Baja

Baja adalah logam paduan berbahan dasar besi. Besi murni mempunyai sifat yang kurang kuat dan mudah berkarat, namun memiliki tingkat keuletan yang tinggi. Logam besi pada baja dipadukan dengan beberapa elemen lainnya, termasuk unsur karbon untuk memodifikasi karakteristiknya. Beberapa logam yang umum dijadikan paduan adalah Nikel, Mangan, Aluminium, dan Bismuth. Unsur lain yang lebih jarang digunakan antara lain Titanium, Vanadium, Kromium, Tungsten, Molybdenum, Boron, dan Niobium. Perbandingan bahan penyusun baja akan berpengaruh pada sifat dan karakteristik baja itu sendiri.

Jembatan Baja.

Unsur Karbon (C) biasa ditambahkan pada baja untuk meningkatnya kekuatannya. Karbon pada baja menyebabkan kekuatan baja mengalami peningkatan namun karbon juga menyebabkan elastisitas baja berkurang. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% dari berat keseluruhan. Terlalu banyak persentase karbon akan menyebabkan baja getas atau mudah patah.

Besi dapat terbentuk menjadi dua bentuk kristal yaitu Body Center Cubic (BCC) dan Face Center Cubic (FCC), tergantung dari tempraturnya ketika ditempa. Dalam susunan bentuk BCC, ada atom besi ditengah-tengah kubus atom, dan susunan FCC memiliki atom besi disetiap sisi pada enam sisi kubus atom. Interaksi alotropi yang terjadi antara logam besi dengan elemen pemadu, seperti karbon, yang membuat baja dan besi tuang memiliki ciri khas yang ada pada diri mereka.

Meskipun baja sebelumnya telah diproduksi oleh pandai besi menggunakan tungku pembakar selama ribuan tahun, penggunaannya menjadi semakin bertambah ketika metode produksi yang lebih efisien ditemukan pada abad ke-17. Dengan penemuan proses Bessemer di pertengahan abad ke-19, baja menjadi material produksi massal yang membuat harga produksinya menjadi lebih murah. Saat ini, baja merupakan salah satu material paling umum di dunia, dengan produksi lebih dari 1,3 miliar ton tiap tahunnya menggantikan besi tempa. Baja merupakan komponen utama pada bangunan, infrastruktur, kapal, mobil, mesin, perkakas, dan senjata.

Baja modern secara umum diklasifikasikan berdasarkan kualitasnya oleh beberapa lembaga-lembaga standar. Proses pemurnian lanjutan, seperti basic oxygen steelmaking (BOS), menggantikan sebagian besar metoda-metoda lama dengan menurunkan biaya produksi dan meningkatkan kualitas produk akhir.

Industri baja merupakan unsur vital dalam Industrialisasi. Tanpa industri baja yang baik industrialisasi tidak akan berjalan. Pentingnya industri baja mengingat penggunaan baja dalam pembangunan infrastruktur, komponen mesin, dan transportasi. Industri baja mampu menyerap banyak tenaga, selain itu industri baja membutuhkan teknologi tinggi dengan didukung tenaga kerja terampil. Dalam sejarahnya, Uni Soviet menjadikan industri baja menjadi prioritas dalam Industrialisasi Soviet pada tahun 1929 - 1941. Menurut statistik, Tiongkok dan India merupakan 2 negara produsen baja terbesar.

Definisi dan material terkait

Kata Baja dalam bahasa inggris, yaitu steel berasal dari kata keterangan Proto-Germanic yaitu stahlija atau stakhlijan (terbuat dari baja), yang terkait dengan stahlaz atau stahlija (berdiri tegap).

Seperti yang sudah diulas, kandungan karbon dalam paduan baja ialah antara 0.002% sampai 2.14% dari berat paduan besi–karbon. Jumlah ini bisa bervariasi tergantung dari elemen pemadu yang ada didalam paduan seperti mangan, krom, nikel, besi, tungsten, karbon, dan lain sebagainya. Pada dasarnya, baja adalah paduan besi-karbon yang tidak menjalani reaksi eutektik. Kebalikannya, besi tuang justru mengalami reaksi tersebut. Apabila kandungan karbon dalam baja terlalu sedikit, maka besi murni dalam paduan akan menjadi ulet, lembek, dan lemah. Kandungan karbon yang lebih tinggi dari baja normal akan membuat satu paduan yang sering disebut besi babi. Meskipun besi yang berhasil terpadu dengan karbon disebut baja karbon, baja paduan sendiri adalah baja yang dimasukan dengan paduan elemen lain dengan tujuan untuk memberikan karakteristik tertentu terhadap baja tersebut. Elemen-elemen pemadu yang umum dipadukan adalah: mangan, nikel, kroma, molybdenum, boron, titanium, vanadium, tungsten, kobalt, dan niobium. Elemen lain yang penting dalam pembuatan baja: fosfor, belerang, silikon, dan adanya sedikit oksigen, nitrogen, dan tembaga, yang biasanya tidak boleh ada dalam kandungan baja.

