Produksi dan Pengolahan Lanjutan Baja Pelindung untuk Perlindungan Ringan Unggul

Dalam lingkungan saat ini, ada upaya yang dipercepat untuk menyampaikan teknologi pelindung ringan yang dapat mengalahkan peluru penetrator pelindung (AP) pada bobot areal yang dikurangi. Meskipun banyak upaya ini melibatkan aplikasi logam dengan densitas lebih rendah seperti aluminium dan titanium, pilihan aloi baja terus bersaing untuk banyak aplikasi balistik dan struktural, karena kemampuannya untuk memproduksi komponen pelindung baik di area operasional komersial maupun militer dengan peralatan dan personel yang tersedia. Ini adalah keuntungan utama dari solusi baja.

Baja adalah material pelindung terbaik secara keseluruhan meskipun densitasnya tinggi karena sifat-sifatnya seperti ketawalah, ketersediaan yang mudah, biaya rendah, corabilitas, dan kelasan las dll. Baja pelindung bukan baja biasa tetapi mereka memiliki kekuatan tinggi yang digabungkan dengan kekerasan dan ketawalah patah. Mereka digunakan untuk melindungi objek dari kerusakan peluru atau tekanan selama pertempuran. Baja ini umumnya digunakan dalam bentuk plat dipanaskan giling biasanya dalam pembuatan kendaraan bermotor pelindung.

Sifat utama baja pelindung seperti ketawalah, kekerasan, kekuatan lelah yang baik, kemudahan fabrikasi dan penggabungan dan biaya relatif rendah membuat baja menjadi material populer untuk kendaraan bermotor pelindung. Persyaratan penting dari baja ini adalah bahwa ia harus mempertahankan integritas struktural bahkan pada suhu bawah nol saat terkena peluru artileri yang melampaui. Oleh karena itu, baja ini diharapkan memiliki kekuatan ledakan suhu rendah. Pertimbangan penting lain untuk plat baja pelindung adalah bahwa mereka harus dapat diterapkan pada teknik fabrikasi dan konstruksi modern dan mudah di-las serta dapat diproduksi dalam berbagai bentuk.

Komposisi Kimia dan Sifat Baja Pelindung

Diketahui bahwa komposisi kimia, suhu austenitisasi dan pengemisahan, dan ukuran butir baja mempengaruhi sifat mekanis baja dan oleh karena itu performa balistiknya. Telah terbukti bahwa sifat mekanis dan performa balistik baja martensit dapat dioptimalkan dengan mengontrol komposisi kimia dan parameter pemanasan panas.

Baja pelindung pada dasarnya adalah baja struktural padano rendah kekuatan tinggi yang telah diperlakukan untuk memiliki properti resistensi penetrasi yang sangat tinggi. Properti ini pada baja biasanya diimparti oleh pemanasan panas biasanya dengan pemrosesan termo mekanik. Diketahui bahwa resistensi penetrasi baja dapat ditingkatkan dengan meningkatkan intensitas tekstur yang dapat diperoleh dengan pemrosesan termo mekanik. Efektivitas massa pelindung meningkat dengan kekerasan material. Namun, pelindung yang sangat keras cenderung rapuh dan akan pecah saat kena.

Unsur paduan utama baja pelindung adalah nikel (Ni), kromium (Cr), dan molibdenum (Mo). Konten fosfor (P) dan sulfur (S) dari baja ini harus sangat rendah (paling sedikit kurang dari 0,015 persen dari setiap unsur). Juga harus ada nilai yang sangat rendah dari gas terlarut seperti nitrogen (N2), oksigen (O2), dan hidrogen (H2) dalam baja ini. Selain itu, baja harus sangat bersih dengan tingkat inklusi yang sangat rendah. Ia juga harus bebas dari segregasi.

Klasifikasi Baja Pelindung

Baja pelindung dapat diklasifikasikan menjadi empat kelompok utama. Kelompok-kelompok ini adalah baja pelindung homogen gulingan (RHA), baja pelindung kekerasan tinggi (HHA), baja pelindung kekerasan variabel, dan baja pelindung berlubang. Dari empat jenis ini, baja RHA biasanya dipertimbangkan sebagai material patokan. Baja RHA telah dipertimbangkan sebagai pelindung konvensional untuk kendaraan pelindung ringan. Ini adalah baja padano berkualitas tinggi yang digiling sebelum dipanaskan panas untuk memberikan kombinasi optimal kekuatan dan ketawalah.

