BAB IPENDAHULUAN

Baja adalah paduan logam yang tersusun dari besi sebagai unsur utama dan karbon sebagai unsur penguat. Unsur karbon inilah yang banyak berperan dalam peningkatan performan. Perlakuan panas dapat mengubah sifat baja dari lunak seperti kawat menjadi keras seperti pisau. Penyebabnya adalah perlakuan panas mengubah struktur mikro besi yang berubah-ubah dari susunan kristal berbentuk kubik berpusat ruang menjadi kubik berpusat sisi atau heksagonal. Dimana unsur karbon (C) menjadi dasar campurannya. Di samping itu, mengandung unsure campuran lainnya seperti sulfur (S), fosfor (P), silicon (Si),dan Mangan (Mn) yang jumlahnya dibatasi.Kandungan karbon di dalam baja kurang dari 2% atau sekitar 0,1 – 1,7%,sedangkan unsure lainnya dibatasi presentasenya. Unsur paduan yang bercampur di dalam lapisan baja, untuk membuat baja bereaksi terhadap pengerjaan panas atau menghasilkan sifat-sifat yang khusus. Pada zaman sekarang banyak bangunan – bangunan yang menggunakan baja sebagai struktur rangka. Seperti penggunaan baja sebagai struktur atap, rangka kolom, pembuatan jembatan dsb. Baja baik di gunakan dalam struktur tarik, seperti jembatan. Baja akan meleleh bila terkena panas yang berasal dari dalam baja itu sendiri. Pada bangunan yang menggunakan struktur rangka baja penuh, maka apabila terjadi kebakaran di satu titik saja, maka akan mempengaruhi struktur di titik lain. Hal ini di akibatkan karena panas yg terjadi di satu titik tersebut merambat ( induksi ) menuju ke titik yang lain dan mengakibatkan baja meleleh dan struktur dari bangunan tersebut akan roboh.

kekuatan baja yang dapat menyangga beban berat digunakan untuk kerangka bangunan pencakar langit sampai ketinggian 450 meter, seperti Petronas Twin Towers di Malaysia. Baja juga tahan terhadap perpatahan sehingga dapat melindunRatusan ton baja juga digunakan untuk pembangunan jembatan antarpulau sampai berjarak lebih dari satu kilometer, seperti jembatan Kanmonbashi di Jepang.dari gangguan gempa Memang tidak semua gedung akan dibangun seluruhnya dengan konstruksi baja. Sebab seperti sebagian dari bangunan Menara Kembar Petronas yang bagian dalam gedung itu merupakan konstruksi beton baru kemudian untuk atapnya digunakan konstruksi baja yang dikombinasikan dengan kaca Banyak produk dibuat di Australia untuk digunakan membangun rumah-rumah. Ini meliputi atap baja berwarna, jendela alumunium, seng baja tak berkarat, dan batu bata.

- 1 -

Menara Petronas Konstruksi Baja Pada Jembatan

- 2 -

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 konvertorterdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.Sistem kerja Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C,

- 3 -

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 SiO2, 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 :

a. memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapurb. sebagai Fundamen/ landasan dapurc. 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

- 4 -

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) 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.

- 5 -

- 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) 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

- 6 -

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) 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.

- 7 -

Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas

yang diberikan antara lain:

a. 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.

b. 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.

c. 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.

d. 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.

e. 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

- 8 -

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

Struktur mikro bajaBaja merupakan bahan bangunan yang memiliki sifat dari yang paling lunak dan mudah sampai yang paling keras dan tajam pun untuk pisau pemotong dapat dibuat, atau apa saja dengan bentuk apa pun dapat dibuat dengan pengecoran. Baja diharapkan mempunyai kekuatan static dan dinamik, ulet, mudah diolah, tahan korosi dan mempunyai sifat electromagnet agar dapat dipakai sebagai bahan untuk konstruksi dan mesin-mesin. Dilihat dari transformasi ada tiga jenis baja, yaitu : Baja dengan titik transformasi A, berupa ferit di bawah A1, dan Austenit padaA3 atau di atas A1. Baja dengan titik transformasi A1 di bawah temperatur kamar, berupa Austenitpada temperature kamar. Baja dengan daerah Austenit yang kecil, berupa ferit sampai temperaturtinggi pada daerah komposisi tertentu. ]Baja yang tergolong pada jenis pertama berupa ferit pada temperatur kamar(dalam keseimbangan), dapat di proses menjadi berbagai struktur dengan jalanperlakuan panas. Struktur tersebut dijelaskan pada table di bawah. Fasa-fasatersebut memiliki sifat-sifat khas. Ferit mempunyai sel satuan kubus pusat badanatau body centered cubic (bcc), menunjukkan titik mulur yang jelas dan menjadigetas pada temperatur rendah. Austenit mempunyai sel satuan kubus pusatmuka atau face centered cubic (fcc) menunjukkan titik mulur yang jelas tanpakegetasan pada keadaan dingin. Fasa yang ada pada baja. Fasa dan simbol Struktur Pergelasan

- 9 -

Sesuai dengan keaneka ragaman strukturnya, maka dapat diperoleh berbagai sifat baja termasuk kekuatan dan keuletan. Factor-faktor yang menentukan sifat-sifat mekanik adalah macam fasa, kadar unsure paduan dalam fasa, banyak fasa, ukuran dan bentuk senyawa. Untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik yang diinginkan perlu mendapat struktur yang cocok dengan komposisi kimia dan perlakuan panas yang tepat.

Baja karbon rendah bentuk pelat Baja karbon rendah merupakan produk utama dalam produksi baja, dan pelat tipis dibuat melalui berbagai cara sebagai bahan peralatan dapur. Sedangkan pelat tebal dipakai untuk jembatan dan konstruksi.

Baja pelat yang dirol panas dan baja berkekuatan tinggiLembaran baja setelah dirol panas mempunyai sifat-sifat yang mudah dibentuk dan mudah dilas. Dilihat dari cara pembuatan baja, pengerolan pelat adalah proses yang

- 10 -

FASA DAN SIMBOL STRUKTUR PERGELASANAustenit (ɤ)

Ferit (α)

Bainit (α)

Martensit (α1)

fcc

bcc

bcc

bct

Paramagnetic dan stabil pada temperatur tinggi.

Stabil pada temperatur rendah, kelarutan padatterbatas, dapat berada bersama Fe3C, unsurepaduan lainnya tetap larut.

Austenit metastabil didinginkan dengan lajupendingin cepat tertentu. Terjadi hanyapresipitasi Fe3C, unsure paduan lainnya tetaplarut.

Fasa metastabil terbentuk dengan lajupendinginan cepat, semua unsur paduan masihlarut dalam keadaan padat.

sangat efisien dan sangat ekonomi, oleh karena itu ada satu kecenderungan bahwa lambat laun struktur, konstruksi baja dibuat dari pelat yang dirol dengan mempergunakan teknik pengelasan. Ada berbagai macam bahan seperti baja untuk cetakan, pipa-pipa dan sebagainya, dapat juga dibuat dengan jalan yang sama.

Penggunaan baja untuk kekuatan dan keuletanSebagai petunjuk pertama dalam pemilihan baja yang akan dipakai sebagai bahan konstruksi ialah kekuatan dan keuletan yang memadai. Satu dari sekian sifat-sifat baja yang paling penting ialah kekuatan, tetapi karena pada umumnya apabila kekuatan ditingkatkan, keuletannya menurun, maka kekuatan yang berlebihan menyebabkan kerusakan karena benturan, dan sebagainya. Pada umumnya baja yang telah dikeraskan dan ditemper untuk keperluan tersebut.

Baja yang mempunyai kekerasan tinggi sebagai sifat utamanya Baja pegas sebenarnya tidak mempunyai kekerasan yang tinggi sebagaisifat utamanya yang berupa modulus elastic dan batas elastik. Baja bantalan sebagai bahan untuk bantalan peluru dan bantalan rol disetiap negara, tanpa mengubah komposisi kimianya, karena baja tersebutmempunyai mampu keras yang baik, mampu mesin yang baik dan umuryang lama. Baja perkakas dingin mempunyai kadar karbon yang tinggi. Baja perkakas panas adalah bahan yang dipakai untuk prosespengerjaan panas seperti pada pengecoran cetak, ekstruksi, untuk bilahpenggunting dan untuk cetakan penempaan panas yang dipakai padatemperatur tinggi dan lain sebagainya.

Baja kecepatan tinggi mempunyai kekerasan panas dan ketahanan ausyang sangat baik di samping mempunyai sifat-sifat mekanik yang cukupbaik.