Paduan besi-karbon saja tanpa elemen lain dengan kandungan karbon 2.1% biasa disebut besi tuang. Dengan teknik pembuatan baja modern seperti pembentukan bubuk logam, proses ini bisa menghasilkan baja dan material lain dengan kandungan karbon amat tinggi. Besi Tuang tidak mudah untuk dilunakkan bahkan ketika dipanaskan, tapi bisa dibentuk dengan proses penuangan karena besi ini memiliki titik leleh yang rendah serta memiliki properti kemudahan penuangan yang baik. Sebagian komposisi dari besi tuang, meskipun masih lebih ekonomis apabila di lebur dan tuang, bisa diberi perlakuan panas setelah dituang untuk membuat benda dengan karakteristik besi lunak atau besi ulet. Baja berbeda dari besi tempa (sekarang sudah kuno), yang mana besi tersebut mengandung sedikit karbon tetapi banyak sekali mengandung terak

Karakteristik material

Diagram fasa besi-karbon.

Berbagai sampel baja flatbar tempa-total. Yang pertama di paling kiri, adalah baja yang sudah normal. Yang kedua telah melalui martensit tanpa tempa, proses penyiraman. Bagian lainnya telah melalui proses tempa di oven menurut temperatur mereka masing-masing, selama satu jam. "Standar tempaan" seperti ini biasa digunakan oleh pandai besi sebagai pembanding, memastikan bahwa pekerjaan mereka ditempa sesuai dengan warna yang diinginkan.

Besi dapat ditemukan pada bagian kerak bumi hanya dalam bentuk bijih, biasanya dalam bentuk besi oksida seperti magnetit dan hematit. besi diekstraksi dari bijih besi dengan menghilangkan atom oksigen dan kemudian menggabungkannya kembali dengan atom lain seperti karbon. Proses ini disebut peleburan, yang pertamakali digunakan pada logam dengan titik lebur yang lebih rendah dari besi seperti timah, yang meleleh di titik 250 °C (482 °F), serta tembaga yang meleleh di titik 1.100 °C (2.010 °F), kemudian kombinasi dari timah dan tembaga yaitu perunggu, yang titik lelehnya lebih rendah dari 1.083 °C (1.981 °F) . Sebagai pembanding, besi tempa meleleh di sekitar suhu 1.375 °C (2.507 °F). Ada sejumlah kecil besi yang sudah melalui proses ini pada masa lampau dengan cara memanaskan bijih yang ditanam pada bara api dan kemudian menggabungkan kedua logam dengan menempanya menggunakan palu. Kandungan karbon yang terkandung juga dapat dikontrol.

Temperatur tinggi pada proses peleburan dapat dicapai dengan metode kuno yang sudah dipakai sejak zaman Perunggu. Karena tingkat oksidasi besi meningkat sangat cepat diatas suhu 800 °C (1.470 °F), maka harus diperhatikan bahwa proses peleburan harus dilaksanakan pada lingkungan dengan tingkat oksigen rendah. Proses peleburan akan menghasilkan paduan yang dinamakan baja. Kelebihan karbon dan pengotor lainnya dapat dihilangkan dengan beberapa proses bertahap.

Beberapa material lainnya juga ditambahkan ke campuran besi/karbon untuk mendapatkan baja dengan karakteristik yang diinginkan. Nikel dan mangan ditambahkan untuk menambah kekuatan, krom ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan dan titik didih, serta penambahan vanadium juga menambah kekerasan serta mengurangi dampak kelelahan logam.

Untuk mencegah korosi, harus ditambahkan kromium paling sedikit 11% wt sehingga membentuk oksida yang keras pada permukaan baja; baja ini dikenal dengan stainless steel (baja anti noda). Tungsten ditambahkan pada pembentukan cementit, sehingga pada kecepatan penyiraman yang lebih rendah akan membentuk martensit. Di sisi lain, sulfur, nitrogen, dan fosfor membuat baja menjadi getas, sehingga elemen ini harus dipisahkan ketika pemrosesan.

