1. Perlakuan panas pada baja tahan karat feritik: Baja tahan karat feritik umumnya memiliki struktur ferit tunggal yang stabil. Saat dipanaskan atau didinginkan, tidak terjadi perubahan fasa. Oleh karena itu, sifat mekaniknya tidak dapat diubah melalui perlakuan panas. Tujuan utamanya adalah untuk mengurangi kerapuhan dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi intergranular.
① Kerapuhan fase σ: Baja tahan karat feritik sangat mudah menghasilkan fase σ, yang merupakan senyawa logam kaya Cr. Senyawa ini keras dan rapuh, dan sangat mudah terbentuk di antara butiran, membuat baja menjadi rapuh dan meningkatkan sensitivitas terhadap korosi antarbutiran. Pembentukan fase σ berkaitan dengan komposisi. Selain itu, Cr, Si, Mn, Mo, dll. semuanya mendorong pembentukan fase σ; hal ini juga berkaitan dengan proses pengolahan, terutama pemanasan dan penahanan pada kisaran 540~815℃, yang selanjutnya mendorong pembentukan fase σ. Namun, pembentukan fase σ bersifat reversibel. Pemanasan ulang hingga suhu yang lebih tinggi dari suhu pembentukan fase σ akan melarutkannya kembali dalam larutan padat.
② Kerapuhan 475℃: Ketika baja tahan karat feritik dipanaskan dalam waktu lama pada kisaran 400~500℃, baja tersebut akan menunjukkan karakteristik peningkatan kekuatan dan penurunan ketangguhan, yaitu peningkatan kerapuhan, yang paling jelas terlihat pada 475℃, yang disebut kerapuhan 475℃. Hal ini karena, pada suhu ini, atom Cr dalam ferit akan tersusun ulang membentuk area kecil yang kaya Cr, yang koheren dengan fase induk, menyebabkan distorsi kisi, menghasilkan tegangan internal, meningkatkan kekerasan baja, dan meningkatkan kerapuhannya. Bersamaan dengan terbentuknya area yang kaya Cr, pasti ada area yang miskin Cr, yang berdampak buruk pada ketahanan korosi. Ketika baja dipanaskan kembali hingga suhu lebih tinggi dari 700℃, distorsi dan tegangan internal akan dihilangkan, dan kerapuhan 475℃ akan hilang.
③Kerapuhan 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 antarbutiran. Senyawa ini dapat dihilangkan dengan pemanasan pada suhu 750~850℃ dan kemudian didinginkan dengan cepat.
Proses perlakuan panas:
① Pemanasan (Annealing): Untuk menghilangkan fase σ, kerapuhan pada suhu 475℃, dan kerapuhan suhu tinggi, pemanasan dapat dilakukan dengan memanaskan pada suhu 780~830℃, menjaga suhu tetap hangat, lalu mendinginkan dengan udara atau tungku. Untuk baja tahan karat feritik ultra-murni (mengandung C≤0,01%, dengan kontrol ketat terhadap Si, Mn, S, P), suhu pemanasan pemanasan dapat ditingkatkan.
② Perlakuan penghilangan tegangan: Setelah pengelasan dan pemrosesan dingin, bagian-bagian dapat menghasilkan tegangan. Jika anil tidak sesuai untuk keadaan tertentu, pemanasan, menjaga suhu tetap hangat, dan pendinginan udara dapat digunakan dalam kisaran 230~370℃ untuk menghilangkan sebagian tegangan internal dan meningkatkan plastisitas.
2. Perlakuan panas pada baja tahan karat austenitik: Pengaruh unsur paduan seperti Cr dan Ni dalam baja tahan karat austenitik menyebabkan titik Ms turun di bawah suhu ruang (-30 hingga -70℃). Untuk memastikan stabilitas struktur austenitik, tidak terjadi perubahan fasa di atas suhu ruang selama pemanasan dan pendinginan. Oleh karena itu, tujuan utama perlakuan panas pada baja tahan karat austenitik bukanlah untuk mengubah sifat mekanik, tetapi untuk meningkatkan ketahanan korosi.