Baja pelindung homogen gulingan (RHA) tetap menjadi standar pelindung di seluruh dunia pada sebagian besar tank. Biayanya yang rendah, keandalan, ketersediaan infrastruktur produksi, utilitas bersamaan sebagai material struktural, dan kemudahan fabrikasi telah memungkinkan baja ini untuk mempertahankan posisinya utama. Baja pelindung ini terus digunakan dalam mikrostruktur martensit yang di-emas setelah pemanasan panas yang melibatkan pengkristalan untuk meningkatkan resistensinya terhadap penetrasi peluru dan kemudian pengemisahan untuk membuatnya lebih tahan dan oleh karena itu meningkatkan kemampuan penyerapan energi terhadap peluru yang melanda.

Spesifikasi HHA memungkinkan teknologi pemrosesan berkelanjutan modern untuk digunakan secara efisien dan menawarkan kelas baru baja keras auto-tempered. Baja pelindung kekerasan variabel juga dikenal sebagai baja pelindung kekerasan ganda (DHA) yang diproduksi dengan roll bonding plat depan kekerasan tinggi ke plat belakang kekerasan rendah. Baja DHA roll-bonded kompleks untuk diproduksi dan memiliki batasan produksi yang diketahui. Studi telah dilakukan untuk menghasilkan baja DHA melalui proses peleburan escoria listrik, tetapi produksi baja DHA terus sulit.

Ada beberapa upaya yang dilakukan untuk mengembangkan baja pelindung kekerasan ultra tinggi (UHHA) monolitik dengan kekerasan 600 BHN atau lebih dan kemajuan signifikan dalam metalurgi baja telah dilakukan di arah ini. Resistensi balistik yang ditingkatkan dari baja sebagai fungsi peningkatan kekerasan terbukti dalam komunitas balistik. Baja UHHA diharapkan meningkatkan kemenangan peluru AP, mengurangi bobot pelindung, dan menghilangkan kesulitan manufaktur yang inherent dalam DHA.

Pengemisahan dan pengemisahan, didefinisikan sebagai kombinasi pemanasan dan pendinginan logam atau padano, mengubah mikrostruktur baja dan meningkatkan kekuatan, kekerasan, dan ketawalah material yang diperlajui. Laju pendinginan selama pengkristalan baja yang berada dalam rentang austenitik harus sehingga mendinginkan baja di bawah suhu Ms (awal pembentukan martensite). Setelah seluruh mikrostruktur baja terkonversi menjadi martensite, pengemisahan martensite dilakukan. Durante proses pengemisahan, suhu baja dinaikkan ke suhu di mana struktur martensit baja di-emas. Dalam proses pengemisahan dan pengemisahan selama gulingan panas plat, suhu gulingan akhir dan laju pengemisahan dan pengemisahan harus dikontrol untuk mendapatkan kualitas optimum baja dengan konten padano rendah. Produk yang dihasilkan dari baja pengkristalan dan pengemisahan padano rendah menawarkan desainer kendaraan pelindung keuntungan kekuatan terhadap bobot dan properti tahan aus yang biasanya tidak tersedia dalam baja konvensional.

Proses Produksi Baja Pelindung

Teknologi yang digunakan dalam pembuatan plat pelindung perlu sangat tinggi, karena permintaan baja kekuatan tinggi dan kekerasan tinggi menentukan kebutuhan untuk salah satu rute proses yang paling ketat yang harus digunakan untuk produksi plat baja. Pemurnian primer baja pelindung dapat dilakukan baik dalam tungku oksigen dasar (BOF) atau dalam tungku busa listrik (EAF).