Beberapa beban yang biasanya dihadapi oleh struktur baja sebagai

berikut :

Beban Mati

Beban mati adalah beban kerja akibat gravitasi yang tetap posisinya disebut demikian

karena bekerja terus-menerus dengan arah ke bumi tempat struktur didirikan. Beban mati

umumnya diketahui secara tepat setelah perencanaan selesai.

Beban Hidup

Beban gravitasi pada struktur, yang besar dan lokasinya bervariasi, disebut beban hidup.

Beberap beban hidup secara peraktis permanen, sedangkan yang lain hanya bekerja

sekejap. Karena berat, lokasi, dan kepadatan beban hidup sifatnya tidak diketahui, maka

besar yang sesungguhnya dan posisi dari beban ini sangat sukar ditentukan.

- 11 -

Beban Salju

Sebagian atau seluruhbeban hidup untuk perencanaan atap bisa berupa beban salju.

Karena salju mempunyai berat jenis yang fariabel, walaupun jika tebal salju untuk

perencanaan atap diketahui beban persatuan luas atap hanyalah taksiran belaka.

Beban Hidup Jalan Raya

Pembebenan kendaraan jalan raya di amerika telah distandarisasi oleh American

Association Of State High Way And Transportation Officials (AASHTO) menjadi beban

truk dan beban jalur standar.yang mendekati beban suatu rangkaian truk.

Kejut

Istilah kejut atau impact seperti yang digunakan dalam perencanaan struktur menyatakan

pengaruh dinamis dari beban yang diberikan secara tiba-tiba. Dalam pembangunan suatu

struktur bahan-bahan ditambahkan secara perlahan-lahan, orang yang memasuki suatu

gedung juga dianggap beban bertahap

Beban Angin

Struktur memikul beban angin tetapi umumnya hanya pada bangunan. Dengan tinggi

lebih dari 3 atau 4 tingkat dari jembatan yang panjang, peninjauan angin secara khusus

diperlukan

Beban Gempa

Gempa bumi menimbulkan pergerakan dalam arah mendatar atau vertical dengan besar

gerak vertical, yang umumnya jauh lebih kecil. Karena gerak mendatar mengakibatkan

pengaruh paling besar pengaruh gerak ini biasanya dipandang sebagai beban gempa.

KEUNTUNGAN MENGGUNAKAN KONSTRUKSI BAJAkecepatan dalam mendirikan bangunan atau jembatan apabila disbanding dengan

beton Berbeda dengan proyek yang dikerjakan dengan konstruksi beton yang dalam setiap langkah setelah pengecoran struktur bangunan bersangkutan harus menunggu sedikitnya 28 hari untuk menunggu tingkat kekuatan tekan dan kekuatan tarik dari konstruksi beton bersangkutan. Dengan konstruksi baja justru bisa lebih dulu dibuat atau dirakit di bawah atau bahkan di luar lokasi proyek

KEKURANGAN MENGGUNAKAN BAJA

- 12 -

konstruksi baja ini juga memiliki kekurangan yang fatal yakni tidak tahan terhadap suhupanas. Itu sebabnya ancaman bahaya kebakaran merupakan hal utama yang terus dijagaApi memang menjadi musuh utama dari konstruksi baja.CONTOHNYA SAJA : runtuhnya gedung monumental World Trade Centre (WTC) di New York, Amerika Serikat, yang merupakan bangunan dengan 110 lantai serta memiliki ketinggian sampai 417 meter yang fenomenal itu.

- 13 -

BAB IIISI

Baja stainless

Baja stainless merupakan baja paduan yang mengandung minimal 10,5% Cr. Sedikit baja stainless mengandung lebih dari 30% Cr atau kurang dari 50% Fe. Karakteristik khusus baja stainless adalah pembentukan lapisan film kromium oksida (Cr2O3). Lapisan ini berkarakter kuat,tidak mudah pecah dan tidak terlihat secara kasat mata. Lapisan kromium oksida dapat membentuk kembali jika lapisan rusak dengan kehadiran oksigen. Pemilihan baja stainless didasarkan dengan sifat-sifat materialnya antara lain ketahanan korosi, fabrikasi, mekanik, dan biaya produk. Penambahan unsur-unsur tertentu kedalam baja stainless dilakukan dengan tujuan sebagai berikut :

< Penambahan Molibdenum (Mo) bertujuan untuk memperbaiki ketahanan korosi pitting dan korosi celah

< Unsur karbon rendah dan penambahan unsur penstabil karbida (titanium atau niobium) bertujuan menekan korosi batas butir pada material yang mengalami proses sensitasi.

< Penambahan kromium (Cr) bertujuan meningkatkan ketahanan korosi dengan membentuk lapisan oksida (Cr2O3) dan ketahanan terhadap oksidasi temperatur tinggi.

< Penambahan nikel (Ni) bertujuan untuk meningkatkan ketahanan korosi dalam media pengkorosi netral atau lemah. Nikel juga meningkatkan keuletan dan mampu bentuk logam. Penambahan nikel meningkatkan ketahanan korosi tegangan.

< Penambahan unsur molybdenum (Mo) untuk meningkatkan ketahanan korosi pitting di lingkungan klorida.

< Unsur aluminium (Al) meningkatkan pembentukan lapisan oksida pada temperature tinggi.

Umumnya berdasarkan paduan unsur kimia dan presentasibaja stainless dibagi menjadi lima katagori. Lima katagori tersebut yaitu :

Baja stainless martensitik.

Baja ini merupakan paduan kromium dan karbon yang memiliki struktur martensit body-centered cubic (bcc) terdistorsi saat kondisi bahan dikeraskan. Baja ini merupakan ferromagnetic, bersifat dapat dikeraskan dan umumnya tahan korosi di lingkungan

- 14 -

kurang korosif. Kandungan kromium umumnya berkisar antara 10,5 – 18%, dan karbon melebihi 1,2%. Kandungan kromium dan karbon dijaga agar mendaptkan struktur martensit saat proses pengerasan. Karbida berlebih meningkatkan ketahanan aus. Unsur niobium, silicon,tungsten dan vanadium ditambah untuk memperbaiki proses temper setelah proses pengerasan. Sedikit kandungan nikel meningkatkan ketahan korosi dan ketangguhan.

Baja stainless Ferritik

Baja jenis ini mempunyai struktur body centered cubic (bcc). Unsur kromium ditambahkan ke paduan sebagai penstabil ferrit. Kandungan kromium umumnya kisaran 10,5 – 30%. Beberapa tipe baja mengandung unsur molybdenum, silicon, aluminium, titanium dan niobium. Unsur sulfur ditambahkan untuk memperbaiki sifat mesin. Paduan ini merupakan ferromagnetic dan mempunyai sifat ulet dan mampu bentuk baik namun kekuatan di lingkungan suhu tinggi lebih rendah dibandingkan baja stainless austenitic. Kandungan karbon rendah pada baja ferritik tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas.

Tingkat kekerasan beberapa tipe baja stainless ferritik dapat ditingkatkan dengan cara celup cepat. Metode celup cepat merupakan proses pencelupan banda kerja secara cepat dari keadaan temperature tinggi ke temperature ruang. Sifat mampu las, keuletan, ketahanan korosi dapat ditingktakan dengan mengatur kandungan tertentu unsur karbon dan nitrogen.

Baja Stainless austenitik

Baja Stainless austenititk merupakan paduan logam besi-krom-nikel yang mengandung 16-20% kromium, 7-22%wt nikel, dan nitrogen. Logam paduan ini merupakan paduan berbasis ferrous dan struktur kristal face centered cubic (fcc). Struktur kristal akan tetap berfasa austenit bila unsur nikel dalampaduan diganti mangan (Mn) karena kedua unsur merupakan penstabil fasa austenit. Fasa austenitic tidak akan berubah saat perlakuan panas anil kemudian didinginkan pada temperatur ruang. Baja stainless austenitik tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan celup cepat (quenching). Umumnya jenis baja ini dapat tetap menjaga sifat asutenitik pada temperature ruang, lebih bersifat ulet dan memiliki ketahanan korosi lebih baik dibandingkan baja stainless ferritik dan martensit. Setiap jenis baja stainless austenitic memiliki karakteristik khusus tergantung dari penambahan unsur pemadunya terlihat pada.

Baja stainless austenitic hanya bisa dikeraskan melalui pengerjaan dingin. Material ini mempunyai kekuatan tinggi di lingkungan suhu tinggi dan bersifat cryogenic. Tipe 2xx mengandung nitrogen, mangan 4-15,5%wt, dan kandungan 7%wt nikel. Tipe 3xx mengandung unsur nikel tinggi dan maksimal kandungan mangan 2%wt. Unsur molybdenum, tembaga, silicon, aluminium,titanium dan niobium ditambah dengan karakter material tertentu seperti ketahanan korosi sumuran atau oksidasi. Sulfur ditambah pada tipe tertentu untuk memperbaiki sifat mampu mesin.