Densitas baja bervariasi tergantung dari unsur pembentuknya, namun umumnya berada di antara 7.750 dan 8.050 kg/m³ (484 dan 503 lb/cu ft), atau 775 dan 805 g/cm³ (448 dan 465 oz/cu in).

Meski dalam rentang konsentrasi campuran yang rendah besi dan karbon membentuk baja, namun dapat terbentuk berbagai macam struktur metalurgi yang berbeda dengan sifat yang sangat berbeda pula. Memahami sifat-sifat ini sangat penting dalam produksi baja. Pada suhu ruangan, bentuk besi yang paling stabil adalah struktur body-centered cubic (BCC) yang disebut ferrit atau besi-α. Besi ini merupakan logam lunak yang hanya dapat melarutkan karbon dalam konsentrasi kecil, tidak lebih dari 0.021 wt% pada 723 °C (1.333 °F), dan hanya 0.005% pada 0 °C (32 °F). Pada 910 °C besi murni berubah menjadi struktur face-centered cubic (FCC), yang disebut austenit atau besi-γ. Struktur FCC austenit dapat melarutkan karbon lebih banyak, sampai 2.1% (karbonnya 38 kali ferrit) pada 1.148 °C (2.098 °F), yang disebut besi tuang (cast iron).

Ketika baja dengan kandungan karbon kurang dari 0,8% dipanaskan, maka fase austenitic (FCC) campuran mencoba berubah menjadi fase ferrit (BCC), menghasilkan karbon yang berlebih. Kandungan karbon didalamnya tidak lagi pas didalam struktur austenit FCC. Salah satu cara untuk kandungan karbon supaya bisa terlepas dari austenit tersebut adalah dengan menggunakan reaksi pengendapan solusi cairan material tersebut menjadi sementit, sehingga tersisa besi fasa BCC disekitarnya yang disebut ferit yang kandungan karbonnya lebih rendah. Kedua solusi ini, ferit dan sementit, mengendap secara bersamaan dan membuat sebuah struktur berlapis yang disebut pearlit, dinamai begitu karena kesamaanya dengan material ibu segala mutiara. Dalam sebuah komposisi hypereutectoid (kandungan karbon diatas 0.8%), karbon tersebut akan mengendap terlebih dahulu dengan bentuk sebagai sementit, masuk kedalam bulir pinggiran austenit sampai presentase karbon didalam bulir berkurang hingga mencapai komposisi eutektoid (0.8% karbon), disaat bersamaan struktur pearlit terbentuk. Untuk baja yang memiliki komposisi hypoeutektoid (kandungan karbon dibawah 0.8%), ferit akan terbentuk didalam bulir-bulir besi hingga komposisi lainnya akan naik hingga mencapai 0.8% bagian karbon, dimana struktur pearlit akan terbentuk pada saat yang bersamaan. Contoh tersebut berasumsi bahwa proses penyiraman terjadi perlahan, memberikan waktu yang cukup untuk migrasi karbon dalam cairan solusi.

Dengan meningkatnya kecepatan penyiraman, karbon akan memiliki waktu yang lebih sedikit untuk membentuk karbit pada pinggiran bulir namun akan menghasilkan pearlit yang semakin halus dan halus dalam jumlah besar di dalam struktur bulir tersebut; itulah alasannya kenapa karbit disebar berjauhan dan berfungsi sebagai pencegah cacat didalam bulir tersebut, menghasilkan perkerasan struktur baja. Pada pendinginan kecepatan sangat tinggi yang dihasilkan oleh proses penyiraman, kandungan karbon tidak sempat lagi bermigrasi tapi terkunci ditengah-tengah permukaan austenit dan membentuk martensit. Martensit ialah sebuah bentuk karbon dan besi yang disupersaturasi juga sangat tertekan dan terbebani sehingga sangatlah keras namun rapuh dan tidak elastis. Tergantung dari kandungan karbonnya, fase martensitik sendiri terdiri dari beberapa bentuk. Dibawah 0.2% kandungan karbon, maka akan terbentuk kristal BCC ferit, tapi pada kandungan karbon yang lebih tinggi martenit akan membentuk struktur tetragonal terpusat (BCT). Tidak ada aktifasi energi panas untuk perubahan wujud dari austenit ke martensit. Lebih dari itu, tidak ada perubahan komposisional sehingga atom-atom penyusun biasanya tidak berganti pasangan.