A. Perlakuan larutan pada 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, keberadaannya tidak kondusif untuk ketahanan korosi, terutama ketika C membentuk karbida dengan Cr, efeknya bahkan lebih buruk, dan upaya harus dilakukan untuk mengurangi keberadaannya. Karena alasan ini, berdasarkan karakteristik C dalam austenit yang berubah dengan suhu, yaitu kelarutannya besar pada suhu tinggi dan kecil pada suhu rendah. Menurut data, kelarutan C dalam austenit adalah 0,34% pada 1200℃, 0,18% pada 1000℃, dan 0,02% pada 600℃, dan bahkan lebih rendah pada suhu kamar. Oleh karena itu, baja dipanaskan hingga suhu tinggi untuk melarutkan sepenuhnya senyawa C-Cr dan kemudian didinginkan dengan cepat agar tidak sempat mengendap, sehingga dapat memastikan 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 baja, pengendapan fase σ akan meningkat, membuat baja lebih rapuh dan mengurangi ketahanan korosi. Cara untuk menghilangkan fase σ adalah dengan melarutkannya pada suhu yang lebih tinggi daripada suhu pengendapan yang memungkinkan, lalu mendinginkannya dengan cepat untuk mencegah pengendapan ulang.
Proses:
Dalam standar GB1200, kisaran suhu pemanasan yang direkomendasikan relatif luas: 1000~1150℃, biasanya 1020-1080℃. Dengan mempertimbangkan komposisi kelas spesifik, apakah itu hasil pengecoran atau penempaan, dll., suhu pemanasan harus disesuaikan dengan tepat dalam kisaran yang diizinkan. Jika suhu pemanasan rendah, karbida C-Cr tidak dapat larut sepenuhnya. Jika suhu terlalu tinggi, akan ada juga masalah dengan pertumbuhan butir dan penurunan ketahanan korosi.
Metode pendinginan: Pendinginan harus dilakukan dengan kecepatan lebih cepat untuk mencegah pengendapan ulang karbida. Dalam standar negara saya dan beberapa negara lain, "pendinginan cepat" setelah perlakuan larutan dianjurkan. Dengan menggabungkan berbagai literatur dan pengalaman praktis, skala "cepat" dapat dikuasai 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 ≤ 0,5 mm 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 disebutkan di atas, Cr bergabung dengan C membentuk senyawa tipe Cr23C6 dan mengendap di batas butir, yang merupakan alasan penurunan ketahanan korosi baja tahan karat austenitik. Cr adalah unsur pembentuk karbida yang kuat. Selama ada kesempatan, ia akan bergabung dengan C dan mengendap. Oleh karena itu, unsur Ti dan Nb dengan afinitas yang lebih kuat daripada Cr dan C ditambahkan ke baja, dan kondisi diciptakan sehingga C lebih disukai bergabung dengan Ti dan Nb, mengurangi kemungkinan C bergabung dengan Cr, sehingga C tetap stabil dalam austenit, sehingga memastikan ketahanan korosi baja. Perlakuan panas stabilisasi berperan dalam menggabungkan Ti, Nb dengan C dan menstabilkan Cr dalam austenit.
Proses:
Suhu pemanasan: Suhu ini harus lebih tinggi dari suhu pelarutan Cr23C6 (400-825℃), lebih rendah atau sedikit lebih tinggi dari suhu pelarutan awal TiC atau NbC (misalnya kisaran suhu pelarutan TiC adalah 750-1120℃), dan suhu pemanasan stabilisasi umumnya dipilih pada 850-930℃, yang akan melarutkan Cr23C6 sepenuhnya sehingga Ti atau Nb akan bergabung dengan C, sementara Cr akan terus 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 bagian tersebut. Laju pendinginan tidak memiliki pengaruh signifikan terhadap efek stabilisasi. Dari hasil penelitian eksperimental kami, ketika pendinginan dari suhu stabilisasi 900℃ ke 200℃, laju pendinginan adalah 0,9℃/menit dan 15,6℃/menit. Sebagai perbandingan, struktur metalografi, kekerasan, dan ketahanan korosi intergranular pada dasarnya sama.
C. Perlakuan penghilangan tegangan pada baja tahan karat austenitik
Tujuan: Komponen yang terbuat dari baja tahan karat austenitik pasti memiliki tegangan, seperti tegangan pemrosesan dan tegangan pengelasan selama pengerjaan dingin. Keberadaan tegangan ini akan membawa dampak 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 penghilangan tegangan.