- 15 -

Salah satu jenis baja stainless austenitic adalah AISI 304. Baja austenitic ini mempunyai struktur kubus satuan bidang (face center cubic) dan merupakan baja dengan ketahanan korosi tinggi. Komposisi unsur – unsur pemadu yang terkandung dalam AISI 304 akan menentukan sifat mekanik dan ketahanan korosi. Baja AISI 304 mempunyai kadar karbon sangat rendah 0,08%wt. Kadar kromium berkisar 18-20%wt dan nikel 8-10,5%wt yang terlihat pada Tabel 1. Kadar kromium cukup tinggi membentuk lapisan Cr2O3 yang protektif untuk meningkatkan ketahanan korosi. Komposisi karbon rendah untuk meminimalisai sensitasi akibat proses pengelasan.

Tabel 1. Komposisi kimia baja AISI 304[4]

Unsur %wtC 0,08

Mn 2P 0,45S 0,03Si 0,75Cr 18-20Ni 8-10,5Mo 0Ni 0,10Cu 0Fe Balance

Komposisi kandungan unsure dalam baja AISI 304 tersebut diperoleh sifat mekanik material yang ditunjukan pada Tabel 2.

Tabel 2. Sifat mekanik AISI 304 [4]

Poison Tensile Yield Elong Hard Mod Density0,27-0,30

515 205 40 88 193 8

Keterangan :

Poison : Rasio Poison

Tensile : Tensile strength (MPa)

Yield : Yield Strength (MPa)

Elong : elongation %

Hard : Kekerasan (HVN)

- 16 -

Mod : Modulus elastisitas (GPa)

Density : berat jenis (Kg/m3)

Tabel 3. Sifat fisik dan listrik AISI 304 pada kondisi annealed[4]

Thermal ekspansi (10-6/ºC)

Thermal konduktivitas

(W/m-K)

Spesific heat (J/kg-K)

Resistivitas (10-9-m)

17,2 16,2 500 720

Baja stainless dupleks

Jenis baja ini merupakan paduan campuran struktur ferrite (bcc) dan austenit. Umumnya paduan-paduan didesain mengandung kadar seimbang tiap fasa saat kondisi anil. Paduan utama material adalah kromium dan nikel, tapi nitrogen, molybdenum,tembaga,silicon dan tungsten ditambah untuk menstabilkan struktur dan memperbaiki sifat tahan korosi. Ketahanan korosi baja stainless dupleks hampir sama dengan baja stainless austenitik. Kelebihan baja stainless dupleks yaitu nilai tegangan tarik dan luluh tinggi dan ketahanan korosi retak tegang lebih baik dari pada baja stainless austenitik. Ketangguhan baja stainless dupleks antara baja austenitic dan ferritik.

Baja stainless pengerasan endapan

Jenis baja ini merupakan paduan unsure utama kromium-nikel yang mengandung unsur precipitation-hardening antara lain tembaga, aluminium, atau titanium. Baja ini berstruktur austenitic atau martensitik dalam kondisi anil. Kondisi baja berfasa austenitic dalam keadaan anil dapat diubah menjadi fasa martensit melalui perlakuan panas. Kekuatan material melalui pengerasan endapan pada struktur martensit.

Perhatian masyarakat dunia terhadap masalah lingkungan sangat tinggi akhir-akhir ini, dan ditambah lagi dengan kesepakatan berbagai pemerintah setelah Protokol Kyoto tahun 1997 yang menghasilkan keputusan untuk mengurangi emisi CO2 di negaranya. Hal di atas menggesa industri material termasuk industri baja untuk mendaur ulang(recycle). .

Proses daur ulang atau penggunaan baja bekas sangat menguntungkan industri baja baik dari segi ekonomis dan lingkungan. Baja bekas yang menggantikan bijih dan pasir besi sebagai bahan baku dapat mengurangi energi dan juga emisi CO2 sebesar 1/6-1/3 kali lipat dibanding proses konvensional yang menggunakan bijih dan pasir besi serta kokas. Kemudian, keuntungan lain yang perlu diperhatikan adalah pengurangan penggunaan sumber daya alam (SDA) yaitu pasir, bijih besi, dan kokas yang sangat terbatas.

Akan tetapi, proses daur ulang baja bekas tidak berjalan sesuai yang diharapkan. Jumlah baja bekas semakin meningkat, dan di Jepang jumlah ini meningkat sampai 18 juta ton. Padahal, jumlah produksi baja di Jepang lebih kecil dari jumlah di atas, yaitu sebesar 1

- 17 -

juta ton pertahun. Ini berarti Jepang yang dikenal tidak mempunyai SDA bijih besi tersimpan bahan baku baja yang dapat digunakan untuk produksi mereka selama 18 tahun. Bahkan terdapat kecenderungan peningkatan jumlah baja bekas ini setiap tahunnya. Semua ini disebabkan tercampurnya logam tembaga pada baja bekas yang berasal dari sampahmobil-mobil.

Dengan semakin meningkatnya kecanggihan teknologi otomotif seperti sisi otomatisasi, penggunaan tembaga yang tidak dapat dihindari karena tingginya konduktifitasnya sehingga tembaga ini tercampur dengan badan mobil yang telah dibuang.

Tembaga yang menjadi campuran logam pada leburan baja bekas sangat sulit dieliminasi karena tembaga mempunyai sifat kimia yang lebih mulia daripada baja, sehingga baja akan teroksidasi dalam proses pemurnian. Permasalahan muncul ketika baja diperlakukan hot-rolling yang bertujuan membentuk baja sesuai dengan permintaan. Pada suhu tinggi, tembaga berubah keadaan dari padat menjadi cair dan memasuki batas-batas butir baja, kemudian memutus ikatan butir baja ketika di-rolling dan akhirnya baja menjadi retak dan tidak dapat digunakan sebagai material. Ini semua yang mengakibatkan daur ulang dari baja bekas terhambat yang kemudian menjadi masalah lingkungan. Di dunia industri baja, tembaga dianggap elemen yang tidak bermanfaat bahkan elemen perusak dan penghambat daur ulang baja.

Bertentangan dengan hal diatas, profesor Setsuo Takaki berpendapat lain terhadap tembaga ini. Menurutnya tembaga harus digunakan untuk meningkatkan sifat mekanika baja sehingga kuantitas daur ulang baja meningkat, dan jumlah sampah baja yang menjadi masalah lingkungan dapat diatasi. Tembaga sebagai campuran logam untuk baja mempunyai sisi positif yang sangat besar baik sisi mekanika, ekonomis serta kimia. Pemanfaatan tembaga sebagai campuran baja sudah dimulai oleh peneliti seperti Hornbogen dan diikuti oleh ilmuwan lain dengan banyaknya publikasi tulisan ilmiah tentang campuran baja dengan tembaga. Produksi dan pengaplikasian baja yang mengandung tembaga ini mulai meningkat karena teknologi rolling yang semakin tinggi.

Untuk mempromosikan penggunaan tembaga sebagai campuran baja, pemerintah Jepang melalui institusi NEDO sejak tahun 2001 telah memulai poyek nasional yaitu NanoMetal. Proyek ini melibatkan universitas-universitas, lembaga penelitian serta industri baja di Jepang. Penelitian yang dilakukan di proyek ini sangat luas baik yang bersifat dasar serta teori seperti perilaku presipitasi tembaga ketika perlakuan panas sampai kearah yang bersifat aplikasi yaitu peningkatan kekuatan, work-hardening oleh presipitasi tembaga.

Baja banyak dipakai sebagai material konstruksi karena sifat mekanikanya yang sangat baik yaitu kekuatan dan keuletannya, selain itu baja juga sangat mudah untuk dibentuk menjadi bermacam-macam bentuk. Baja mempunyai kekerasan dan kekuatan yang sangat baik dibanding material polimer, alumunium bahkan titanium. Meskipun demikian, permintaan untuk lebih meningkatkan kekuatan baja semakin bertambah, karena kecenderungan untuk menyederhanakan desain bangunan serta pengurangan berat konstruksi.

- 18 -

Biasanya kekuatan baja ditingkatkan dengan menambah jumlah karbon sebagai campuran logam, akan tetapi penambahan ini dapat menurunkan sifat plastisnya terutama keuletan setelah dilas (welding) sehingga baja menjadi getas. Tetapi, masalah ini dapat teratasi dengan mensubstitusi karbon dengan tembaga meskipun kekuatannya meningkat. Peningkatan kekuatan ini disebabkan oleh presipitasi tembaga pada baja. Apabila presipitasi tembaga ini dapat dikontrol maka sifat mekanika baja dapat ditingkatkan selain upaya peningkatan daur ulang baja bekas. Inilah target utama dari proyek nasional yang dikoordinasi oleh NEDO.

