Sains

Baja Kuat dan Tahan Karat

Jangan Lupa Di Rate Ya!
Tinggal Pilih Bintang Saja!

Mendengar kata baja, langsung terlintas logam yang bersifat kuat, tahan karat dan berwarna mengkilat. Memang tidak salah, begitulah di antara sifat-sifat baja pada umumnya. Kurun dewasa ini, hampir setiap orang sudah mengenal baja, bahkan seringkali menggunakannya dalam kehidupan sehari hari. Sebut saja stainless steel yang merupakan satu di antara contoh jenis baja. Logam ini digunakan sebagai bahan peralatan yang sangat akrab dengan kebutuhan setiap saat, semisal berupa : sendok, garpu, piring, panci, gunting, pisau. pemasak air, teko, dan kran air.

Di samping itu, tentu peralatan teknik juga banyak yang terbuat dari baja. Oleh karena itu alangkah wajar jika baja pun perlu dikenal, meskipun hanya sekilas saja.

Pada dasarnya baja merupakan logam paduan antara besi dan karbon dengan kandungan karbon tidak lebih dari 2%. Sedangkan paduan yang lebih lengkap biasanya mengandung unsur:  Karbon (C), Mangan (Mn), Tembaga (Cu), Silikon (Si), Nikel (Ni), dan Besi (Fe). Logam baja mempunyai kekuatan melebihi besi. Patahan logamnya berwarna mengkilap seperti gumpalan gula.

Baja dapat dibuat dari bahan:

  • Pig iron atau cast iron dengan menghilangkan sejumlah karbon.
  • Wrought iron dengan menambahkan kadar karbon.
  • Wrought iron, Pig iron dan kepingan besi atau baja yang dicairkan bersama, kemudian ditambahkan karbon sesuai kebutuhan.

Sedangkan proses pembuatan baja dapat dilakukan melalui tiga macam dapur pembuat baja, yaitu dapur :  Bessemer, Siment Martin dan Dapur Listrik.

PROSES PEMBUATAN BAJA

  • Proses Bessemer

Pada proses ini besi mentah pada dapur tinggi yang masih mencair, langsung dirubah bentuknya menjadi baja di dalam dapur Bessemer, proses ini berlangsung tanpa bahan bakar. Adapun proses Bessemer ini terdiri dari  dua  macam, yaitu :  acid bessemer process dan basic bessemer process.

 Acid Bessemer Process

Karbon, Silikon, dan Mangan dapat dihilangkan melalui proses semburan udara pada logam cair selama 10-18 menit dengan isi dapur 25-30 ton setiap kali pemanasan. Dalam sehari biasanya mampu memproduksi 1.200 ton. Sedangkan karbon dan belerang tidak dapat dihilangkan.

Bahan masukan yang digunakan terdiri dari Pig iron dengan kandungan 0,07% P, 0,006%S, 1,2-1,5% Si, 1% Mn, dan 3,8 – 4,2% C. Temperatur Pig iron  pada waktu pemasukan 1.250 -1.300 oC.

Basic Bessemer Process

Sebenarnya proses ini sama dengan proses acid bessemer dengan lapisan dapurnya menggunakan tanah liat (dolomit). Bahan masukan untuk proses basic bessemer sama dengan proses acid bessemer tetapi perlu ditambahkan  kapur atau lime stone,  maka selanjutnya akan diperoleh baja. Basic Bessemer Process terdiri dari 3 tahapan, yaitu :

  1. Oksigen udara penghembus bersatu dengan oksida besi membentuk Ferro Oksida.
  2. Pada temperatur sekitar 1.600 oC, karbon memisahkan diri dari Ferro Oksida menjadi karbon mono oksida dengan panjang lidah api ( flame) 5–6 m.
  3. Lidah api turun selama 3 menit, pertanda bahwa karbon telah memisahkan diri.

Tahap transformasi dari Pig iron ke baja adalah sebagai berikut :

  • Besi silikon Mn bercampur dengan zat asam.
  • Karbon tercampur zat asam, temperatur menjadi turun dan nyala menjadi berwarna putih. Temperaturnya lebih rendah dari pada proses acid bessemer .
  • Phospor bertahan dengan oxide dan ferro oxide menjadi kerak (slag)

Sedangkan kelemahan dari proses basic bessemer adalah jika karbon telah habis, akan bereaksi dengan O2, maka O2 akan bereaksi dengan Fe, sehingga akan menghasilkan besi yang penuh oksida dan kualitasnya jelek.