Proses: Jika kondisi memungkinkan, perlakuan larutan dan perlakuan stabilisasi dapat lebih baik menghilangkan tegangan (pendinginan air larutan padat juga akan menghasilkan tegangan tertentu), tetapi terkadang metode ini tidak diperbolehkan, seperti pipa dalam sirkuit, benda kerja lengkap tanpa margin, dan bagian dengan bentuk yang sangat kompleks yang mudah berubah bentuk. Pada saat ini, metode penghilangan 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 harus dipertimbangkan saat memilih material, seperti baja yang mengandung unsur penstabil atau baja tahan karat austenitik karbon sangat rendah.
D. Perlakuan panas pada baja tahan karat martensitik
Ciri paling menonjol dari baja tahan karat martensitik dibandingkan dengan baja tahan karat feritik, baja tahan karat austenitik, dan baja tahan karat dupleks adalah sifat mekaniknya dapat disesuaikan dalam rentang yang luas melalui metode perlakuan panas untuk memenuhi kebutuhan kondisi penggunaan yang berbeda. Metode perlakuan panas yang berbeda juga memiliki efek yang berbeda pada ketahanan korosi.
① Keadaan organisasi baja tahan karat martensitik setelah pendinginan
Tergantung pada komposisi kimianya
0Cr13, 1Cr13, 1Cr17Ni2 adalah martensit + sejumlah kecil ferit;
2Cr13, 3Cr13, 2Cr17Ni2 pada dasarnya adalah organisasi martensitik;
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 martensitik
Perlakuan panas pada baja tahan karat martensitik tidak hanya dapat mengubah sifat mekanik tetapi juga memiliki efek yang berbeda pada ketahanan korosi. Ambil contoh temper setelah pendinginan: setelah pendinginan menjadi martensit, temper suhu rendah digunakan, yang memiliki ketahanan korosi lebih tinggi; temper suhu menengah pada 400-550℃ digunakan, dan ketahanan korosinya lebih rendah; temper suhu tinggi pada 600-750℃ digunakan, dan ketahanan korosinya meningkat.
③ Proses perlakuan panas dan fungsi baja tahan karat martensitik
Pemanasan: Berbagai metode pemanasan dapat digunakan sesuai dengan tujuan dan fungsi yang ingin dicapai: hanya diperlukan untuk mengurangi kekerasan, mempermudah pemrosesan, dan menghilangkan tegangan, pemanasan suhu rendah (beberapa juga disebut pemanasan tidak sempurna) dapat digunakan. Suhu pemanasan dapat dipilih dari 740~780℃, dan kekerasan dapat dijamin hingga 180~230HB dengan pendinginan udara atau pendinginan tungku;
Persyaratan untuk meningkatkan struktur tempa atau cor, menurunkan kekerasan, dan memastikan kinerja rendah untuk aplikasi langsung, dapat menggunakan anil lengkap, umumnya dipanaskan hingga 870~900℃, didinginkan dalam tungku setelah isolasi, atau didinginkan hingga di bawah 600℃ dengan laju ≤40℃/jam. Kekerasan dapat mencapai 150~180HB;
Pemanasan isotermal dapat menggantikan pemanasan penuh untuk mencapai tujuan pemanasan penuh. Suhu pemanasan adalah 870~900℃, dan tungku didinginkan hingga 700~740℃ setelah pemanasan dan penahanan panas (lihat kurva transformasi), dan suhu dipertahankan untuk waktu yang lama (lihat kurva transformasi), kemudian tungku didinginkan hingga di bawah 550℃ dan dikeluarkan dari tungku. Kekerasan dapat mencapai 150-180HB. Pemanasan isotermal ini juga merupakan cara efektif untuk memperbaiki struktur yang buruk setelah penempaan dan meningkatkan sifat mekanik setelah pendinginan dan temper, terutama ketahanan benturan.
Pendinginan: Tujuan utama pendinginan baja tahan karat martensit adalah untuk memperkuatnya. Panaskan baja hingga di atas suhu titik kritis, jaga agar tetap hangat, sehingga karbida sepenuhnya larut ke dalam austenit, lalu dinginkan dengan laju pendinginan yang sesuai untuk mendapatkan struktur martensit hasil pendinginan.
