UNSUR METALURGI DALAM BAJA

Sifat-sifat mekanis baja ditentukan oleh kombinasi factor-faktor berikut ini:

1. Komposisi kimia
2. Perilaku panasa (heat treatment)
3. Proses pembuatan (manufacturi process)

Walaupun baja sebagian besar terdiri dari besi (Fe), penambahan unsure-unsur lain dalam jumlah yang relative keccil sangat menentukan jenis dan sifat mekanis akhir baja tersebut.

Komposisi dari unsure unsur ini juga memberikan reaksi yang berbeda – beda pada saat baja mengalami proses perlakuan panas (heat treatment) atau pada saat prosess pendinginan dari suhu tinggi.

Ada dua masalah utama dalam pemakain material baja yaitu : sifat korosif dan sifat tahan terhadap panas. Untuk mengantisipasi kelemahan baja terhadap kedua masalah diatas dapat diperbaiki dengan menggunakan baja dengan komposisi kimia dan heat treatment yang sesuai dengan kebtuhan.

Selain itu, sesuai dengan perkembangan tuntutan sifat sifat tertentu material baja, perlu diimbangin dengan teknologi pembuatannya. Tambahan dan kombinasi unsure-unsur lain menjadi satu alternatife jalan keluar disamping penggunaan jenis heat treatment yang sesuai. Komposisi kimia baja dan heat treatment pada dasarnya saling mempengaruhi hingga dapat dikatakan keduanya saling berinteraksi.

Baja Karbon adalah paduan dari system Fe dan C, biasanya tercampur juga unsure unsur bawaan lainnya seperti silicon 0.2.% s/d 0.7% Mn 0.50% s.d 1.00% P<0.60% dan S<0.06%.

Tambahan unsure-unsur lain pada baja karbon akan membentuk baja khusus, bila tambahan unsur berkisar 2% dinamakan baja paduan rendah, sedangkan bila tambahan unsure 5% dinamakan baja paduan tinggi.

Baja cor khusu baru bisa digunakan setelah melalui heat treatment untuk memperbaiki sifat sifatnya.

KOMPOSISI KIMIA BAJA

1. Umum

Baja pada dasarnya ialah besi (Fe) dengan tambahan unsure Karbon ( C ) sampai dengan 1.67% (maksimal). Bia kadar unsure karbon lebih besar dari 1.67%, maka material tersebut biasanya disebut sebagai besi cor (Cast Iron).

Makin tinggi kadar karbon dalam baja, maka akan mengakibatkan hal-hal sbb:

1. kuat leleh dan kuat tarik baja akan naik
2. keliatan / elongasi baja berkurang
3. semakin sukar dilas.

Oleh karena itu adalah penting agar kita dapat menekan kangdungan karbon pada kadar seredah mungkin untuk dapat mengantisipasi berkurangnya keliatan dan sifat sulit dilas, tetapi sifat kuat leleh dan kuat tariknya tetap tinggi.

Penambahan unsur-unsur ini dikombinasikan dengan proses heat treatment akan menghasilkan kuat tekan yang lebih tinggi, tetapi keuletan dan keliatan dan kemampuan khusu lainnya tetap baik. Unsur-unsur tersebut antara lain: Mangan (Mn), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Nikel (Ni) dan tembaga (Cu). Tetapi proporsional pertambahan kekuatnnya tidak sebesar karbon. Pertambahan kekuatannya semata-mata karena unsur tersebut memperbaiki struktur mikro baja.

Unsur memahami pengaruh komposisi kimia dan heat treatment terhadap sifat akhir baja, maka kita perlu mengenal faktor-faktor sbb :

1. Struktur Mikro
2. Ukuran Butiran
3. Kandungan Nonlogam
4. Endapan dipermukaan antar butiran
5. Keberadaan gas –gas yang terserap atau terlarut.