  • Open Hearth Process

Proses ini menggunakan dapur Siement Martin yang dibuat pertama kali oleh Martin dari Perancis pada tahun 1862 dengan perancangnya Williem Siement. Kapasitas dapur ini, sekali isi mencapai 2-700 ton, namun biasanya berkapasitas 250-500 ton sekali isi. Bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar yang berkalor tinggi dan sedikit mengandung belerang, biasanya digunakan bahan bakar gas maupun cair. Bahan pengisi terdiri dari: pig iron yang telah diseleksi komposisinya, baja tuang dan biji besi yang berkadar lebih besar 55% Fe  dan batu  kapur berdiameter  25-100 mm  yang mengandung: 40 s/d 52% CaO.


  • Dapur Listrik

Pemanasan yang terjadi di dalam dapur listrik menggunakan energi listrik. Proses pembuatan bajanya seperti pada Open Hearth Process, baik untuk proses asam maupun basa. Macam-macam dapur listrik antara lain : Dapur busur listrik (arc electric furnace), dapur induksi (induction electric furnace) dan dapur duplex. Adapun Konstruksi dapur listrik seperti pada gambar 3.

  • Produksi Ingot

Baja yang dihasilkan dari dapur conventer, Open Hearth Process, dan dapur listrik dicetak menjadi ingot/balok atau lembaran (billet) yang beratnya mencapai 1-20 ton atau jauh lebih besar lagi. Ingot tersebut kemudian dibentuk menjadi: plate, sheet, rod maupun kawat melalui proses pengerolan atau proses penarikan.

KLASIFIKASI BAJA

Baja dapat diklasifikasi berdasarkan  fungsi atau kegunaannya dan kadar karbonnya. Berdasarkan kegunaanya, baja dibagi menjadi dua macam, yaitu : Baja struktur dan baja peralatan. Baja struktur bersifat : tahan karat, tahan asam, tahan panas, tahan listrik, tahan gesekan serta bermagnetik rendah. Kandungan karbon baja struktur tidak lebih besar dari pada 0,7%.  Jika lebih besar maka disebut baja peralatan. Sedangkan jika berdasarkan kadar karbonnya, maka baja dibagi menjadi : baja karbon dan baja paduan. Baja karbon dibagi menjadi tiga macam, yaitu :

  • Baja karbon rendah : C £ 0,2%
  • Baja karbon medium : C £ 0,25% – 0,6%
  • Baja karbon tinggi : C sekitar 0,6%

Sedangkan baja paduan macamnya dibagi berdasarkan kandungan paduannya, misalnya : Baja silikon untuk paduan lebih dari 0,8% Si.

  • Baja chrom untuk paduan lebih dari 0,4% Cr.
  • Baja Nikel untuk paduan lebih dari 0,5% Ni.
  • Baja Ni-Cr mengandung Ni sampai dengan 20%.

PENGGUNAAN BAJA
Berbagai macam penggunaan baja adalah sebagai berikut.