Industri otomotif telah melirik campuran baja dengan tembaga ini karena sifatnya yang sangat lentur sehingga dapat dipress menjadi bermacam-macam bentuk sesuai dengan desain mobil yang melekuk-lekuk. Setelah dipress, baja itu diperlakukan panas untuk meningkatkan kekuatan baja dengan presipitasi tembaga.

Bidang lain juga memanfaatkan campuran logam ini yaitu konstruksi bangunan lepas pantai. Standar untuk konstruksi ini sangat ketat karena penggunaannya di laut lepas yang akan merengut jiwa pekerja di sana bila terjadi kecelakaan yang disebabkan oleh kegagalan desain atau kegagalan material. Sumitomo metals telah berhasil memproduksi baja berkekuatan di atas 550MPa dengan penguatan oleh presipitasi tembaga. Baja ini mempunyai kekuatan lebih dari 550MPa meskipun ketebalannya di atas 75mm. Karena penggunaan tembaga ini, keuletan matrik dan juga bagian lasnya sangat baik meskipun diuji impact pada suhu kamar ataupun sekitar -40 derajat celcius yang merupakan suhu di daerah laut utara. Baja ini ditargetkan akan digunakan untuk material pada konstruksi tambang minyak lepas pantai di daerah Sakhalin, Rusia.

Industri baja Jepang yang lain yaitu Nisshin Steel melakukan suatu terobosan baru dalam produknya yaitu baja tahan karat (stainless steel) yang dapat membunuh bakteri. Baja ini mendapat perhatian bagi industri elektronik rumah tangga seperti lemari es, mesin cuci dan industri yang memproduksi peralatan dapur. Dengan presipitasi tembaga yang dihasilkan melalui perlakuan panas, bakteri-bakteri yang banyak berkembang biak di mesin cuci mati. Terobosan ini mengundang perhatian masyarakat Jepang yang terkenal sangat sensitif terhadap kebersihan dan higienis.

Dari sini kita dapat melihat bahwa ide dan terobosan baru yang dapat merubah keadaan sangat diperlukan di bidang logam dan baja sehingga sesuatu yang dianggap sampah atau tidak berguna dapat menjadi produk yang bermanfaat untuk masyarakat luas serta lingkungan.

- 19 -

Pengaruh unsur-unsur di dalam baja :

C (karbon)

Logam baja ditambahkan dengan unsur karbon akan meningkatkan kekerasan dan kekuatan melalui perlakuan pemanasan tapi penambahan karbon dapat memperlebar range nilai kekerasan dan kekuatan bahan.

Mn (Mangan)

Mangan ditambahkan ke dalam baja akan memperbaiki sifat hot working dan meningkatkan kekuatan, ketangguhan dan mampu keras.

Si (Silikon)

Silikon digunakan sebagai deoxidizing (killing) agent dalam peleburan baja. Sebagai hasilnya bahwa sebagian besar jenis banyak mengandung konsentrasi rendah silicon. Silikon berkontribusi untuk mengeraskan fasa ferritik di baja.

S (sulfur)

Saat ditambahkan dalam jumlah kecil sulfur dapat memperbaiki mampu mesin tapi tidak menyebabkan hot shortness. Hot shortness merupakan fenomena getas pada kondisi suhu tinggi yang disebabkan oleh sulfur. Kehadiran sulfur dapat mengikat Fe menjadi FeS. Senyawa ini terkonsentrasi di batas butir dan melebur di bawah temperature melting baja. Disebabkan titik lebur FeS,maka kohesi antarabutir-butir menjadi hancur dan menyebabkan crack saat butir mengembang. Fenomena terjadi saat baja di tempa atau roll saat suhu kerja meningkat. Sehingga harus ditambahkan Mn untuk mengikat sulfur menjadi MnS.

P (fosfor)

Unsur fosfor biasanya ditambakan dengan sulfur(S) untuk memperbaiki mampu mesin di baja paduan rendah. Dengan penambahan sedikit unsur fosfor dapat membantu meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi. Kehadiran fosfor di dalam stainless steel auntenitk dapat meningkatkan kekuatan. Penambahan fosfor juga dapat meningkatkan kerentanan terhadap crack saat pengelasan.

- 20 -

Proses Perlakuan Panas Pada BajaProses perlakuan panas adalah suatu proses mengubah sifat logam dengan cara

mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan kecepatan pendinginan dengan atau tanpa merubah komposisi kimia logam yang bersangkutan. Tujuan proses perlakuan panas untuk menghasilkan sifat-sifat logam yang diinginkan. Perubahan sifat logam akibat proses perlakuan panas dapat mencakup keseluruhan bagian dari logam atau sebagian dari logam.

Adanya sifat alotropik dari besi menyebabkan timbulnya variasi struktur mikro dari berbagai jenis logam. Alotropik itu sendiri adalah merupakan transformasi dari satu bentuk susunan atom (sel satuan) ke bentuk susunan atom yang lain. Pada temperatur dibawah 910 0C sel satuannya Body Center Cubic (BCC), temperatur antara 910 dan 1392 oC sel satuannya Face Center Cubic (FCC) sedangkan temperatur diatas 1392 sel satuannya kembali menjadi BCC. Bentuk sel satuan ditunjukan pada Gbr dibawah ini:

Bentuk sel satuan BCC

Bentuk sel satuan FCC Perubahan bentuk susunan atom (sel satuan) akibat pemanasan ditunjukan pada Gbr. Dibawah ini

- 21 -

Gbr. Perubahan bentuk sel satuan akibat pemanasan pada logamProses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu :1. Softening (Pelunakan) : Adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik agar

menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah dipanaskan didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam udara terbuka (normalizing).

2. Hardening (Pengerasan) : Adalah usaha untuk meningkatkan sifat material terutama kekerasan dengan cara selup cepat (quenching) material yang sudah dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air garam, maupun oli.

Austenisasi Pada Perlakuan PanasTujuan proses austenisasi adalah untuk mendapatkan struktur austenit yang

homogen. Kesetimbangan kadar karbon austenit akan bertambah dengan naiknya suhu austenisasi, ini mempengaruhi karakteristik isothermal. Bila kandungan karbon meningkat maka temperatur Ms menjadi rendah, selain itu kandungan karbon akan meningkat pula jumlah grafit akan membentuk senyawa karbida yang semakin banyak. Proses perlakuan panas selalu diawali dengan transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain. Struktur mikro yang dihasilkan lewat transformasi tergantung pada parameter proses perlakuan panas yang diterapkan dan jenis proses proses perlakuan panas. Struktur mikro yang berubah melalui transformasi dekomposisi austenit menjadi struktur mikro yang lain, dimaksudkan untuk memperoleh sifat mekanik dan fisik yang diperlukan untuk suatu aplikasi proses pengerjaan logam. Proses selanjutnya setelah fasa tunggal austenit terbentuk adalah pendinginan, dimana mekanismenya dipengaruhi oleh temperatur, waktu, serta media yang digunakan. Pada pendinginan secara perlahan-lahan perubahan fasa berdasarkan mekanisme difusi, dimana kehalusan dan kekasaran struktur yang dihasilkan tergantung pada kecepatan difusi.

Bila pendinginan dilakukan secara cepat, maka perubahan fasanya berdasarkan mekanisme geser menghasilkan struktur mikro dengan sifat mekanik yang keras dan

- 22 -

getas. Perubahan struktur mikro selama proses pendinginan dapat merupakan paduan dari mekanisme difusi dan mekanisme geser.

Variasi dari pembentukan struktur mikro yang merupakan fungsi dari kecepatan pendinginan pada baja dari temperatur eutektoid, dapat dilihat pada Gbr. dibawah.

Gbr. Pengaruh Kecepatan pendinginan pada baja terhadap struktur mikro

Annealing Annealing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginan lambat

didalam tungku yang dimatikan. Temperatur pemanasan annealing, untuk baja hypoeutektoid adalah sekitar sedikit diatas garis A3 (Gbr. 5.) dan untuk baja hypereutektoid adalah sedikit diatas garis Acm (Gbr.5.). Tujuan dari annealing untuk memperbaiki ; mampu mesin, mampu bentuk, keuletan, kehomogenan struktur, menghilangkan tegangan dalam, dan lain sebagainya.

Normalizing Normalizing adalah proses pemanasan baja yang diikuti dengan pendinginannya

diudara terbuka. Tujuan normalizing antara lain untuk memperbaiki sifat mampu mesin, memperhalus butir dan lain sebagainya. Temperatur pemanasan normalizing, untuk baja hypoeutektoid dipanaskan pada temperatur 30 oC sampai dengan 40 C diatas garis A3 agar diperoleh Austenit yang homogen.