2. Struktur Mikro

Unsur Fe dan C menyusun diri dalam suatu struktur berulang dalam pola tiga dimensi yang dinamakan dengan kristal. Kristal Kristal yang berorientasi (Arah pengulangan / susunan) sma disebut sebagai butir. Susunan kumpulan butir satu denganyang lain pada suatu fasa tertentu dinamakan struktur mikro, contoh struktur mikro antara lain : ferit, perlit dan sementit.

C. Ukuran Butiran

Penghalusan butir baja akan menghasilkan :

1. peningkatan kuat leleh (yield strength)
2. perbaikan sifat keuletan (toghness) dan keliatan (ductifity).

Penghalusanbutiran dapat dilakukan dengan panambahan unsur niobium, vanadium dan aluminium dengan jumlah maksimal 0.05% atau dengan heat treatment.

D.    Kandungan unsur unsur non logam

Unsur-unsur non logam yang umumnya dibatasi jumlahnya dalam produk baja adalah SULFUR (S) dan Fosfor (P).

Tinggi kadar kedua unsur tersebut bisa menurunkan keliatan (ductlity) baja dan meningkatkan kemungkinan retak ada sambungan las. Pada baja khusu mampu las, kandungan kedua unsur diatas dibatasi kurang dari 0.05%.

E.     Endapan di permukaan antar butiran.

Unsur-unsur lain yang juga dapat menurunkan keuletan baja antara lain : timah (Sn),  Antimon (Sb) dan Arsen (As) hingga menjadi getas.

Sifat getas ini ditimbulkan oleh pengendapan atau berkumpulnya unsur diatas dibidang batas antar butir baja suhu 500 600 derajat.

F.      Kandungan unsur unsur non logam

Baja yang mengandung gas gas terlarut dalam kadar yang tinggi terutama: Oksigen (O) dan Nitrogen (N) dapat menimbulkan sifat getas. Untuk mengurangi kadar gas tersebut biasa digunakan unsur-unsur yang dapat mengikat kedua unsur gas ditas menjadi senyawa yang cukup ringan sehingga senyawa tersebut akan mengapung ke permukaan baja yang masih panas dan cair.

Unsur – unsur pengikat gas N dan O biasanya digunakan unsur Silikon (Si) dan atau Aluminium (Al) yang fungsinya disebut sebagai Deoxidant.

G.    Sifat tahan panas dan tahan korosi

Sifat sifat khusus baja dapat dicapai dengan penambahan unsur unsur utama sebagai berikut : Chrom (Cr), Nikel (Ni) dan Molybdenum (Mo).

Baja tahan karat umumnya mengandung unsur Chrom lebih dari 1.2% dimana pada kondisi seperti itu baja akan bersifat pasif terhadap proses oksidasi. Baja tahan karat dapat dibedakan sesuai struktur mikro nya yaitu : Baja tahan Panas Martensit, baja tahan Pnasa Ferit dan Baja Tahan Panas Austenit..

Baja Tahan Karat Martensit mengandung Chrom 13% kuat leleh dan tariknya diperoleh dari proses pendinginan pada kondisi udara luar, sesuai untuk lingkungan korosif ringan, serta biasanya digunakan untuk saluran dan rumah rumah turbin.

Baja Tahan Ferit mengandung chrom-nikel 18%, dimana sifat tahan karatnya didapat melalui pemanasan pada suhu 1000 – 1100 derajat lalu didinginkan dengan direndam kedalam air, sesuai untuk lingkungan yang mengandung garam, serta biasanya digunakan untuk baling baling kapal.

Baja Tahan Panas biasanya dinamakan untuk baja yang tahan pada suhu 650 derajat, dimana sifat itu didapat pada kondisi kadar chrom dan nikel yang cukup tinggi. Berbeda dengan baja tahan karat adalah umumhya kandungan karbonnya lebih tinggi.  Umumnya digunakan pada ketel uap, tungku dan lain lain.

Disadur dari majalah tower edisi 2.