit fase tunggal. Ferit suhu tinggi ini tidak stabil. Ketika mengalami penuaan pada suhu yang lebih rendah di kemudian hari, austenit akan mengalami presipitasi. Austenit ini disebut austenit sekunder. Jumlah Cr dan N dalam austenit ini lebih sedikit daripada austenit normal, sehingga dapat menjadi sumber korosi, sehingga harus dihilangkan dengan perlakuan panas.
② Hilangkan karbida tipe Cr23C6: Baja dua fase akan mengendapkan Cr23C6 di bawah 950℃, yang meningkatkan kerapuhan dan mengurangi ketahanan korosi, dan harus dihilangkan.
③ Hilangkan nitrida Cr2N dan CrN: Karena ada unsur N dalam baja, maka dapat menghasilkan nitrida dengan Cr, yang mempengaruhi ketahanan mekanis dan korosi, dan harus dihilangkan.
4. Hilangkan fase intermetalik: Karakteristik komposisi baja dupleks akan mendorong pembentukan beberapa fase intermetalik, seperti fase σ dan fase γ, yang mengurangi ketahanan korosi dan meningkatkan kerapuhan, dan harus dihilangkan.
Proses: Mirip dengan baja austenitik, mengadopsi perlakuan larutan, suhu pemanasan 980~1100℃, dan kemudian pendinginan cepat, umumnya pendinginan air.
F. Perlakuan panas baja tahan karat pengerasan presipitasi
Baja tahan karat dengan pengerasan presipitasi relatif terlambat dikembangkan. Baja tahan karat ini merupakan jenis baja tahan karat yang telah diuji, diringkas, dan diinovasi dalam praktik manusia. Di antara baja tahan karat yang muncul lebih awal, baja tahan karat feritik dan baja tahan karat austenitik memiliki ketahanan korosi yang baik, tetapi sifat mekanisnya tidak dapat disesuaikan dengan metode perlakuan panas, sehingga membatasi perannya. Baja tahan karat martensit dapat disesuaikan dengan metode perlakuan panas untuk mencapai rentang sifat mekanis yang lebih luas, tetapi ketahanan korosinya buruk.
Fitur:
Ini memiliki kandungan C yang lebih rendah (umumnya ≤0,09%), kandungan Cr yang lebih tinggi (umumnya ≥14%), dan Mo, Cu, dan elemen lainnya, yang membuatnya memiliki ketahanan korosi yang lebih tinggi, bahkan sebanding dengan baja tahan karat austenitik. Melalui larutan dan perlakuan penuaan, struktur dengan fase pengerasan presipitasi yang diendapkan pada matriks martensit dapat diperoleh, sehingga memiliki kekuatan yang lebih tinggi, dan kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan dapat disesuaikan dalam kisaran tertentu sesuai dengan penyesuaian suhu penuaan. Selain itu, metode perlakuan panas larutan padat terlebih dahulu dan kemudian penguatan presipitasi dapat diproses menjadi bentuk dasar di bawah kekerasan rendah setelah perlakuan larutan padat, dan kemudian diperkuat dengan penuaan, yang mengurangi biaya pemrosesan dan lebih baik daripada baja martensit.
Klasifikasi:
1. Baja tahan karat pengerasan presipitasi martensit dan perlakuan panasnya: Karakteristik baja tahan karat pengerasan presipitasi martensit adalah: suhu awal transformasi austenit menjadi martensit (Ms) berada di atas suhu ruang. Setelah pemanasan dan pendinginan austenitisasi yang lebih cepat, diperoleh matriks martensit berbentuk bilah. Setelah penuaan, partikel halus Cu diendapkan dari matriks martensit bilah untuk memperkuatnya.
2. Perlakuan panas baja tahan karat semi-austenitik: Titik Ms baja ini umumnya sedikit lebih rendah daripada suhu kamar. Oleh karena itu, setelah perlakuan larutan padat dan pendinginan hingga suhu kamar, diperoleh struktur austenitik dengan kekuatan yang sangat rendah. Untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan matriks, matriks perlu dipanaskan kembali hingga 750-950℃ dan dijaga tetap hangat. Pada tahap ini, karbida akan mengendap dalam austenit, sehingga stabilitas austenit menurun, dan titik Ms meningkat hingga di atas suhu kamar. Setelah didinginkan kembali, diperoleh struktur martensit. Beberapa metode juga dapat menambahkan perlakuan dingin (sub-zero treatment), kemudian menua baja untuk mendapatkan baja yang diperkuat dengan presipitat pada matriks martensit.
Dapat dilihat bahwa setelah baja tahan karat martensit hasil pengerasan presipitasi diperlakukan dengan benar, sifat mekaniknya dapat sepenuhnya mencapai kinerja baja tahan karat martensit, sementara ketahanan korosinya setara dengan baja tahan karat austenitik. Perlu dicatat di sini bahwa meskipun baja tahan karat martensit dan baja tahan karat hasil pengerasan presipitasi dapat diperkuat dengan metode perlakuan panas, mekanisme penguatannya berbeda. Karena karakteristik baja tahan karat hasil pengerasan presipitasi, baja ini telah dihargai dan digunakan secara luas.
Waktu posting: 06-Feb-2025