- 23 -

Daerah temperatur pemanasan untuk proses Annealing dan Normalizing dari diagram fasa Fe-C, dapat dilihat pada Gbr

Temperatur pemanasan untuk Annealing, Normalizing, Hot Working dan Homogenizing pada diagram Fe-Fe3C

Setelah waktu penahanan pada temperatur austenisasi selesai, kemudian baja didinginkan di udara sampai mencapai temperatur kamar (27 oC). Struktur Metalurgi baja HypoEutektoid yang dihasilkan terdiri dari ferit dan perlit.

Sifat mekanik baja yang dihasilkan setelah proses annealing dan normalizing, tergantung pada laju pendinginan diudara. Laju pendinginan yang agak cepat akan menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi.

Siklus dari temperatur pemanasan dan kecepatan pendinginan dari proses annealing dan normalizing, dapat dilihat pada Gbr

Gbr .Skematik siklus temperatur – waktu dari annealing dan normalizing

Struktur yang dihasilkan dari proses pemanasan dan pendinginan yang lambat adalah fasa ferit dan fasa perlit.

- 24 -

Gbr.Struktur mikro baja karbon medium (AISI 1045) yang dinormalisasi hasil austenisasi pada temperatur 1095oC pendinginan diudara

Dari Gbr.terlihat fasa ferit dan perlit. Fasa ferit adalah fasa yang terlihat berwarna terang, fasa ini mempunyai mempunyai sifat lunak. Sedangkan fasa perlit yang terlihat berwarna gelap adalah lapisan ferit dan sementit, fasa ini mempunyai sifat mampu mesin yang baik.

Temperatur pemanasan austenisasi yang semakin tinggi (super heating) diatas garis A3 akan menghasilkan pertumbuhan butir austenit yang semakin besar, sehingga pada saat pendinginan yang lambat akan menghasilkan butir ferit dan perlit yang semakin kasar. Pada Gbr.dapat dilihat skema pengaruh temperatur austenisasi pada struktur mikro baja hasil proses annealing dan normalizing.

Gbr.Skema pengaruh temperatur austenisasi yang menunjukan perubahan struktur baja dalam proses annealing dan normalizing.

Temperatur pemanasan yang sangat tinggi (overheating) pada proses annealing dan normalizing ini sedikit berpengaruh pada kekuatan luluh, kekuatan tarik dan

- 25 -

kekerasan suatu baja. Persentase perpanjangan, reduksi dan kekuatan impak akan meningkat dengan semakin meningkatnya besar butir. (Ref.4)

Proses Hardening Proses ini berguna untuk memperbaiki kekerasan dari baja tanpa dengan

mengubah komposisi kimia secara keseluruhan. Proses ini mencakup proses pemanasan sampai pada austenisasi dan diikuti oleh pendinginan dengan kecepatan tertentu untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan. Temperatur yang dipilih tergantung pada jenis baja yang diproses, dimana temperatur pemanasan 50 ˚C – 100 ˚C di atas garis A 3 untuk baja hypoeutektoid. Sedangkan proses pendinginannya bermacam-macam tergantung pada kecepatan pendinginan dan media quenching yang dikehendaki. Untuk pendinginan yang cepat akan didapatkan sifat logam yang keras dan getas sedangkan untuk pendinginan yang lambat akan didapatkan sifat yang lunak dan ulet.

Pada baja hypoeutektoid temperatur diatas garis Ac3, struktur baja akan seluruhnya berkomposisikan butir austenit, dan pada saat pendinginan cepat akan menghasilkan martensit. Quenching baja hypoeutektoid dari temperatur diatas temperatur optimum akan menyebabkan terjadinya overheating. Overheating dalam hardening akan menghasilkan butir martensit kasar yang mempunyai kerapuhan yang tinggi (Ref.4)

Proses ini sangat dipengaruhi oleh parameter tertentu seperti :a. Temperatur pemanasan, yaitu temperatur austenisasi yang dikehendaki agar dicapai

transformasi yang seragam pada material.b. Waktu pemanasan, yaitu lamanya waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur

pemanasan tertentu (temperatur austenisasi).c. Waktu penahanan, yaitu lamanya waktu yang diperlukan agar didapatkan distribusi

temperatur yang seragam pada benda kerja.Waktu pemanasan ini merupakan fungsi dari dimensi dan daya hantar panas

benda kerja. Lamanya waktu penahanan akan menimbulkan pertumbuhan butir yang dapat menurunkan kekuatan material.

Pada Gbr. berikut dapat dilihat pengaruh parameter tersebut di atas, dengan kekerasan yang dihasilkan.

Grafik pengaruh parameter pengerasan.

- 26 -

Berdasarkan faktor-faktor tadi maka selanjutnya pembentukan austenit dan pengontrolan butiran austenit merupakan aspek penting dalam proses hardening, karena transformasi austenit dan sifat mekanis dari struktur mikro yang terbentuk ditentukan oleh ukuran butir austenit.

QuenchingUntuk memperoleh kekerasan yang diinginkan, maka dilakukan proses

quenching. Media quech yang biasa dipergunakan diantaranya : Larutan Garam Air Oli

Pemilihan media quech untuk mengeraskan baja tergantung pada laju pendinginan yang diinginkan agar dicapai kekerasan tertentu. Untuk lebih memahami laju pendinginan dari setiap media queching, perlu memeriksa kurva pendinginan seperti terlihat pada Gbr.17. Kurva ini menyatakan perubahan temperatur benda kerja pada saat didinginkan atau di quench dari temperatur pengerasannya. Pada pendinginan tersebut terjadi dalam 3 tahap berbeda yang ditandai A, B, C, dimana masing-masing tahap memiliki karakteristik pendinginan yang berbeda-beda.

Gbr.17. Tahapan dari pendinginan selama quenching (Ref.5)

Jika suatu benda kerja diquench ke dalam medium queching, lapisan cairan disekeliling benda kerja akan segera terpanasi sehingga mencapai titik didihnya dan berubah menjadi uap. Pada tahap ini (tahap A) benda kerja akan segera dikelilingi oleh lapisan uap yang terbentuk dari cairan pendingin yang menyentuh permukaan benda kerja. Uap yang terbentuk menghalangi cairan pendingin menyentuh permukaan benda kerja. Sebelum terbentuk lapisan uap, permukaan benda kerja mengalami pendinginan yang sangat intensif. Dengan adanya lapisan uap, akan menurunkan laju pendinginan, karena lapisan terbentuk dan akan berfungsi sebagai isolator.(Ref.5)

Pendinginan dalam hal ini terjadi efek radiasi melalui lapisan uap ini lama-kelamaan akan hilang oleh cairan pendingin yang mengelilinginya. Kecepatan menghilangkan lapisan uap makin besar jika viskositas cairan makin rendah.

Jika benda kerja didinginkan lebih lanjut, panas yang dikeluarkan oleh benda kerja tidak cukup untuk tetap menghasilkan lapisan uap, dengan demikian tahap B

- 27 -

dimulai. Pada tahap ini cairan pendingin dapat menyentuh permukaan benda kerja sehingga terbentuk gelembung-gelembung udara dan menyingkirkan lapisan uap sehingga laju pendinginan menjadi bertambah besar.Tahap C dimulai jika pendidihan cairan pendingin sudah berlalu sehingga cairan pendingin tersebut pada tahap ini sudah mulai bersentuhan dengan seluruh permukaan benda kerja. Pada tahap ini pula pendinginan berlangsung secara konveksi karena itu laju pendinginan menjadi rendah pada saat temperatur benda kerja turun. Untuk mencapai struktur martensit yang keras dari baja karbon dan baja paduan, harus diciptakan kondisi sedemikian sehingga kecepatan pendinginan yang terjadi melampaui kecepatan pendinginan kritik dari benda kerja yang diquench, sehingga transformasi ke perlit atau bainit dapat dicegah.

Fluida yang ideal untuk media quench agar diperoleh struktur martensit, harus bersifat :o Mengambil panas dengan cepat didaerah temperatur yang tinggi.o Mendinginkan benda kerja relatif lambat di daerah temperatur yang rendah, misalnya

di bawah temperatur 350˚C agar distorsi atau retak dapat dicegah.Pada tabel.berikut dapat dilihat beberapa sifat dan keunggulan dari setiap media

quenching yang biasa digunakan.Tabel. Nilai kekerasan (severity) dari media quenching

Air Oil Water Brine No Circulation of Fluid or Agitation of Piece

0.020.25 to

0.300.9 to

1.02

Mild Circulation …………………………….

…0.30 to

0.351.0 to

1.12 to 2.2

Moderate Circulation ………………………

…0.35 to

0.401.2 to

1.3…

Good Circulation ……………………………

… 0.4 to 0.51.4 to

1.5…

Strong Circulation …………………………..