Martensit memiliki kepadatan yang lebih rendah dari austenit karena mengembang ketika terjadi pendinginan, jadi perubahan wujud yang terjadi antara mereka hanyalah perubahan volume. Dalam hal ini, pengembangan terjadi. Beban internal dari penggembungan ini biasanya berwujud kompresi fisik terhadap kristal martensite dan tekanan terhadap ferit sisanya, dan pergeseran yang cukup banyak pada keduanya.Apabila penyiraman tidak dilaksanakan dengan benar, beban internal dalam baja tersebut akan mengakibatkan pecahnya struktur ketika pendinginan. Paling minimal hal ini akan menyebabkab perkerasan kerja dan ketidaksempurnaan lainnya. Sangat umum terjadinya getas penyiraman untuk terbentuk ketika baja diberi perlakuan penyiraman air, meskipun tidak selalu terlihat mata.

Perlakuan panas

Ada berbagai perlakuan panas yang biasa digunakan pada proses pengolahan baja. Perlakuan panas yang paling sering digunakan adalah penganilan, pendinginan cepat, dan penemperan. Penganilan adalah perlakuan panas terhadap baja yang dilakukan dengan memanaskan baja hingga temperatur cukup tinggi untuk membuat baja lunak. Proses ini terjadi dalam tiga tahapan, pemulihan, rekristalisasi, dan penumbuhan butir. Temperatur yang dibutuhkan untuk penganilan bergantung pada jenis annealing dan kandungan elemen campuran dalam baja.

Peninginan cepat dan penemperan awalnya melibatkan pemanasan baja hingga fasanya berubah menjadi austenit lalu dilakukan pendinginan menggunakan media pendingin oli atau air. Penurunan temperatur yang tiba-tiba menghasilkan struktur martensit yang keras dan getas. Baja lalu diproses melalui proses penemperan yang merupakan salah satu jenis dari penganilan. Pada proses ini sebagian dari struktur martensit akan berubah menjadi sementit, atau sferoidit untuk mengurangi tegangan internal dan cacat dalam baja, sehingga baja lebih ulet dan lebih tahan terhadap keretakan.

Produksi baja

Artikel utama: Pembuatan baja

Lihat pula: Daftar negara menurut produksi baja

Pelet bijih besi untuk produksi baja

Pengertian proses ereksi pada konstruksi baja secara umum adalah suatu proses yang terdiri dari perakitan komponen baja sehingga menjadi satu kesatuan yang dilaksanakan di lapangan. Proses ereksi terdiri dari proses pengangkatan dan menempatkan komponen baja ke posisi yang diinginkan, kemudian menghubungkan mereka bersama-sama.

Setelah besi melalui proses peleburan dari bijih, besi tersebut akan mengandung karbon yang berlebih. Untuk menjadikannya baja yang normal, perlu dilelehkan dan diproses ulang untuk mengurangi kandungan karbonnya hingga mencapai jumlah yang diinginkan, maka setelah itu elemen-elemen lain dapat ditambahkan. Cairan ini lalu dituang secara terus-menerus membentuk lempeng besi panjang atau dituang menjadi batangan baja. Sekitar 96% baja dituang secara kontinu dan 4%nya diproduksi dalam wujud batangan ingot.

Batangan-batangan ingot ini kemudian dipanaskan didalam lubang peluruh dan digulung ketika masih panas menjadi lempengan, billet, atau billet tempa. Lempengan akan digulung panas atau dingin menjadi lembaran logam atau pelat. Billet yang bersuhu dingin atau panas digulung menjadi batangan, tongkat, dan kabel. Tempaan digulung dingin atau panas menjadi baja struktural, seperti I-beam dan besi rel. Dalam sebuah pabrik baja modern proses-proses ini terjadi di dalam sebuah jalur perakitan, bijih besi masuk dan produk baja keluar. Kadang setelah baja tersebut selesai digulung kemudian diberi perlakuan panas untuk peningkatan kekuatan, tetapi jarang dilaksanakan.