Sementara dalam tungku oksigen sebagian besar logam panas dan logam bekas digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan baja, tungku busa listrik dapat menggunakan logam bekas, besi reduksi langsung, dan logam panas berdasarkan ketersediaan. Kualitas bahan baku yang digunakan untuk pembuatan baja primer perlu dikontrol. Dalam kasus penggunaan logam panas selama pembuatan baja, diinginkan untuk melakukan desulfurisasi, defosforisasi, dan desilikonisasi logam panas sesuai persyaratan proses untuk memastikan tingkat rendah sulfur, fosfor, dan silikon dalam logam panas. Penghilangan unsur-unsur ini dari logam panas membantu kualitas pembentukan escoria selama proses pembuatan baja oksigen dasar. Logam bekas yang digunakan untuk pembuatan baja harus bersih dan harus memiliki densitas tinggi. Juga, jumlah elemen sampah dalam logam bekas harus sangat rendah.

Lembar aliran proses untuk produksi dan pengolahan baja pelindung diberikan dalam Gambar 1 dan Gambar 2. Gambar 1 memberikan proses yang digunakan hingga tahap produksi slab sementara Gambar 2 memberikan proses gulingan, pemrosesan termal, dan pemeriksaan plat.

Pembuatan dan Cetakan Baja Pelindung

Setelah baja cair telah dibuat dalam tungku oksigen dasar atau tungku busa listrik, ia diperlakukan dalam unit pembuatan baja sekunder. Tujuan pembuatan baja sekunder termasuk homogenisasi komposisi kimia dan suhu baja cair dalam ladle, deoksidasi atau killing yang berarti penghapusan oksigen, penyesuaian panas berlebih yang berarti pemanasan atau pendinginan baja cair ke suhu yang sesuai untuk cetakan berkelanjutan, penambahan ferro-ali dan karbon dengan tujuan melakukan penyesuaian pada kimia baja cair, de-gassing vakum baja untuk penghapusan gas hidrogen dan nitrogen, penghapusan kombinasi nonlogam yang tidak diinginkan dengan melayangkannya ke escoria, dan perubahan komposisi sisa impurity untuk meningkatkan mikrostruktur baja. Pembuatan baja sekunder diperlukan untuk mencapai sifat mekanis yang diinginkan dalam baja setelah gulingan.

Selama produksi baja kualitas pelindung, satu atau lebih proses pembuatan baja sekunder yang biasanya digunakan meliputi de-gassing vakum, furnace ladle dan de-gassing ladle, de-gassing busa vakum, dan peleburan escoria listrik. Selama proses pembuatan baja sekunder juga pencuci atau pengadukan baja cair bersama dengan injeksi bahan yang berbeda dilakukan dalam ladle untuk homogenisasi dan pemurnian baja cair. Pembuatan baja sekunder juga diperlukan untuk cetakan yang halus baja cair dalam mesin cetakan berkelanjutan serta untuk produksi kualitas slab yang solid.

Cetakan berkelanjutan baja adalah proses di mana baja cair membeku menjadi produk baja setengah jadi yaitu slab dalam kasus baja pelindung untuk gulingan selanjutnya di pabrik gulingan. Operasi cetakan berkelanjutan mengonversi baja cair dari komposisi yang diberikan menjadi benang slab dengan ukuran yang diberikan melalui sekelompok operasi seperti operasi cetakan, zona pendingin spray, dan zona lurus operasi dll. Tebalan slab yang dicetak harus sedemikian rupa sehingga tingkat reduksi minimum terjadi selama gulingan plat.

Peralatan utama mesin cetakan berkelanjutan meliputi turret ladle bersama sistem berat turret dan manipulasi penutup ladle, tundish dan mobil tundish bersama sistem berat tundish, pemanas tundish dan pengering, cetakan dan osilasi cetakan bersama kontrol tingkat cetakan dan penggerak elektromagnetik, pendinginan sekunder yang terdiri dari pendinginan benang, penahanan benang dan bimbingan, unit penarikan dan pengurus, dummy bar, dummy bar parkir dan dummy bar roll terputus, pinch roll dan unit pemotong obor, sistem identifikasi produk, dan meja rol dan sistem pengeluaran produk yang terdiri dari pendingin kasur, meja rol, dan grid pengeluaran.