0.05 0.5 to 0.81.6 to

2.0…

Violent Circulation ………………………….

… 0.8 to 1.1 4 5

Pengaruh Campuran Unsur Kimia Pada Baja

1. C = CARBON : Mempunyai sifat keras tetapi getas. Fungsi CARBON pada baja adalah mampu menjalani reaksi-reaksi kimia seperti reaksi SUBSTITUSI (pergantian), reaksi ADISI (penambahan), reaksi ELIMINASI (pengurangan). CARBON pada baja adalah sebagai LEM atau zat perekat dan mempunyai sifat cukup TAHAN GESEK terhadap benda atrasip ( tanah yang berpasir dan tidak mengandung silicon ). CARBON membuat / MEMBENTUK STRUKTUR FERRITE, dimana struktur tersebut mempunyai kekerasan diatas 48HRC, tetapi tidak mempunyai sifat ketajaman.

2. Si = SILICON : Mempunyai SIFAT ELASTIS / KEULETANNYA TINGGI. SILICON juga menambah kekerasan dan ketajaman pada baja. Tapi penambahan SILICON yang BERLEBIHAN akan menyebabkan BAJA tersebut MUDAH RETAK.

- 28 -

SILICON berupa massa hitam mirip logam yang meleleh pada 1410°C . Unsur ini mempunyai kecenderungan yang kuat untuk berikatan dengan oksigen dan SIFAT SERATNYA TAHAN API.

3. Mn = MANGAN : Mempunyai sifat yang TAHAN terhadap GESEKAN dan TAHAN TEKANAN (IMPACT LOAD). Unsur ini mudah berubah kekerasannya pada kondisi temperatur yang tidak tetap dan juga digunakan untuk membuat alloy mangan tembaga yang bersifat FERROMAGNETIC.

4. Cr = CROMIUM : Unsur ini digunakan Sebagai PELINDUNG PERMUKAAN BAJA dan tahan gesekan. Baja yang mengkilap, KERAS dan RAPUH serta TAHAN terhadap KOROSI (karat) tetapi mempunyai KEULETAN yang RENDAH.

5. Mo = MOLYBDENUM : Mempunyai sifat TAHAN PEKERJAAN PANAS sehingga cocok untuk hotwork tool steel, batas pencampuran unsur ini MAX.7% juga berfungsi sebagai penetralisir kekerasan wolfram. Molybdenum merupakan unsur tambahan pembuat keuletan baja yang maximum.

6. Ni = NIKEL : Mempunyai SIFAT yang ULET dan TAHAN terhadap BAHAN KIMIA dan untuk MENGATASI KOROSI ( karat ) yang serius tetapi tidak mempunyai kekerasan yang tinggi. Merupakan unsur yang dicampurkan kedalam baja untuk mengatasi kerusakan pada temperatur tinggi (dapat mencapai 1200° C ).

7. V = VANADIUM : Baja berwarna putih perak dan sangat keras. Vanadium adalah bahan tambahan untuk pekerjaan panas karena sifat Vanadium TAHAN terhadap GESEKAN PADA TEMPERATUR YANG TINGGI

8. W = WOLFRAM : Diperlukan untuk KETAJAMAN ,tahan terhadap temperatur tinggi dan juga sangat TAHAN GESEKAN. WOLFRAM mempunyai temperatur sepuh yang sangat tinggi dan memerlukan tempering berulang-ulang kali sehingga sangat sulit dalam pengolahannya.

9. Co = COBALT : Sifatnya TAHAN GESEK dan TAHAN PANAS pada temperatur tinggi., KEKERASAN TINGGI TAPI GETAS. Berfungsi untuk membentuk CARBIDE, meningkatkan kekerasan dan hot strength, yang sangat baik untuk ketajaman pada mata pisau.

Rangka atap baja ringan.

Kadangkala ketika melihat sebuah bangunan yang sedang dikerjakan terutama yang sedang memasang rangka atap, terlihat struktur rangka baja berwarna perak digunakan untuk struktur penyangga atap, tidak digunakan kayu seperti biasanya. Itulah konstruksi

- 29 -

rangka atap baja ringan yang semakin banyak digunakan bukan hanya pada proyek-besar dan mewah tetapi sudah digunakan juga pada rumah-rumah tinggal, gedung sekolah, ruko, dan lai-lain.

Berbeda dengan baja konvensional, baja ringan merupakan baja mutu tinggi yang memiliki sifat ringan dan tipis, namun memiliki fungsi setara baja konvensional. Baja ringan ini termasuk jenis baja yang dibentuk setelah dingin (cold form steel).

Rangka atap baja ringan diciptakan untuk memudahkan perakitan dan konstruksi. Meskipun tipis, baja ringan memiliki derajat kekuatan tarik yang tinggi yaitu sekitar 550 MPa, sementara baja biasa sekitar 300 MPa. Kekuatan tarik dan tegangan ini untuk mengkompensasi bentuknya yang tipis. Ketebalan baja ringan yang beredar sekarang ini berkisar dari 0,4mm - 1mm.

Perhitungan kuda-kuda baja ringan amat berbeda dengan kayu, yakni cenderung lebih rapat. Semakin besar beban yang harus dipikul, jarak kuda-kuda semakin pendek. Misalnya untuk genteng dengan bobot 40 kg/m2 jarak kuda-kuda bisa dibuat setiap 1,4m. Sementara bila bobot genteng mencapai 75kg/m2, maka jarak kuda-kuda menjadi 1,2m.

Kenapa harus dipakai rangka baja ringan?

Inilah kelebihan dan kekurangannya:

Kelebihan:

Karena bobotnya yang ringan maka dibandingkan kayu, beban yang harus ditanggung oleh struktur di bawahnya lebih rendah

Baja ringan bersifat tidak membesarkan api Tidak bisa dimakan rayap. Pemasangannya relatif lebih cepat apabila dibandingkan rangka kayu. Baja ringan nyaris tidak memiliki nilai muai dan susut, jadi tidak berubah karena

panas dan dingin.

Kekurangannya :

Kerangka atap baja ringan tidak bisa diekspos seperti rangka kayu, sistem rangkanya yang berbentuk jaring kurang menarik bila tanpa penutup plafon.

Karena strukturnya yang seperti jaring ini maka bila ada salah satu bagian struktur yang salah hitung ia akan menyeret bagian lainnya maksudnya jika salah satu bagian kurang memenuhi syarat keamanan, maka kegagalan bisa terjadi secara keseluruhan (biasanya perhitungan strukturnya langsung dilakukan oleh structural engineer dari aplikatornya)

Rangka atap baja ringan tidak sefleksibel kayu yang dapat dipotong dan dibentuk berbagai profil.

- 30 -

Peraturan untuk konstruksi rangka atap baja ringan di Indonesia sepertinya belum ada(setidaknya untuk saat ini), kalaupun ada hanya tersirat pada peraturan baja secara umum, sedangkan untuk baja cold form sepertinya belum ada secara khusus.

Lalu bagaimana penggunaannya bisa dipertanggungjawabkan? ..Yah itulah kebiasaan kita, peraturan baru akan dibuat setelah sesuatu itu sudah terlalu biasa/lumrah dijumpai. Sementara garansinya hanya dari aplikator baja ringan

tersebut, itupun hanya sebatas umur perusahaan mereka, jika mereka sudah tidak ada lagi ya susah minta garansi kemana.

Dilihat dari sudut lain, benarkah rangka atap baja ringan itu sahabat alam?

Karena salah satu kelebihan baja adalah tidak dimakan rayap, ya bisa dikatakan memang benar bahwa rangka atap baja ringan adalah sahabat alam. Seperti diketahui rayap merupakan serangga perusak kayu yang cukup ditakuti diseluruh dunia. Kemampuan makan seekor prajurit rayap bisa mencapai 2,5 kali berat tubuhnya setiap hari, wah berapa hutan yang terbabat setiap tahunnya karena dimakan rayap ya?…..

Selain masalah rayap, penggunaan rangka atap baja ringan yang semakin lumrah tentu saja bisa mengurangi volume pemakaian kayu untuk bahan bangunan, tapi itu baru secara logika lho (karena makin banyak juga kok bertebaran produsen rumah kayu yang hanya menggunakan kayu sebagai bahannya….nyambung nggak ya?).

Kalau dikatakan pasti lebih ramah lingkungan sepenuhnya kayaknya masih perlu pembuktian juga, karena selama ini jarang sekali dipublikasikan bagaimana proses pembuatan material baja ringan tersebut, apakah bahan yang mereka gunakan juga ramah lingkungan? Darimana dan bagaimana mereka mendatangkan bahan-bahan pembuatnya, dan apakah pabriknya sendiri sudah ramah lingkungan, termasuk pengolahan limbahnya (yang tentu saja berupa logam-logam berat).

