Baja Karbon

Baja Secara Umum

Baja (steel) merupakan material yang sering digunakan dan dijumpai pada kehidupan kita sehari-hari. Kandungan utama dalam baja adalah ferrous atau iron. Selain ferrous, ada kandungan lain yang selalu ada pada baja. Kandungan lain yang selalu ada dalam baja adalah karbon dan manganese.

Gambar 1. Baja Karbon.
(Sumber: Lanco Pipes & Fittings.)

Baja adalah bahan yang serbaguna. Baja menyumbang lebih dari 60 % berat kendaraan. Baja mudah dibentuk menjadi bodi luar mobil. Baja material yang kuat. Baja bisa digunakan pada rangka bodi dan poros penggerak. Baja bisa didaur ulang dan mudah dipisahkan dari bahan lain dengan magnet. Harga baja juga tergolong murah.

Baja dapat dibagi menjadi dua kategori yakni baja standar dan baja tool. Berdasarkan komposisi kimianya, baja standar dapat dibagi menjadi tiga kelompok. Ketiga kelompok baja standar antara lain baja karbon, baja paduan, dan baja tahan karat. Berikut akan dibahas mengenai baja karbon.

Baja Karbon (Carbon Steel atau Plain-carbon Steel)

Baja karbon mengandung ferrous, karbon, dan manganese. Komposisi lain yang terkadang ditambahkan pada baja karbon antara lain silicon, phosphorus, sulfur, dan tembaga. Kandungan karbon pada baja karbon sebesar kurang dari 2,06 %. Sedangkan kandungan manganese pada baja karbon sebesar kurang dari 1,65 %. Untuk kandungan tambahan lainnya seperti silicon kurang dari 0,6 %, phosphorus kurang dari 0,02 %, sulfur kurang dari 0,02 %, dan tembaga kurang dari 0,6 %.

Berdasarkan kandungan karbonnya, baja karbon dibagi menjadi empat kelompok. Keempat kelompok tersebut antara lain:

• Baja karbon dengan kandungan karbon kurang dari 0,15 %. Pada baja karbon kelompok ini, jika kandungan karbon kurang dari 0,05 % dikenal dengan istilah baja sangat lunak atau baja karbon sangat rendah (dead mild steel). Sedangkan jika kandungan karbon 0,08-0,15 % dikenal dengan baja lunak atau baja karbon rendah (mild steel). Baja karbon kelompok ini bersifat mudah dibentuk. Aplikasinya antara lain untuk membuat lembaran, strip, kawat, batangan, tabung, paku, dan sekrup.
• Baja karbon dengan kandungan karbon 0,15-0,3 %. Baja karbon kelompok ini dikenal dengan istilah baja lunak atau baja karbon rendah (mild steel). Baja karbon rendah bersifat mudah dibentuk. Aplikasi baja karbon rendah antara lain untuk membuat lembaran, strip, pelat, kawat, batangan, baja struktur, baja profil (section), dll.
• Baja karbon dengan kandungan karbon 0,3 % sampai mendekati 0,55 %. Baja karbon jenis ini dikenal dengan istilah baja karbon sedang (medium carbon steel). Baja karbon sedang memiliki kekerasan dan kekuatan di atas baja karbon rendah. Akan tetapi sifat mampu bentuk baja karbon sedang lebih buruk dibandingkan baja karbon rendah. Kandungan karbon pada baja karbon sedang sangat mendukung untuk dilakukannya proses perlakuan panas hardening. Aplikasi baja karbon sedang antara lain sebagai bahan pembuatan poros, as, roda gigi, pegas, dll.
• Baja karbon dengan kandungan karbon 0,55-1,0 %. Baja karbon jenis ini dikenal dengan istilah baja karbon tinggi (high carbon steel). Baja karbon tinggi memiliki tingkat kekerasan dan kekuatan yang paling besar dibandingkan dengan baja karbon lainnya. Aplikasi baja karbon tinggi antara lain sebagai bahan pembuatan rel kereta, alat potong, punch, die, palu, pisau, kapak, pegas, dll.