Pemilihan suhu pemanasan: Prinsip dasarnya adalah untuk memastikan pembentukan austenit, dan membuat karbida paduan sepenuhnya larut ke dalam austenit dan homogen; juga tidak boleh membuat butiran austenit kasar atau memiliki ferit atau austenit sisa dalam struktur setelah pendinginan. Hal ini mengharuskan suhu pemanasan pendinginan tidak terlalu rendah atau terlalu tinggi. Suhu pemanasan pendinginan baja tahan karat martensit sedikit berbeda pada material yang berbeda dan kisaran yang direkomendasikan cukup luas. Menurut pengalaman kami, umumnya cukup memanaskan dalam kisaran 980~1020℃. Tentu saja, untuk jenis baja khusus, kontrol komponen khusus, atau persyaratan khusus, suhu pemanasan harus diturunkan atau dinaikkan secara tepat, tetapi prinsip pemanasan tidak boleh dilanggar.
Metode pendinginan: Karena karakteristik komposisi baja tahan karat martensitik, austenit relatif stabil, kurva C bergeser ke kanan, dan laju pendinginan kritis relatif rendah, sehingga pendinginan oli dan pendinginan udara dapat digunakan untuk mendapatkan efek pendinginan martensit. Namun, untuk bagian yang membutuhkan kedalaman pendinginan yang besar, sifat mekanik, terutama ketangguhan benturan yang tinggi, pendinginan oli harus digunakan.
Penempaan: Setelah pendinginan cepat, baja tahan karat martensitik memperoleh struktur martensitik dengan kekerasan tinggi, kerapuhan tinggi, dan tegangan internal tinggi, dan harus ditempa. Baja tahan karat martensitik pada dasarnya digunakan pada dua suhu penempaan:
Proses temper pada suhu antara 180~320℃. Struktur martensit hasil temper diperoleh, yang mempertahankan kekerasan dan kekuatan tinggi, tetapi plastisitas dan ketangguhan rendah, serta memiliki ketahanan korosi yang baik. Misalnya, temper suhu rendah dapat digunakan untuk perkakas, bantalan, komponen tahan aus, dll.
Proses tempering antara 600~750℃ menghasilkan struktur martensit temper. Struktur ini memiliki sifat mekanik komprehensif yang baik seperti kekuatan, kekerasan, plastisitas, dan ketangguhan tertentu. Proses tempering dapat dilakukan pada suhu batas bawah atau atas sesuai dengan kebutuhan kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan yang berbeda. Struktur ini juga memiliki ketahanan korosi yang baik.
Penempaan pada suhu antara 400~600℃ umumnya tidak digunakan, karena penempaan pada kisaran suhu ini akan mengendapkan karbida yang sangat terdispersi dari martensit, menghasilkan kerapuhan akibat penempaan, dan mengurangi ketahanan korosi. Namun, pegas, seperti pegas baja 3Cr13 dan 4Cr13, dapat ditempa pada suhu ini, dan HRC dapat mencapai 40~45, dengan elastisitas yang baik.
Metode pendinginan setelah tempering umumnya dapat menggunakan pendinginan udara, tetapi untuk jenis baja dengan kecenderungan rapuh akibat tempering, seperti 1Cr17Ni2, 2Cr13, 0Cr13Ni4Mo, dll., sebaiknya menggunakan pendinginan oli setelah tempering. Selain itu, perlu diperhatikan bahwa tempering harus dilakukan tepat waktu setelah pendinginan cepat (quenching), tidak lebih dari 24 jam di musim panas dan tidak lebih dari 8 jam di musim dingin. Jika tempering tidak dapat dilakukan tepat waktu sesuai dengan suhu proses, tindakan pencegahan juga harus diambil untuk mencegah timbulnya retakan statis.
E. Perlakuan panas pada baja tahan karat dupleks ferit-austenit
Baja tahan karat dupleks merupakan anggota baru dari keluarga baja tahan karat dan dikembangkan belakangan, tetapi karakteristiknya diakui dan dihargai secara luas. Karakteristik komposisi (Cr tinggi, Ni, Mo, N rendah) 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 daripada baja tahan karat lainnya dalam medium klorin 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℃, dapat terbentuk ferit fase tunggal. Ferit suhu tinggi ini tidak stabil. Ketika dipanaskan pada suhu yang lebih rendah di kemudian hari, austenit akan mengendap. Austenit ini disebut austenit sekunder. Jumlah Cr dan N dalam austenit ini lebih sedikit daripada austenit normal, sehingga dapat menjadi sumber korosi, oleh karena itu harus dihilangkan dengan perlakuan panas.