Baja karbon dan baja tahan karat

Baja merupakan sejenis paduan, artinya dibuat dengan cara mencampurkan beberapa unsur berbeda. Komposisi unsur paling utama dari baja yaitu besi. Sementara stainless steel merupakan jenis baja khusus. Perbedaan baja dan stainless steel adalah stainless steel mempunyai seluruh sifat baja. Akan tetapi baja tidak memiliki sifat stainless yang tidak bisa berkarat atau tidak korosif. Baik baja maupun stainless steel, keduanya merupakan bahan yang sering dimanfaatkan di dunia. Perbedaan baja dan stainless steel,keduanya terlihat dari komposisi, sifat, harga, berat dan lainnya. Keduanya merupakan sejenis logam sekaligus material umum yang diaplikasikan di dunia. Banyak dipakai, baik untuk aplikasi konsumen maupun komersial. Baik baja maupun stainles steel, memiliki properti yang bervariasi, dilihat dari tingkat keuletan, kekuatan, biaya, kekerasan dan lainnya. Selain itu, perbedaan utama bisa dilihat dari unsur yang biasanya ditambahkan ke dalam baja dan membuatnya berguna. Stainless steel bisa dikatakan sebagai baja paduan dengan kandungan Cr minimal 10,5%. Memiliki daya tahan terhadap oksidasi tinggi pada suhu lingkungan di udara. Hal ini dikarenakan stainless steel mempunyai tambahan minimal sebanyak 13% krom. Unsur krom membentuk lapisan yang tidak aktif dari CR2O3 atau Kromium (III) Oksida saat bertemu dengan oksigen. Namun lapisan tersebut terlalu tipis, karenanya logam tetap terlihat berkilau. Selain itu, sifat lainnya adalah tahan udara dan air, dapat melindungi logam di bagian bawah lapisan. Ini adalah fenomena yang dinamakan passivation.

Stainless Steel adalah nama generik untuk sekelompok logam berdasarkan kromium dan besi. Logam ini sangat tahan korosi dan relatif tidak reaktif dengan sebagian besar bahan kimia. Karena sifat-sifat ini, mereka sangat tahan lama dan higienis. Sifat baja tahan karat menjadi pilihan untuk berbagai produk, mulai dari peralatan makan hingga peralatan medis hingga bahan konstruksi. Lembaran baja tahan karat adalah bahan yang sangat baik yang biasa digunakan di dapur, fasilitas kesehatan, dan industri manufaktur karena sifat anti-noda dan anti-karatnya. Mudah dibersihkan dan dapat disterilkan, sehingga ideal untuk aplikasi yang membutuhkan kebersihan ekstrem. Selain mudah dibersihkan, stainless steel juga memiliki ketahanan yang tinggi terhadap panas dan korosi, sehingga cocok untuk aplikasi seperti peralatan medis, instrumen bedah, dan peralatan makan.

Stainless steel hadir dalam berbagai jenis dan tingkatan. Ada empat jenis utama: austenitik, martensitik, dan feritik. Austenitik adalah jenis yang paling umum, dengan kandungan nikel antara 7% dan 27%. Baja tahan karat austenitik dapat menahan suhu tinggi dan banyak digunakan dalam aplikasi rumah tangga dan industri. Baja feritik juga sangat tahan korosi dan memiliki banyak kegunaan dalam arsitektur dalam ruangan. Baja tahan karat martensit sangat keras, dengan kandungan kromium 13% dan umumnya digunakan untuk bilah turbin.

Baja tahan karat adalah paduan berbahan dasar besi dengan kandungan krom minimal 10,5%. Ketahanan korosinya tidak tertandingi oleh kebanyakan logam lainnya. Baja tahan karat umumnya digunakan dalam pembuatan peralatan, mesin, dan bahkan dalam instrumen bedah. Panel dinding baja tahan karat, tonggak baja tahan karat, dan pagar stainless steel adalah produk modern untuk proyek arsitektur, mereka tersedia secara luas di kelas yang berbeda. Sifat masing-masing kelas tergantung pada elemen paduan yang digunakan. Elemen paduan yang menentukan adalah kromium, yang membentuk lapisan pasif yang melindungi material dari karat dan korosi. Kelas baja tahan karat tipikal mengandung kromium 12,8% dan karbon 0,24%. Untuk alasan ini, ini adalah bahan yang ideal untuk banyak aplikasi.

Ada banyak aplikasi berbeda untuk baja tahan karat di industri. Misalnya, baja tahan karat digunakan dalam pompa cairan bertekanan tinggi. Jenis tekanan yang dibutuhkan bervariasi dengan kelas baja tahan karat yang digunakan. Nilai baja tertentu juga tahan terhadap suhu dan tekanan tinggi. Karakteristik ini membuat baja tahan karat menjadi bahan yang diinginkan untuk aplikasi ini. Juga digunakan untuk pengencang di kokpit terbang pesawat. Baja tahan karat juga digunakan untuk dek penerbangan utama dan sistem pembuangan mesin. Komponen-komponen ini meningkatkan kemampuan manuver, menghilangkan bahaya keselamatan, dan mengamankan kapal dalam kondisi ekstrem.

