Baja Tahan Karat

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.

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.

Baja tahan karat sering dikenal dengan sebutan stainless steel (Bahasa Inggris). Baja tahan karat mengandung chromium minimal 10,5 % (ada juga yang menyebutkan minimal 12 %). Chromium bersifat unik, yang dapat membentuk lapisan pasif pada permukaan baja. Hal tersebut dapat memberikan perlindungan dari karat. Berdasarkan struktur mikro atau mekanisme peningkatan kekuatannya, baja tahan karat dibagi menjadi lima jenis. Jenis-jenis baja tahan karat antara lain:

• Baja tahan karat austenitic.
• Baja tahan karat ferritic.
• Baja tahan karat duplex.
• Baja tahan karat martensitic.
• Precipitation hardening stainless steel.

Baja Tahan Karat Austenitic

Austenitic stainless steel memiliki paduan yang cukup untuk menstabilkan austenite pada suhu ruang. Baja ini bersifat non ferromagnetic. Baja tahan karat austenitic memiliki sifat mampu bentuk dan keuletan pada suhu rendah yang sangat baik. Selain itu baja tahan karat austenitic juga memiliki sifat mampu las dan ketahanan karat yang sangat baik. Baja tahan karat jenis ini sangat cocok diterapkan pada sistem dengan suhu tinggi. Di sisi lain baja tahan karat austenitic relatif memiliki kekuatan yield yang rendah dan hanya dapat ditingkatkan kekuatannya dengan pengerjaan dingin (cold working), precipitation hardening, atau substitutional solid solution strengthening.

Menurut standar AISI-SAE, baja tahan karat austenitic umumnya memiliki nomor 3xx. Material AISI-SAE 3xx merupakan paduan ferro-karbon-chromium-nickel dengan kandungan chromium sebesar 16 - 26 % dan kandungan nickel sebesar 6 - 22 %. Baja tahan karat austenitic yang populer adalah tipe AISI-SAE 304, di mana mengandung 18 - 20 % Cr dan 8 - 12 % Ni.

Pada baja tahan karat austenitic, pembatasan karbon sangatlah penting. Ketika dipanaskan, karbon akan membentuk chromium carbide yang mengendap pada batas butir austenite dan menimbulkan kondisi yang dikenal dengan istilah sensitization. Karena chromium terikat sebagai carbide, maka chromium akan berdekatan dengan batas atom dan memberikan ruang kosong sebagai tempat terbentuknya karat. Sensitization dapat diubah dengan memanaskan baja pada suhu 1040 - 1150 °C dan diikuti dengan pendinginan ke suhu ruang dengan cepat. Suhu tinggi bisa menyebabkan carbide hancur. Sedangkan pendinginan cepat dapat mencegah pengendapan ulang dari carbide.

Baja Tahan Karat Ferritic

Baja tahan karat ferritic merupakan baja dengan paduan chromium 10,5 - 30 % dan karbon kurang dari 0,12 %. Nickel tidak digunakan pada baja tahan karat ferritic kecuali dalam jumlah kecil (kurang dari 1 %, pada paduan tertentu). Baja tahan karat ferritic memiliki struktur mikro ferrite dan bersifat ferromagnetic. Baja tahan karat jenis ini relatif murah. Baja tahan karat ferritic juga memiliki tingkat kekuatan yang baik dan memiliki sifat mampu bentuk yang cukup.

Baja Tahan Karat Duplex

Baja tahan karat duplex merupakan baja dengan paduan chromium, nickel, dan molybdenum yang memiliki campuran (duplex) struktur mikro dengan persentase ferrite dan austenite hampir sama (keduanya sekitar 50 %). Sifat tahan karat dari baja tahan karat duplex mirip dengan baja tahan karat austenitic. Baja tahan karat duplex memiliki kekuatan yang lebih tinggi daripada baja tahan karat austenitic. Selain itu, baja tahan karat duplex juga memiliki ketahanan retak akibat karat yang lebih baik daripada baja tahan karat austenitic. Sifat lain dari baja tahan karat duplex antara lain lebih ulet serta memiliki sifat mampu bentuk dan mampu las yang lebih baik.

Baja Tahan Karat Martensitic

Baja tahan karat martensitic dibuat dengan mengubah baja paduan dari fase austenite ke martensite. Perubahan menjadi martensite terjadi bila baja paduan dipanaskan pada kisaran suhu 800 - 1400 °C dan di-quench menuju suhu ruang. Baja tahan karat jenis ini mengandung chromium kurang dari 17 % dan karbon hingga 1 %. Baja tahan karat jenis ini juga memiliki kekuatan yang lebih tinggi dibanding dengan baja tahan karat austenitic dan ferritic. Baja tahan karat martensitic biasanya digunakan sebagai bahan pembuatan pisau kualitas tinggi dan ball bearing.

Precipitation Hardening Stainless Steel

Precipitation hardening stainless steel merupakan baja tahan karat yang memiliki kekuatan dan keuletan tinggi melalui penambahan aluminium, titanium, niobium, tantalum, vanadium, atau nitrogen. Pada baja tahan karat jenis ini, pengendapan terbentuk selama proses perlakuan panas. Struktur mikro yang terbentuk pada precipitation hardening stainless steel bisa martensitic maupun austenitic tergantung dari komposisi dan proses pembuatannya.

Aplikasi Baja Tahan Karat

Aplikasi dari stainless steel antara lain:

• Komponen di bidang otomotif.
• Tangki penyemprot di bidang pertanian.
• Katup temperatur tinggi.
• Ruang pembakaran.
• Cetakan kaca.
• Peralatan untuk memproses bahan kimia dan makanan.
• Cryogenic vessel.
• Konstruksi las.
• Rifle barrel.
• Komponen mesin jet.
• Alat potong.
• Bearing.
• Alat bedah.

Referensi

M. Kutz, 2006, Mechanical Engineers’ Handbook, edisi 3.