  • Baja karbon rendah
    Baja jenis ini cocok digunakan sebagai bahan paku keling dan peralatan yang tidak memerlukan kekuatan besar. Baja ini mampu dirol dalam keadaan dingin dan hasilnya   halus dengan ukuran yang bagus.
  • Baja karbon
    Baja ini sukar dibengkokkan, dilas maupun dipotong, mempunyai kekuatan lebih tinggi dari pada baja karbon rendah. Biasanya digunakan sebagai bahan baut, poros dan gandar.
  • Baja karbon tinggi
    Baja ini dikenal juga sebagai baja peralatan dan mempunyai sifat sukar dibengkokkan, dilas maupun dipotong, sehingga diperlukan proses pelunakan terlebih dahulu sebelum dipotong. Proses pelunakan ini melalui proses perlakuan panas. Logam ini banyak digunakan untuk drills, taps, dies, reamers, hammers dan lain-lain.
  • Baja paduan tahan karat (Stainless steel)
    Baja jenis ini dibagi menjadi tiga macam, yaitu baja tahan karat martensit, baja tahan karat ferit dan baja tahan karat austenit.
  • Baja tahan karat martensit
    Baja ini mempunyai komposisi kimia sebagai berikut: 12 – 13% Cr, 0,1 – 0,3% C. Kadar Cr tersebut merupakan batas terendah untuk ketahanan asam, oleh karena itu baja ini sukar berkarat di udara. Mempunyai ketahanan panas yang baik sekali sampai 500oC, mempunyai sifat mekanik yang baik serta dapat digunakan sebagai bahan  pembuatan alat potong, mesin-mesin perkakas, dan lain-lain.
  • Baja tahan karat ferit
    Baja ini mempunyai komposisi kimia 16 – 18% Cr, dapat digunakan sebagai bahan pembuatan komponen yang berasal dari pelat tipis, bagian dalam konstruksi dan untuk peralatan dapur, dan lain-lain.
  • Baja tahan karat austenit
    Baja ini juga diberi nama baja tahan karat delapan belas delapan. Komposisi kimia baja ini adalah sebagai berikut: 18% Cr, 8% Ni, tahan korosi, mampu las, dan mampu bentuk lebih baik. Oleh karena itu baja ini lebih banyak digunakan  untuk :  indutri  kimia,  turbin,  mesin jet, mesin mobil sampai pada bangunan kapal.
  • Baja tahan panas
    Baja jenis ini banyak dipakai untuk keperluan pembuatan : ketel uap, turbin gas, berbagai reaktor industri kimia, peralatan bertemperatur tinggi, bertekanan tinggi dan untuk lingkungan korosif. Baja tahan panas digolongkan menjadi dua macam golongan yaitu baja tahan panas ferit dan austenit.
  • Baja tahan panas ferit
    Yang termasuk baja jenis ini adalah : Baja Mo, baja Cr-Mo ; untuk ketel uap. Baja Cr-Mo-V, baja Cr-Mo-W : keduanya dapat digunakan untuk struktur turbin uap. Baja 12 Cr : dipakai untuk sudu turbin uap. Baja Si-Cr : digunakan sebagai katup motor.
  • Baja tahan panas austenit. Baja ini dibagi menjadi dua macam yaitu baja tahan karat austenit 18-8 yang diperkuat dengan Ti, Nb, dan Mo, dan baja cor tahan panas yang mempunyai kekuatan tinggi dan sulit dikenai pekerjaan panas, sehinga perlu dicor. Contoh baja cor tahan panas adalah baja Ni-Cr yang mengandung 20% Ni. Baja ini bersifat tahan oksidasi pada temperatur tinggi dan berkekuatan baik.

CONTOH BAJA STANDAR

Baja mempunyai Standar kualitas produksi, semisal standar American Iron and Steel Institute (AISI) dikeluarkan oleh negara Amerika Serikat, ada juga Standar Internasional American Society for Testing and Materials (ASTM). Keduanya sering dijadikan rujukan sebagai standar kualitas baja. Namun demikian ada juga Standar Nasional Indonesia (SNI) dijadikan rujukan kualitas baja di Indonesia.

  • Baja Paduan AISI 4320
    Baja paduan jenis ini bersifat sebagai berikut: Komposisi kimia : 0,23% C, 0,7% Mn, 0,35% Si, 2% Ni, 0,65 % Cr dan 0,3 % Mo. Kekuatan tarik minimal : 0,8618 x 109 N/m2 dengan Modulus elastisitas : 1.999×1011 N/m2 dan   berat   jenisnya  =   8318,75 kg/m3.  Baja paduan ini mudah dibentuk dan mampu dilas.
  • Baja Paduan AISI H11
    Baja jenis ini bersifat sebagai berikut: Komposisi kimia: 0,35%C, 5% Cr, 0,4%V, dan 1,5% Mo. Kekuatan tarik baja ini mencapai 1,793 x 109 N/m2 dengan Modulus elastisitas sebesar: 1.999 x 1011 N/m2,  berat  jenis =  8318,75  kg/m3. Baja paduan ini mudah dibentuk dan dilas.
  • Baja ASTM A312 TP 304L
    Baja ini mempunyai komposisi kimia yang terdiri dari unsur-unsur : 0,035% C, 2% Mn, 0,04% P, 0,03% S, 0,75% Si, 8-13% Ni, dan 18–20% Cr,  serta berkekuatan tarik sebesar 70 MPA.
  • Baja SNI untuk Struktur
    Baja struktur dibagi dalam beberapa jenis menurut SNI, seperti pada tabel 1.

PENUTUP
Begitulah beberapa uraian mengenai baja. Berbagai jenis benda, mulai peralatan dapur sampai dengan peralatan teknik presisi tinggi, bisa dibuat dari baja. Logam ini bersifat kuat, ulet dan tahan karat.

Semoga semangat kita pun semakin membaja.


*Tulisan ini sebagian besar materinya diambil dari buku Material Teknik sebagai Bahan Disain Struktur, Atik Bintoro, 2009, Massma Sikumbang, Jakarta, dan dilengkapi dengan materi dari berbagai sumber. (AB).

Leave a Comment