Mengenal Baja

Mengenal Baja

(introduction of Iron)

Oleh :

Ahmad Hasnan S

Baja dan Besi sampai saat ini menduduki peringkat pertama logam yang paling banyak penggunaanya, besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbon lah yang membedakan besi dan baja, penggunaan besi dan baja dewasa ini sangat luas mulai dari perlatan yang sepele seperti jarum, peniti sampai dengan alat – alat dan mesin berat. Artikel ini akan mengupas sedikit mengenai sejarah dan proses pembuatan baja.

Lisensi Tutorial: Copyright © 2006  Oke.or.id Seluruh tulisan  di oke.or.id dapat digunakan, dimodifikasi dan disebarkan secara bebas untuk tujuan bukan komersial (nonprofit), dengan syarat tidak menghapus atau merubah atribut penulis dan pernyataan copyright yang disertakan dalam setiap dokumen. Diperbolehkan untuk mengedit , mengubah dan menerbitkan ulang dengan syarat tetap menyertakan atribut penulis dan oke.or.id. Untuk Tujuan komersial harap menghubungi penulis atau oke.or.id

Sejarah baja

·         Besi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM

·         Tahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebbut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas.

·         Tahun 1000 SM, bangsa yunani, mesir, jews, roma, carhaginians dan asiria juga mempelajari peleburan dan menggunakan besi dalam kehidupannya.

·         Tahun 800 SM, India berhasil membuat besi setelah di invansi oleh bangsa arya.

·         Tahun 700 – 600 SM, Cina belajar membuat besi.

·         Tahun 400 – 500 SM, baja sudah ditemukan penggunaannya di eropa.

·         Tahun 250 SM bangsa India menemukan cara membuat baja

·         Tahun 1000 M, baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama kali pada 1000 M pada kekaisaran fatim yang disebut dengan baja damascus.

·         1300 M, rahasia pembuatan baja damaskus hilang.

·         1700 M, baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di eropa.

    bijih besi antara lain :

• Hematite - Fe₂O₃ - 70 % iron
• Magnetite - Fe₃O₄ - 72 % iron
• Limonite - Fe₂O₃ + H₂O - 50 % to 66 % iron
• Siderite - FeCO₃ - 48 % iron

Pemurnian Besi

·               Prinsip dasar : Menghilangkan kandungan oksigen dalam bijih besi.

·               Cara tradisional : blomery, pada proses ini bijih besi dibakar dengan charcoal, dimana banyak mengandung carbon sehingga terjadi pengikatan oksigen, pembakaran tersebut menghasilkan karbondiokasida dan karbon monoksida yang terlepas ke udara, sehingga besi murni didapat dan dikeluarkan dari dapur,kekurangnya tidak semua besi dapat melebur sehingga terbentuk spoge, spoge berisi besi dan silica.

·               Proses lebih modern adalah dengan blas furnace, blast furnace diisi oleh bijih besi, charcoal atau coke (coke adalah charcoal yang terbuat dari coal) dan limestone (CaCO3). Angin secara kencang dan kontinu ditiupkan dari bawah dapur. Hasil peluburan besi akan berada di bawah, cairan besi yang keluar ditampung dan disebut dengan pig iron.

Proses pembuatan baja

Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain :

1. proses konvertor

terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.

Sistem kerja

• Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 ⁰C,
• Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)
• Kembali ditegakkan.
• Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.
• Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.

·         proses Bassemer (asam)

lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO₂), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO_2,   SiO₂ + CaO                CaSiO₃

·         proses Thomas (basa)

Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit [ kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O₅), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),

3 CaO + P₂O₅                        Ca₃(PO₄)₂ (terak cair)

2. proses Siemens Martin

menggunakan sistem regenerator (± 3000 ⁰C.) fungsi dari regenerator adalah :

1. memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur
2. sebagai Fundamen/ landasan dapur
3. menghemat pemakaian tempat

Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,

• Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO₂),
• besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO₃ + 60 % CaCO₃)

3. proses Basic Oxygen Furnace

• logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)
• Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi. (55 m³ (99,5 %O₂) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m².
• ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

Keuntungan dari BOF adalah:

·         BOF menggunakan O₂ murni tanpa Nitrogen

·         Proses hanya lebih-kurang 50 menit.