② Hilangkan karbida tipe Cr23C6: Baja dua fasa akan mengendapkan Cr23C6 di bawah 950℃, yang meningkatkan kerapuhan dan mengurangi ketahanan korosi, dan harus dihilangkan.
③ Hilangkan nitrida Cr2N dan CrN: Karena terdapat unsur N dalam baja, unsur ini dapat menghasilkan nitrida dengan Cr, yang memengaruhi kekuatan mekanik dan ketahanan korosi, sehingga harus dihilangkan.
④ Menghilangkan 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, proses ini menggunakan perlakuan larutan, suhu pemanasan 980~1100℃, dan kemudian pendinginan cepat, umumnya pendinginan air.
F. Perlakuan panas pada baja tahan karat pengerasan presipitasi
Baja tahan karat pengerasan presipitasi relatif baru dalam pengembangannya. Ini adalah jenis baja tahan karat yang telah diuji, dirangkum, 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 mekaniknya tidak dapat disesuaikan dengan metode perlakuan panas, yang membatasi perannya. Baja tahan karat martensitik dapat menggunakan metode perlakuan panas untuk menyesuaikan sifat mekanik dalam rentang yang lebih besar, tetapi ketahanan korosinya buruk.
Fitur:
Baja ini memiliki kandungan C yang lebih rendah (umumnya ≤0,09%), kandungan Cr yang lebih tinggi (umumnya ≥14%), dan Mo, Cu, serta unsur-unsur lainnya, yang membuatnya memiliki ketahanan korosi yang lebih tinggi, bahkan setara dengan baja tahan karat austenitik. Melalui perlakuan larutan padat dan penuaan, struktur dengan fase pengerasan presipitasi yang mengendap pada matriks martensitik dapat diperoleh, sehingga memiliki kekuatan yang lebih tinggi, dan kekuatan, plastisitas, serta 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 dengan kekerasan rendah setelah perlakuan larutan padat, dan kemudian diperkuat dengan penuaan, yang mengurangi biaya pemrosesan dan lebih baik daripada baja martensitik.
Klasifikasi:
①Baja tahan karat pengerasan presipitasi martensitik dan perlakuan panasnya: Karakteristik baja tahan karat pengerasan presipitasi martensitik adalah: suhu awal Ms transformasi austenit menjadi martensit berada di atas suhu ruang. Setelah pemanasan austenitisasi dan pendinginan dengan laju lebih cepat, matriks martensitik berbentuk bilah diperoleh. Setelah penuaan, partikel halus Cu diendapkan dari matriks martensitik berbentuk bilah untuk memperkuat.
②Perlakuan panas baja tahan karat semi-austenitik: Titik Ms baja ini umumnya sedikit lebih rendah dari suhu ruang, sehingga setelah perlakuan larutan padat dan pendinginan hingga suhu ruang, diperoleh struktur austenitik dengan kekuatan yang sangat rendah. Untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan matriks, perlu dipanaskan kembali hingga 750-950℃ dan dijaga tetap hangat. Pada tahap ini, karbida akan mengendap dalam austenit, stabilitas austenit berkurang, dan titik Ms meningkat hingga di atas suhu ruang. Ketika didinginkan kembali, diperoleh struktur martensitik. Beberapa juga dapat menambahkan perlakuan dingin (perlakuan di bawah nol), dan kemudian menua baja untuk akhirnya mendapatkan baja yang diperkuat dengan endapan pada matriks martensit.
Dapat dilihat bahwa setelah baja tahan karat martensitik pengerasan presipitasi diberi perlakuan yang tepat, sifat mekaniknya dapat sepenuhnya mencapai kinerja baja tahan karat martensitik, sementara ketahanan korosinya setara dengan baja tahan karat austenitik. Perlu ditekankan di sini bahwa meskipun baja tahan karat martensitik dan baja tahan karat pengerasan presipitasi dapat diperkuat dengan metode perlakuan panas, mekanisme penguatannya berbeda. Karena karakteristik baja tahan karat pengerasan presipitasi, baja ini telah dihargai dan digunakan secara luas.
Waktu posting: 06 Februari 2025