Industri besi dan baja mendefinisikan baja karbon sebagai bahan yang mengandung 0,05 hingga 2,1 persen karbon menurut beratnya. Ini dapat digunakan untuk membuat berbagai produk, termasuk jembatan dan bangunan. Selain itu, jenis logam ini digunakan untuk aplikasi otomotif. Baja karbon adalah jenis baja non-paduan yang mengandung karbon, fosfor, dan silikon. Isinya elemen lain tidak melebihi batas tertentu. Jenis baja ini hadir dalam berbagai tingkatan dan digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti pelat, tulangan, dan batang las. Baja karbon tersedia dalam berbagai ketebalan dan dapat dipotong ke hampir semua ukuran. Baja karbon digunakan dalam banyak aplikasi, termasuk industri otomotif, dirgantara, dan transportasi. Baja tahan karat juga banyak digunakan dalam industri arsitektur, medis, dan makanan. Baja karbon banyak digunakan dalam aplikasi pipa dan struktural, kaleng makanan, dan rel kereta api. Bahan-bahan ini sangat tahan korosi dan dapat menahan suhu tinggi. Untuk alasan ini, mereka lebih disukai daripada jenis baja lainnya.

Baja karbon biasanya mengandung sejumlah kecil tembaga, tetapi tingkat maksimum tidak boleh melebihi 0,40% dari total berat baja. Di antara bahan struktural yang paling umum digunakan, baja karbon adalah pilihan yang paling ekonomis. Sifatnya yang berkualitas tinggi memungkinkannya untuk disesuaikan dengan kebutuhan spesifik. Sifat baja karbon dapat dimodifikasi dengan penambahan elemen paduan. Itu juga bisa dikeraskan, dilunakkan, dan dibentuk untuk meningkatkan kekuatan. Namun, baja karbon menunjukkan ketahanan kimia yang rendah, tidak cocok untuk lingkungan korosif. Baja karbon adalah paduan besi dan karbon. Ini memiliki kandungan karbon antara 2,1 persen dan 2,2 persen. Semakin tinggi kandungan karbon, semakin tinggi kekuatannya. Biaya rendah dan kekuatan tinggi merupakan keuntungan dari baja karbon, dan kualitas ini juga tercermin dalam aplikasi baja karbon.

Baja dan Stainless steel keduanya adalah logam dan bahan umum yang digunakan di dunia. Mereka banyak digunakan sebagai aplikasi komersial dan konsumen. Antara baja dan baja tahan karat, propertinya bervariasi dalam hal kekuatan, keuletan, kekerasan, biaya, dll. Juga, perbedaan utama terletak pada komponen yang ditambahkan ke baja untuk membuatnya berguna. Baja dibuat dengan menambahkan besi ke karbon, yang mengeraskan besi. Ini juga dikenal sebagai baja karbon biasa atau baja ringan yang memiliki kandungan karbon lebih tinggi dengan titik leleh rendah. Di sisi lain Stainless steel memiliki kandungan kromium tinggi yang membentuk lapisan tak terlihat pada permukaan baja untuk mencegahnya dari pewarnaan. Baja tahan karat dibuat dari baja, kromium, nikel, nitrogen dan molibdenum ditambahkan. Stainless steel tahan terhadap korosi dan baja rentan terhadap noda dan karat. Stainless steel tidak mudah berkarat atau korosi. Kekuatan baja dan baja tahan karat: Baja sedikit lebih kuat dari baja tahan karat karena memiliki kandungan karbon yang lebih rendah. Sifat magnetik: Biasanya stainless steel adalah non-magnetik yaitu 300 seri stainless steel mengandung kromium dan nikel, yang membuatnya non-magnetik tetapi seri 400 stainless steel hanya mengandung kromium yang membuatnya bersifat magnetis sedangkan baja bersifat magnetis. Penampilan: Baja karbon kusam, dengan hasil akhir matte, sedangkan baja tahan karat berkilau. Lapisan kromium pada stainless steel membuatnya menarik dalam keadaan alami tanpa perlu dicat. Baja karbon lebih mudah dibentuk, tahan lama dan distribusi panas juga tepat dibandingkan dengan baja tahan karat. Stainless steel memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan dengan baja. Baja karbon kaku dan kuat. Mereka banyak digunakan pada motor dan peralatan listrik karena sifat magnetiknya dan pengelasan dapat dilakukan dengan mudah pada baja karbon dibandingkan dengan baja tahan karat. Baja tahan karat digunakan dalam peralatan makan dan rap jam tangan. Berat: Baja ringan beratnya kurang dari baja tahan karat. Karena sifat pengerasan, baja tahan karat lebih berat dan memiliki hunian lebih rendah karena sulit ditangani dalam proses manufaktur. Baja ringan umumnya digunakan dan harganya lebih murah dibandingkan dengan baja tahan karat.