·         Tidak perlu tuyer di bagian bawah

·         Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon

·         Biaya operasi murah

4. proses dapur listrik

temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik.

Keuntungan :

·         Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat

·         Temperatur dapat diatur

·         Efisiensi termis dapur tinggi

·         Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik

·         Kerugian akibat penguapan sangat kecil

5. proses dapur kopel

mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.

Proses

• pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.
• Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.
• kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku.
• besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.
• 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.

Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai menjadi:

 akan bereaksi dengan karbon:

           

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain.

6. proses dapur Cawan

·         Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,

·         kemudian dapur ditutup rapat.

·         Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan mencair.

·         Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan

Klasifikasi baja

1.    Menurut komposisi kimianya:

a.    Baja karbon (carbon steel), dibagi menjadi tiga yaitu;

·         Baja karbon rendah (low carbon steel) è machine, machinery dan mild steel

-  0,05 % - 0,30% C.

Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya:

-    0,05 % - 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails.

-    0,20 % - 0,30 % C : gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.

·         Baja karbon menengah (medium carbon steel)

-    Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah.

-    Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan:

-    0,30 % - 0,40 % C : connecting rods, crank pins, axles.

-    0,40 % - 0,50 % C : car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers.

-    0,50 % - 0,60 % C : hammers dan sledges.

·         Baja karbon tinggi (high carbon steel)  è tool steel

-    Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % - 1,50 % C

   Penggunaan

-     screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.

b.    Baja paduan (alloy steel)

Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

1.    Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)

2.    Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah

3.    Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)

Untuk membuat sifat-sifat spesial

Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:

1.    Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %

2.    Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %

3.    High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %

      Selain itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special alloy steel) dan high speed steel.

·         Baja Paduan Khusus (special alloy steel)

            Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam seperti nikel, chromium, manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut ke dalam baja maka baja paduan tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan kimianya seperti menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingkan terhadap baja karbon (carbon steel).

·         High Speed Steel (HSS)  è Self Hardening Steel

            Kandungan karbon : 0,70 % - 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengan  carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali daripada carbon steel.

Baja Paduan dengan Sifat Khusus

1.    Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Sifatnya antara lain:

·         Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan

·         Tahan temperature rendah maupun tinggi

·         Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil

·         Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus

·         Tahan terhadap oksidasi

·         Kuat dan dapat ditempa

·         Mudah dibersihkan

·         Mengkilat dan tampak menarik

2.    High Strength Low Alloy Steel (HSLS)

Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.

3.    Baja Perkakas (Tool Steel)

Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet.

Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain:

1. Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI), Shock resisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.
2. Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yang berbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak sedangkan tipe A dan D didinginkan di udara.
3. Hot Work Steel (tipe H), mula-mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan didinginkan perlahan-lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga sifatnya keras.
4. High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten dan molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan tahan panas tetapi tidak tahan kejut.
5. Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.

Klasifikasi lain antara lain :

a.    Menurut penggunaannya:

·         Baja konstruksi (structural steel), mengandung karbon kurang dari 0,7 % C.

·         Baja perkakas (tool steel), mengandung karbon lebih dari 0,7 % C.

b.    Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus:

·         Baja tahan garam (acid-resisting steel)

·         Baja tahan panas (heat resistant steel)

·         Baja tanpa sisik (non scaling steel)

·         Electric steel

·         Magnetic steel

·         Non magnetic steel

·         Baja tahan pakai (wear resisting steel)

·         Baja tahan karat/korosi

           

      Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:

1.    Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)

2.    Baja karbon perkakas (carbon tool steel)

3.    Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)

4.    Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)

5.    Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)

Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas:

1.    Baja kualitas biasa

2.    Baja kualitas baik

3.    Baja kualitas tinggi

Standard AISI dan SAE