Baja dalam kehidupan

Pemakaian baja dalam kehidupan mensyaratkan beberapa faktor seperti kekuatan, kekerasan, tahan panas, tidak cepat aus, dan sebagainya. Banyak upaya untuk meningkatkan kualitas baja yang salah satunya dengan proses perlakuan panas (heat treatment). Proses Hardening mampu meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja, tetapi baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan sehingga perlu pengerjaan lanjut yaitu dengan tempering. Pengujian dilakukan baik pada sifat fisis ( komposisi, struktur mikro dan fotomakro) maupun sifat mekanis (kekerasan dan

- 31 -

kekuatan tarik). Hasil penelitian memperoleh kekuatan tarik raw materials sebesar 73,45 kg/mm2 dengan VHN sebesar 190, setelah mengalami proses hardening 8250C kekuatan tarik menjadi 185,07 kg/mm2 dengan VHN sebesar 737,67. Low tempering berkekuatan tarik 123,43 kg/mm2 dengan VHN sebesar 562, medium tempering mempunyai kekuatan tarik 114,14 kg/mm2 dengan VHN sebesar 446,3 sedangkan high tempering berkekuatan tarik 87,73 kg/mm2 dengan VHN sebesar 283. Semakin tinggi suhu pemanasan pada proses tempering kekuatan tarik dan kekerasan semakin menurun, sebaliknya keuletannya meningkat sehingga disesuaikan dengan keperluan. Pada bidang konstruksi dan tata kota, kekuatan baja yang dapat menyangga beban berat digunakan untuk kerangka bangunan pencakar langit sampai ketinggian 450 meter, seperti Petronas Twin Towers di Malaysia. Baja juga tahan terhadap perpatahan sehingga dapat melindungi dari gangguan gempa. Ratusan ton baja juga digunakan untuk pembangunan jembatan antarpulau sampai berjarak lebih dari satu kilometer, seperti jembatan Kanmonbashi di Jepang. Jadi, baja telah menyatu dalam kehidupan manusia dan menjadi penopang utama seluruh aktivitas dalam proses produksi sehingga tidak dapat dipisahkan dari masyarakat industri. Suatu bangsa tidak akan dapat membangun kekuatan industri tanpa memiliki industri baja dan teknologinya.

- 32 -

BAB III

KESIMPULAN

Baja adalah paduan logam yang tersusun dari besi sebagai unsur utama dan

karbon sebagai unsur penguat. Unsur karbon inilah yang banyak berperan dalam

peningkatan performan. Perlakuan panas dapat mengubah sifat baja dari lunak seperti

kawat menjadi keras seperti pisau. Penyebabnya adalah perlakuan panas mengubah

struktur mikro besi yang berubah-ubah dari susunan kristal berbentuk kubik berpusat

ruang menjadi kubik berpusat sisi atau heksagonal. Dimana unsur karbon (C) menjadi

dasar campurannya. Di samping itu, mengandung unsure campuran lainnya seperti sulfur

(S), fosfor (P), silicon (Si),dan Mangan (Mn) yang jumlahnya dibatasi.Kandungan karbon

di dalam baja kurang dari 2% atau sekitar 0,1 – 1,7%,sedangkan unsure lainnya dibatasi

presentasenya.

Baja stainless merupakan baja paduan yang mengandung minimal 10,5% Cr.

Sedikit baja stainless mengandung lebih dari 30% Cr atau kurang dari 50% Fe.

Karakteristik khusus baja stainless adalah pembentukan lapisan film kromium oksida

(Cr2O3). Lapisan ini berkarakter kuat,tidak mudah pecah dan tidak terlihat secara kasat

mata. Lapisan kromium oksida dapat membentuk kembali jika lapisan rusak dengan

kehadiran oksigen.

- 33 -

LAMPIRAN

Artikel Iptek - Bidang Industri dan Perdagangan

Teknologi Daur Ulang Skrap Besi/Baja: Menyelamatkan Industri Baja NasionalOleh Nurul Taufiqu Rochman

Krisis baja yang sedang kita "nikmati" bakal bertahan lama. Pasalnya, China masih terus menyedot bahan baku baja dunia untuk keperluan pembangunan industri dalam negeri dan industri otomotifnya dengan total konsumsi 350 juta ton per tahun atau sekitar sepertiga dari total konsumsi baja di dunia. Indonesia, yang hanya

mengkonsumsi 6 juta ton per tahunnya, harus menghadapi kenyataan ini, bersaing mendapatkan "jatah" pellet dan skrap impor dari negara-negara yang "berbaik hati".

Indonesia yang masih tidak mampu dan tidak mau mengolah tambang-tambang bijih besinya yang berjumlah milyaran ton, harus mengikhlaskan tambang-tambang tersebut dikuasai oleh eksportir asing dari China dan lain-lainnya dengan iming-iming harga yang menggiurkan kepada penguasa di daerah-daerah.

Dilain pihak, Uni Eropa telah menetapkan pelarangan impor mobil di tahun 2015 pada industri yang tidak menerapkan sistem daur ulang pada keseluruhan proses produksinya. Hal itu dilakukan untuk membendung masuknya kendaraan bermotor dari negara pesaingnya (Jepang, China, Amerika, dan lain-lain).

Kebijakan strategis ini akan segera diikuti oleh Jepang dalam memenangkan persaingan global. Oleh karenanya, Jepang mau tidak mau harus melakukan daur ulang skrap baja (baja bekas) dari industri otomotifnya dan diprediksi di tahun 2050 Jepang sudah dapat melakukan daur ulang sempurna skrap bajanya sehingga tidak memerlukan bahan baku baja lagi. Pengembangan teknologi pemurnian skrap baja akan segera mendapat prioritas utama dalam menyongsong persaingan global di dunia.

Lain halnya dengan Indonesia, kondisi industri berbasis baja dan besi cor semakin menyedihkan. Pasokan bahan baku baja yang menipis dan tingginya harga telah menghancurkan ratusan industri kecil pengecoran di Ceper dan sekitarnya. Bahan baku skrap besi dan baja yang jumlahnya lumayan banyak, tidak bisa digunakan begitu saja karena kandungan pengotor yang ada di dalamnya. Pengotor ini akan menurunkan kualitas produk akhir. Sementara itu, teknologi pemurnian juga masih belum dikembangkan. Jika teknologi ini dapat dikuasi, permasalahan yang dihadapi industri pengecoran dapat diselesaikan. Teknologi ini juga dapat diaplikasikan untuk membersihkan unsur-unsur yang tidak diinginkan pada proses pengolahan baja dari bijih besi lokal. Tidak hanya itu, teknologi ini juga dapat memecahkan permasalahan pemurnian skrap baja di dunia.

Teknologi daur ulang skrap besi/baja

Skrap besi/baja umumnya telah tercampur dengan logam lain saat proses daur ulang karena sulit dipisahkan. Ditambah lagi, banyaknya penggunakan pelapisan pada baja oleh Cr, Ni, Zn, Al, dan lain-lain untuk memenuhi suatu fungsi tertentu; seperti ketahanan korosi, keindahan, dan lain sebaginya. Penambahan Pb dilakukan untuk memperbaiki sifat permesinannya. Pada baja yang diperkuat, sering ditambahkan unsur-unsur lain seperti Ti, Cr, Ni, Co, V, dan W. Sementara itu, teknologi pengeliminasi unsur-unsur pengotor ini masih belum banyak diketahui, sehingga baja atau besi cor yang dihasilkan kurang memenuhi standar yang diharapkan. Misalnya keberadaaan Al dan Zn yang tidak terkontrol dapat menimbulkan pin hole yang sangat merusak hasil cor. Keberadaan Cu akan mengakibatkan hasil cor pecah atau menimbulkan crack pada permukaan baja yang mengalami perlakuan panas karena perbedaan titik leleh Cu dengan baja.

- 34 -

Pengeliminasian unsur-unsur pengotor dengan metoda bubbling (meniupkan udara dalam cairan logam) telah lama diketahui. Dengan bubbling udara atau O2, unsur-unsur yang memiliki kemampuan oksidasi diatas FeO seperti Si, Mn, B, Al lebih mudah dihilangkan daripada unsur-unsur yang memiliki kemampuan oksidasi di bawahnya seperti Pb, Cu, Ni, dan Co.

Pemurnian Zn, unsur Zn mudah hilang dengan penguapan, sedangkan Al dapat dipisahkan dengan efektif melalui oksidasi dengan O2. Pengoptimalan bubbling akan meningkatkan kecepatan pembersihan Zn, dan pengecilan gelembung-gelembung udara bubbling akan mempercepat proses oksidasi pada pembersihan Al. Namun demikian, di samping waktu prosesnya yang lama, metoda ini hanya dapat mengeliminasi unsur-unsur tertentu saja tergantung sifat reaksi dan berat jenis masing-masing unsur.