Untuk cetakan baja pelindung padano rendah, penekanan ada pada produksi baja bersih. Juga, ada persyaratan yang lebih tinggi untuk mikrostruktur dan homogenisasi komposisi produk cetakan. Komposisi kimia, kondisi pembeku dan sifat aliran baja cair dalam cetakan mempengaruhi kualitas permukaan dan struktur internal produk cetakan. Penerapan teknik penggerak elektromagnetik mempromosikan pembentukan zona kristal equiaxed dalam benang. Ini menyebabkan perbaikan struktur pembeku, pengurangan konten inklusi dan peningkatan kualitas permukaan, bawah permukaan dan struktur internal slab yang dicetak.

Slab untuk baja pelindung juga dapat diproduksi dengan mengikuti rute peleburan escoria listrik, cetakan ke ingot lebar dan kemudian memukul ingot menjadi slab. Karena selama cetakan ingot, segregasi karbon terjadi dalam arah pembeku seiring berlangsungnya pembeku baja cair, ada kebutuhan untuk proses peleburan escoria listrik. Namun, rute ini meningkatkan biaya produksi slab. Rute produksi ini terutama cocok untuk kapasitas rendah. Lebih lanjut, karena slab diproduksi oleh proses pemukulan, mereka memiliki struktur internal yang solid.

Mesin cetakan slab berkelanjutan modern dilengkapi dengan semua jenis kontrol mulai dari turret ladle hingga pengeluaran produk cetakan biasanya menghasilkan slab yang sangat solid dengan hampir tidak ada cacat permukaan dan bawah permukaan. Namun, karena pentingnya baja pelindung, slab setelah mendingin dipertahankan pemeriksaan visual, magnaflux dan ultrasonik untuk mengidentifikasi cacat permukaan, bawah permukaan, dan internal yang mungkin. Cacat internal dalam slab yang dicetak berkelanjutan dapat memiliki efek kuat baik pada performa baja selama pemrosesan termo mekanik dan/atau sifat mekanis produk akhir. Oleh karena itu, penting untuk mengidentifikasi, mengukur dan mengkarakterisasi cacat. Karakterisasi cacat termasuk densitas, distribusi, jenis dan lokasi anomali.

Pemeriksaan membantu dalam segregasi slab cetakan menjadi tiga kategori yaitu slab prima yang dapat dikirim untuk gulingan, slab dengan cacat permukaan kecil yang dapat dihapus baik dengan scarfing atau dengan giling untuk membuatnya layak gulingan, dan slab dengan cacat bawah permukaan dan internal yang tidak dapat diterima ditolak untuk gulingan dan di-lerak untuk peleburan ulang.

Gulingan Slab di Pabrik Plat

Slab setelah pemeriksaan dipanaskan dalam pemanas ulang ke suhu sekitar 1150 derajat C hingga 1200 derajat C yang cocok untuk deformasi plastik baja dan oleh karena itu untuk gulingan baja di pabrik gulingan. Jenis pemanas ulang beam jalan dipilih karena efisien energi dan memastikan pemanasan seragam slab. Pemanas ulang harus memiliki semua fasilitas untuk pemulihan panas buangan. Ia juga harus dilengkapi dengan kontrol pembakaran yang diperlukan untuk kontrol suhu slab serta kontrol lain yang diperlukan untuk operasi yang efisien.

Slab yang dipanaskan kemudian digiling dalam pabrik gulingan plat. Pabrik plat biasanya adalah pabrik gulingan empat tinggi reversibel dengan konfigurasi tunggal atau dengan konfigurasi dua stand. Stand gulingan biasanya memiliki roll tepi terpasang untuk mengontrol lebar plat. Plat umumnya digiling ke tebal yang diresepkan dalam stand gulingan reversibel yaitu melewati plat bolak-balik melalui stand gulingan sambil secara bertahap mengurangi jarak antara roll atas dan bawah secara bertahap, dan biasanya membutuhkan sejumlah pass gulingan. Tindakan melewati plat melalui jarak roll disebut pass, dan jumlah reduksi tebal plat dalam setiap pass disebut reduksi gulingan. Reduksi tebal selama gulingan didistribusikan ke dalam beberapa pass gulingan. Proses yang menentukan jumlah pass dan reduksi gulingan dalam setiap pass dari tebal slab ke tebal produk adalah jadwal pass gulingan. Suhu gulingan akhir mempengaruhi jumlah pass yang diperlukan karena sifat material, di mana material yang lebih dingin menjadi lebih keras.