Pada dasarnya baja ringan ditujukan sebagai pengganti kayu dalam kegiatan yang melibatkan penggunaanya. Salah satu yang terbesar dan utama adalah pemanfaatannya dalam bangunan. Meskipun terlihat sederhana, tapi baja ringan adalah jenis produk baja yang paling banyak diproduksi di dunia. Jumlahnya sekitar 80% dari keseluruhan total produksi. Menggunakan baja ringan adalah pilihan paling optimal untuk rumah. Harganya yang lebih murah, kuat, dan juga baja ringan telah diberikan lapisan yang mampu membuatnya tahan karat. Mulai dari kebutuhan substansial seperti atap, kerangka, lantai, Plafon dan lain sebagainya, hingga kebutuhan pelengkap seperti Kanopi, gazebo, pagar, serta aksesoris bisa menggunakan baja ringan.

Perbedaan baja dan stainless steel juga cukup signikan pada cara pembuatannya. Anti karat pada stainless steel dilalui dengan dua tahap yaitu dengan sistem Electric Arc Furnace dan disempurnakan dengan alat Argon Oxygen Decarbuzier untuk menghilangkan zat pengotor di dalam stainless steel.

Sedangkan proses pembuatan baja cukup panjang karena menggunakan tiga proses antara lain Open Hearth Furnace, Basic Oxygen Furnace, dan terakhir Electric Arc Furnace. Fungsi ketiga proses itu adalah untuk menghilankan unsur non logam yang tidak diinginkan di dalam perpaduan pada baja serta menghilangkan sifat getas atau kerusakan mendadak pada baja.

Baja merupakan logam paduan antara besi dan karbon dengan kandungan karbon tidak lebih dari 2%. Sedangkan paduan yang lebih lengkap biasanya mengandung unsur: Karbon (C), Mangan (Mn), Tembaga (Cu), Silikon (Si), Nikel (Ni), dan Besi (Fe). Logam baja mempunyai kekuatan melebihi besi. Patahan logamnya berwarna mengkilap seperti gumpalan gula. Baja dapat dibuat dari bahan:

• Pig iron atau cast iron dengan menghilangkan sejumlah karbon.
• Wrought iron dengan menambahkan kadar karbon.
• Wrought iron, Pig iron dan kepingan besi atau baja yang dicairkan bersama, kemudian ditambahkan karbon sesuai kebutuhan.

Sedangkan proses pembuatan baja dapat dilakukan melalui tiga macam dapur pembuat baja, yaitu dapur : Bessemer, Siment Martin dan Dapur Listrik.

Proses pembuatan baja

Proses Bessemer

Pada proses ini besi mentah pada dapur tinggi yang masih mencair, langsung dirubah bentuknya menjadi baja di dalam dapur Bessemer, proses ini berlangsung tanpa bahan bakar. Adapun proses Bessemer ini terdiri dari dua macam, yaitu : acid bessemer process dan basic bessemer process.

Acid Bessemer Process

Karbon, Silikon, dan Mangan dapat dihilangkan melalui proses semburan udara pada logam cair selama 10-18 menit dengan isi dapur 25-30 ton setiap kali pemanasan. Dalam sehari biasanya mampu memproduksi 1.200 ton. Sedangkan karbon dan belerang tidak dapat dihilangkan. Bahan masukan yang digunakan terdiri dari Pig iron dengan kandungan 0,07% P, 0,006%S, 1,2-1,5% Si, 1% Mn, dan 3,8 – 4,2% C. Temperatur Pig iron pada waktu pemasukan 1.250 -1.300 oC.

Basic Bessemer Process

Sebenarnya proses ini sama dengan proses acid bessemer dengan lapisan dapurnya menggunakan tanah liat (dolomit). Bahan masukan untuk proses basic bessemer sama dengan proses acid bessemer tetapi perlu ditambahkan kapur atau lime stone, maka selanjutnya akan diperoleh baja. Basic Bessemer Process terdiri dari 3 tahapan, yaitu :

1. Oksigen udara penghembus bersatu dengan oksida besi membentuk Ferro Oksida.
2. Pada temperatur sekitar 1.600 oC, karbon memisahkan diri dari Ferro Oksida menjadi karbon mono oksida dengan panjang lidah api ( flame) 5–6 m.
3. Lidah api turun selama 3 menit, pertanda bahwa karbon telah memisahkan diri.