Metoda lain yang dikembangkan yaitu dengan compound separation (pemisahan pengotor dengan membuat paduan yang berbeda berat jenis). Perusahaan Kobe Steel Jepang telah mencoba mengeliminasi Pb dari kuningan dengan menambahkan Ca dan penyaringan, sedang cara teknisnya telah dipatenkan di Japan Paten. Namun demikian, pengeliminasian Pb tersebut kurang efektif karena keberadaan pengotor Pb yang berukuran kecil dan menyebar di dalam cairan.

Kelompok peneletian penulis telah berhasil mengoptimalkan pengeliminasian Pb dari paduan tembaga dengan menambahkan aggregation agents (pengikat unsur pengotor) Ca-Si dan NaF. Sedangkan mekanisme pengeliminasian Pb dari paduan tembaga tersebut telah ditemukan secara sederhana seperti ditunjukkan pada Gambar 1 dengan mendasarkan pada energi Gibb's. Teknik tersebut telah dipatenkan di Japan Paten dan sedang diuji dalam sekala industri. Prinsip dasar proses eliminasi pengotor pada paduan tembaga tidak berbeda dengan pada baja. Untuk itu, proses yang telah dikembangkan pada paduan tembaga diyakinkan dapat diterapkan juga pada baja.

Gambar 1. Mekanisme pengeliminasian pengotor dari skrap cair dengan kombinasi metoda bubbling dan compound separation.

Pada baja, unsur-unsur pengotor tertentu dapat dieliminasi dengan mudah dengan penambahan SiO2 dan CaO. Namun, mekanisme pengeliminasiannya masih belum banyak diketahui. Ditambah lagi unsur-unsur pengotor seperti Co, Ni, Cu, Sn dan Pb masih belum bisa dieliminasi dan menjadi masalah utama pada proses pengecoran baja dan besi cor. Jika dapat ditemukan dan dihitung energi Gibb's reaksi masing-masing unsur pengotor dengan aggregation agents-nya, maka mekanisme pengeliminasian unsur-unsur pengotor dapat disimulasikan.

Aplikasi teknologi daur ulang baja

Permasalahan utama pengolahan bijih besi lokal ialah kandungan pengotor seperti Ti dan V pada pasir besi yang berjumlah 170 juta ton, berada di sepanjang pantai pulau Jawa. Ti dapat mengendap dan menempel di dinding tungku terlebih dahulu saat proses reduksi, sehingga

- 35 -

mengganggu proses pengecoran dan memperburuk aliran cairan besi. Sementara itu, bijih besi laterit yang berjumlah sekitar 1 milyar banyak mengandung Ni dan Co. Keberadaan Ni, Co dan Cr pada baja dapat meningkatkan kekerasannya. Namun, keberadaannya dengan kadar berlebih dapat menyebabkan kesulitan untuk membuat produk baja yang berbentuk lempengan.

Dengan kombinasi metoda bubbling dan compound separation, diyakinkan bahwa unsur-unsur pengotor tersebut dapat dimurnikan. Pilihan aggregation agents yang tepat dari mineral alam yang ada di Indonesia menjadi kunci solusi pengolahan bijih besi mandiri dari bahan baku lokal. Pengolahan bijih besi mandiri akan dapat menyajikan pasokan bahan baku baja untuk industri nasional selama lebih dari 100 tahun.

Menyelamatkan industri baja nasional

Menyongsong negara berbasis industri, Indonesia harus memiliki pasokan bahan baku baja mandiri. Indonesia tidak boleh tergantung kepada negara lain yang labil karena diperebutkan oleh negara-negara yang lebih maju dengan konsumsi yang jauh lebih besar. Harga bahan baku baja akan mudah disetir dan sangat merugikan. Program penyelamatan industri baja nasional melalui pengolahan bijih besi mandiri harus segera digulirkan kalau tidak ingin menemui kebangkrutan. Untuk mewujudkan program tersebut, berikut akan diuraikan peran masing-masing elemen yang terkait.

Pemerintah. Pemerintah harus dapat membuat kebijakan yang mengatur dan mengontrol terlaksananya program pengolahan bijih besi mandiri. Dana-dana harus diprioritaskan untuk tujuan tersebut di samping harus selalu mendorong elemen lain untuk bekerja keras mensukseskan program tersebut. Nilai ekonomi pasokan baja nasional (5-6 juta ton) melebihi 30 trilyun pertahun dan akan semakin meningkat seiring dengan kemajuan industri. Sementara itu, dana yang berkaitan dengan riset untuk pengembangan teknologi pengolahan bijih besi mandiri sangat sedikit bahkan cenderung tidak ada. Para peneliti di pusat-pusat penelitian harus bersaing untuk mendapatkan dana riset yang tersedia untuk pengembangan teknologi pengolahan bijih besi lokal karena tidak adanya prioritas yang mendukung program tersebut.

Lembaga penelitian. Sebagian besar lembaga penelitian yang mengembangkan riset di bidang pengolahan bijih besi sendiri-sendiri dan kurang melakukan koordinasi dengan lembaga lain atau dengan industri terkait. Walhasil, teknologi yang dikembangkan tidak bersifat integrated (menyeluruh) dan hasilnya masih belum bisa diterapkan ke industri terkait. Tidak terfokus dan terpusatnya program dan lokasi pengolahan bijih besi, semakin menjauhkan dari tujuan dan harapan yang diinginkan. Oleh karenanya, lembaga-lembaga yang memiliki fasilitas dan SDM serta fungsi yang berkaitan dengan perbajaan harus bersama-sama dan bekerja sama memprioritaskan riset dan dananya untuk tujuan membuat riset terpadu guna membangun pengolahan bijih besi mandiri.

Peneliti. Peneliti merupakan elemen kunci bagi pengembangan teknologi pengolahan bijih besi. Bahan baku lokal, seperti laterit dan pasir besi yang memiliki sifat-sifat unik (banyak pengotor Ti, V, Ni, Co, dan lain-lain) perlu diolah dengan teknologi tertentu. Para peneliti terkadang masih bersifat individual, dalam artian kurang bisa bekerja sama dengan peneliti di lembaga lain. Padahal teknologi yang telah dikuasainya masih harus digabung atau diintegrasikan dengan teknologi lain agar dapat menghasilkan sesuatu yang diinginkan. Keterbatasan dana penelitian juga masih menjadi faktor dominan para peneliti untuk tidak kreatif berkarya. Selain itu arahan masing-masing lembaga kepada para peneliti harus sering diberikan.

Industri. Industri adalah pelaku utama yang menjembatani temuan-temuan teknologi para peneliti kepada pemenuhan kebutuhan masyarakat. Atau dengan kata lain, industri berperan mengubah engineering frontier (teknologi yang tersedia di laboratotium) menjadi economic knowledge (teknologi bernilai ekonomi) dalam bentuk produk. Untuk membuat produk, industri akan menyedot tenaga kerja, yang pada akhirnya dapat meningkatkan perekonomian masyarakat. Jadi, industrilah yang berperan langsung meningkatkan taraf hidup masyarakat. Namun, ketika

- 36 -

produk tidak berkualitas atau tidak memenuhi standar di pasar, maka industri akan menerima kerugian. Untuk dapat memenangkan persaingan, industri harus selalu menjaga kualitas produknya dengan selalu meningkatkan R&D dengan menjalin kerja sama dengan peneliti di lembaga penelitian.

Sebagian besar industri nasional dalam sektor riil berkaitan erat dengan perbajaan. Hampir seluruh peralatan produksi dan transportasi didominasi dengan baja. Tersendatnya pengadaan peralatan industri karena krisis baja dan harga yang mahal akan menurunkan kinerja proses produksi. Industri-industri yang berkaitan langsung dengan perbajaan, misalnya industri pengecoran, otomotif, peralatan pertanian, dan lain-lain harus mau berhimpun dan ikut berperan serta mendukung program pengolahan bijih besi mandiri. Di samping menjalin mitra kerjasama dengan sesama industri, mereka juga harus mau menjadi mitra lembaga penelitian dalam pengembangan riset baja melalui pemberian informasi permasalahan teknologi yang sedang dihadapi. Industri juga diharapkan siap membantu memasarkan hasil riset peneliti yang menunjang peningkatan kualitas produksinya.

Oleh karenanya penguasaan teknologi pemurnian skrap baja harus dibarengi dengan sebuah tim pemerintah-lembaga penelitian-industri yang solid untuk bisa menyelamatkan perekonomian bangsa ini. Semoga !

- 37 -