Apabila ditinjau berdasarkan standar atau sistem SAE/AISI, baja karbon diklasifikasikan menjadi empat kelompok. Berikut kelompok baja karbon menurut sistem SAE/AISI:

• Baja karbon nonresulfurized dengan nomor bahan SAE/AISI 10xx. Baja karbon SAE/AISI 10xx mengandung manganese sebesar 0,25-1,00 %.
• Baja karbon resulfurized dengan nomor bahan SAE/AISI 11xx. Baja karbon ini mengandung sulfur sebesar 0,08-0,33 %. Walaupun sulfur seharusnya dibatasi agar tidak lebih dari 0,02 %, namun penambahan sulfur yang banyak ini dilakukan untuk meningkatkan machinability dari baja karbon ini. Oleh karena itu, baja karbon resulfurized dikenal dengan istilah baja karbon free-machining.
• Baja karbon rephosphorized dan resulfurized dengan nomor bahan SAE/AISI 12xx. Baja karbon ini mengandung sulfur 0,16-0,35 % dan phosphorus 0,04-0,12 %. Baja karbon SAE/AISI 12xx juga dikenal dengan istilah baja karbon free-machining.
• Baja karbon dengan manganese tinggi, memiliki nomor bahan SAE/AISI 15xx. Baja karbon ini memiliki tingkat manganese yang lebih tinggi dibandingkan baja karbon SAE/AISI 10xx. Kandungan manganese pada baja karbon SAE/AISI 15xx sebesar 1,00-1,65 %.

Industri Baja

Di sebagian besar dunia, baja diproduksi oleh fasilitas baja terintegrasi yang menghasilkan baja dari bahan baku dasar, yaitu bijih besi, kokas, dan batu kapur. Namun, segmen industri baja yang tumbuh paling cepat adalah minimill. Minimill melelehkan baja bekas sebagai bahan bakunya. Kedua jenis fasilitas tersebut menghasilkan berbagai macam bentuk baja, termasuk produk lembaran, pelat, struktural, rel kereta api, dan batang.

Pembuatan besi kasar
Saat membuat baja dari bijih besi, tanur secara kimiawi mereduksi bijih (oksida besi) dengan karbon dalam bentuk kokas. Kokas adalah massa karbon seperti spons yang dihasilkan dari batu bara. Batu kapur ditambahkan sebagai flux untuk memudahkan peleburan dan pembentukan terak. Terak yang mengapung di atas besi cair, menyerap banyak kotoran yang tidak diinginkan. Produk dari tanur disebut besi kasar.

Pembuatan baja
Baja dibuat dengan basic oxygen furnace (BOF). Bahannya menggunakan besi kasar. Baja bekas ditambahkan untuk mengencerkan karbon dan kotoran lain pada besi kasar (pig iron). Gas oksigen dihembuskan ke dalam bejana. Oksigen berinteraksi dengan pig iron cair untuk mengoksidasi elemen yang tidak diinginkan. Elemen tersebut antara lain: karbon berlebih, mangan, silikon, sulfur, dan fosfor. Di dalam BOF, logam cair dianalisis secara kimiawi untuk mengetahui tingkat karbon dan pengotor. Jika sudah siap, BOF dimiringkan dan baja cair dituangkan ke dalam ladle. Saat baja cair berada di dalam ladle, elemen paduan tertentu dapat ditambahkan untuk menghasilkan komposisi kimia yang diinginkan. Pada proses ini baja dipertahankan pada suhu tertentu dengan panas eksternal dari elektroda. Setelah komposisi kimia yang diinginkan tercapai, ladle dapat ditempatkan dalam ruang vakum untuk menghilangkan gas yang tidak diinginkan seperti hidrogen dan oksigen.

Penuangan
Sebagian besar baja dicetak menjadi bentuk padat melalui proses penuangan. Di sini, cairan mulai memadat dalam cetakan. Baja yang sudah padat dapat diambil dari cetakan. Setelah itu baja diproses lebih lanjut seperti proses penempaan, pengerolan, permesinan, dan lain-lain.

Referensi

Grote dan Antonsson, 2008, Springer Handbook of Mechanical Engineering.
M. Kutz, 2006, Mechanical Engineers’ Handbook, edisi 3.