Dalam kasus produk tebal normal yaitu plat rata, tebal yang sama diperoleh sepanjang panjang dengan mengontrol pabrik sehingga jarak antara roll atas dan bawah tidak berubah selama pass gulingan.

Suhu mulai dan selesai gulingan menentukan stabilitas proses, di mana material yang lebih dingin memerlukan lebih banyak gaya gulingan daripada yang lebih panas. Oleh karena itu, plat tipis yang memiliki laju pendinginan yang lebih tinggi daripada plat tebal dapat membuat proses gulingan tidak stabil, terutama untuk plat tebal rendah di mana penurunan suhu tinggi.

Stand pabrik dan sistem pendingin plat serta semua bagian pabrik downstream harus dirancang sedemikian rupa sehingga plat kekuatan tinggi dapat diproduksi dan diproses untuk mendapatkan produk akhir berkualitas tinggi.

Pengaturan sentrol dan kontrol jarak otomatis adalah bagian utama pabrik gulingan untuk menyesuaikan jarak roll sesuai dengan tebal yang ditetapkan. Setiap ukuran plat memiliki perhitungan jadwal pass sendiri termasuk jarak roll yang sesuai, gaya roll, dan modulus pabrik.

Untuk gulingan plat tipis, pabrik plat harus dilengkapi dengan fasilitas untuk kontrol bentuk otomatis, kontrol kekerataan, dan kontrol ketebalan. Gulingan plat tipis biasanya membutuhkan dua stand dengan stand finishing memberikan pass akhir. Juga dibutuhkan instrumen pengukuran ketebalan online untuk pengukuran ketebalan.

Plat yang digiling diposisikan dalam leveler panas sebelum memasuki bagian pemrosesan termal dan leveler dingin setelah bagian pemrosesan termal. Kekerataan yang baik dari plat baja diinginkan karena selama proses pendinginan, kekerataan mempengaruhi jarak untuk air menabrak plat baja dan mempengaruhi aliran air di plat baja. Fungsi leveler panas yang dipasang sebelum peralatan pendinginan adalah meratakan plat baja sebelum pendinginan. Di sisi lain, leveler dingin yang dipasang setelah bagian pemrosesan termal dimaksudkan untuk meratakan plat untuk memperbaiki bentuk yang rusak karena pendinginan untuk transfer yang mudah ke proses selanjutnya.

Selama gulingan baja pelindung, suhu gulingan akhir diatur pada nilai yang lebih rendah daripada dalam kasus plat dipanaskan giling konvensional. Ini berarti kadang-kadang waktu tunggu untuk penyesuaian suhu diperlukan selama proses gulingan, dan waktu tunggu cenderung menjadi lebih lama dengan produk yang lebih tebal.

Bagian pemrosesan termal sangat penting dalam produksi dan pengolahan baja pelindung karena sifat akhir baja diperoleh selama proses plat di bagian ini. Untuk memenuhi persyaratan selama produksi baja pelindung, tiga pendekatan sedang digunakan.

Dalam pendekatan pertama, pemrosesan termal dilakukan offline dari pabrik plat. Dalam pendekatan ini, plat dipanaskan ke suhu yang diinginkan dalam rentang austenitisasi. Kontrol pemanasan penting untuk menghindari pertumbuhan butir. Setelah plat mencapai struktur austenitik yang homogen, ia dikristalkan dengan air pada laju pendinginan yang ditentukan untuk mendapatkan struktur baja martensit. Baja yang dikristalkan kemudian di-emas pada suhu rendah untuk mencapai sifat yang diinginkan.

Dalam pendekatan kedua, baja yang digiling segera setelah gulingan diberi pendinginan kontrol percepatan. Dalam kasus ini struktur martensit dihindari, dan struktur bainitik butir sangat halus adalah tujuan. Dalam pendekatan ini kekerasan sangat tinggi dalam baja tidak dapat dicapai tetapi baja mendapatkan kekuatan tinggi yang digabungkan dengan ketawalah yang baik.

Dalam pendekatan ketiga, operasi pengkristalan dan pengemisahan dilakukan online segera setelah gulingan. Dalam pendekatan ini pemanasan plat dihilangkan, tetapi dalam pendekatan ini, baik laju gulingan plat di pabrik dan waktu pengkristalan dan pengemisahan harus cocok, atau sebaliknya satu operasi harus menunggu operasi lain selesai. Juga, kontrol yang memadai dengan penggunaan yang luas pirani harus disediakan untuk kontrol parameter pemrosesan termal. Lebih lanjut, bagian pemrosesan termal harus terkait erat dengan operasi gulingan melalui sistem kontrol untuk kontrol efektif sifat plat pelindung.

Roll pengecil selama operasi pengkristalan dan pengemisahan memiliki fungsi untuk memegang plat baja di antaranya, mempromosikan pendinginan/pemanasan seragam dengan menekan deformasi plat selama pendinginan/pemanasan, meningkatkan bentuk plat, dan mengamankan zona pendingin. Dalam kasus pengkristalan plat baja, suhu pendingin akhir dan waktu pendingin bervariasi sangat tergantung pada ukuran dan material yang diinginkan. Oleh karena itu, menjadi perlu untuk menyesuaikan panjang zona pendingin dari peralatan pendingin. Roll pengecil menentukan aliran air pendingin ke downstream dari zona pendingin, mencegah pendinginan tidak seragam karena air yang tinggal di plat di luar zona pendingin, dan dengan itu memisahkan zona pendingin dari zona non-pendingin.

Unit pendingin air perlu dirancang dengan baik karena dipengaruhi oleh kurva didih air. Kapasitas pendinginan air dalam kasus pendinginan plat baja pada suhu tinggi menunjukkan perilaku karakteristik yang diekspresikan oleh yang dikenal sebagai kurva didih. Dalam wilayah suhu tinggi, film uap ada di antara plat baja dan air, menyebabkan keadaan yang disebut pendinginan film dan, meskipun suhu tinggi di wilayah, kapasitas pendinginan sedikit lebih rendah. Saat suhu plat baja turun, kontak air dengan plat baja dimulai dan, seiring suhu plat baja turun lebih lanjut, luas kontak air dengan plat baja meluas dan keadaan pendingin memasuki wilayah pendinginan transisi di mana kapasitas pendinginan meningkat. Saat suhu plat turun lebih lanjut, keadaan pendingin memasuki wilayah pendinginan nukleat di mana gelembung yang dihasilkan memainkan peran utama. Dalam pendinginan plat baja, pendinginan dalam wilayah pendinginan transisi sangat penting. Dalam wilayah ini, seiring meningkatnya kapasitas pendinginan bersama dengan penurunan suhu plat, distribusi suhu tidak merata di dalam plat baja yang dikembangkan dalam pendinginan awal diperbesar dan, suhu pendingin akhir juga bervariasi untuk setiap plat baja.

Setelah plat telah diberikan pemrosesan termal yang diperlukan untuk mencapai sifat kekuatan, kekerasan, dan ketawalah yang diinginkan, plat baja diluruskan lagi dalam pemurus dan kemudian aktivitas finishing seperti pemotongan dan pemotongan, pemotongan contoh, pengujian dan pemeriksaan dan jika diperlukan peluruhan pasir dan pelapisan dan pewarnaan dilakukan seperti yang ditunjukkan dalam lembar aliran. Plat diberi pemeriksaan akhir sebelum dikirim.

Selama pengujian semua tes yang diperlukan sesuai standar harus dilakukan untuk memastikan plat memenuhi nilai yang ditentukan dalam standar dengan respeito ukuran, toleransi ukuran, mikrostruktur, kekuatan, kekerasan, dan ketawalah. Laboratorium pabrik gulingan harus dilengkapi dengan semua fasilitas pengujian dan pemeriksaan yang diperlukan sehingga pengujian dan pemeriksaan yang diperlukan dari plat yang digiling dapat dilakukan.