Tahap transformasi dari Pig iron ke baja adalah sebagai berikut :

• Besi silikon Mn bercampur dengan zat asam.
• Karbon tercampur zat asam, temperatur menjadi turun dan nyala menjadi berwarna putih. Temperaturnya lebih rendah dari pada proses acid bessemer .
• Phospor bertahan dengan oxide dan ferro oxide menjadi kerak (slag)

Sedangkan kelemahan dari proses basic bessemer adalah jika karbon telah habis, akan bereaksi dengan O2, maka O2 akan bereaksi dengan Fe, sehingga akan menghasilkan besi yang penuh oksida dan kualitasnya jelek.

Open Hearth Process

Proses ini menggunakan dapur Siement Martin yang dibuat pertama kali oleh Martin dari Perancis pada tahun 1862 dengan perancangnya Williem Siement. Kapasitas dapur ini, sekali isi mencapai 2-700 ton, namun biasanya berkapasitas 250-500 ton sekali isi. Bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar yang berkalor tinggi dan sedikit mengandung belerang, biasanya digunakan bahan bakar gas maupun cair. Bahan pengisi terdiri dari: pig iron yang telah diseleksi komposisinya, baja tuang dan biji besi yang berkadar lebih besar 55% Fe dan batu kapur berdiameter 25-100 mm yang mengandung: 40 s/d 52% CaO.

Dapur Listrik

Pemanasan yang terjadi di dalam dapur listrik menggunakan energi listrik. Proses pembuatan bajanya seperti pada Open Hearth Process, baik untuk proses asam maupun basa. Macam-macam dapur listrik antara lain : Dapur busur listrik (arc electric furnace), dapur induksi (induction electric furnace) dan dapur duplex.

Produksi Ingot

Baja yang dihasilkan dari dapur conventer, Open Hearth Process, dan dapur listrik dicetak menjadi ingot/balok atau lembaran (billet) yang beratnya mencapai 1-20 ton atau jauh lebih besar lagi. Ingot tersebut kemudian dibentuk menjadi: plate, sheet, rod maupun kawat melalui proses pengerolan atau proses penarikan.

klasifikasi baja

Baja dapat diklasifikasi berdasarkan fungsi atau kegunaannya dan kadar karbonnya. Berdasarkan kegunaanya, baja dibagi menjadi dua macam, yaitu : Baja struktur dan baja peralatan. Baja struktur bersifat : tahan karat, tahan asam, tahan panas, tahan listrik, tahan gesekan serta bermagnetik rendah. Kandungan karbon baja struktur tidak lebih besar dari pada 0,7%. Jika lebih besar maka disebut baja peralatan. Sedangkan jika berdasarkan kadar karbonnya, maka baja dibagi menjadi : baja karbon dan baja paduan. Baja karbon dibagi menjadi tiga macam, yaitu :

• Baja karbon rendah : C £ 0,2%
• Baja karbon medium : C £ 0,25% – 0,6%
• Baja karbon tinggi : C sekitar 0,6%

Sedangkan baja paduan macamnya dibagi berdasarkan kandungan paduannya, misalnya : Baja silikon untuk paduan lebih dari 0,8% Si.

• Baja chrom untuk paduan lebih dari 0,4% Cr.
• Baja Nikel untuk paduan lebih dari 0,5% Ni.
• Baja Ni-Cr mengandung Ni sampai dengan 20%.

Penggunaan baja

Berbagai macam penggunaan baja adalah sebagai berikut.

• Baja karbon rendah. Baja jenis ini cocok digunakan sebagai bahan paku keling dan peralatan yang tidak memerlukan kekuatan besar. Baja ini mampu dirol dalam keadaan dingin dan hasilnya halus dengan ukuran yang bagus.
• Baja karbon. Baja ini sukar dibengkokkan, dilas maupun dipotong, mempunyai kekuatan lebih tinggi dari pada baja karbon rendah. Biasanya digunakan sebagai bahan baut, poros dan gandar.
• Baja karbon tinggi. Baja ini dikenal juga sebagai baja peralatan dan mempunyai sifat sukar dibengkokkan, dilas maupun dipotong, sehingga diperlukan proses pelunakan terlebih dahulu sebelum dipotong. Proses pelunakan ini melalui proses perlakuan panas. Logam ini banyak digunakan untuk drills, taps, dies, reamers, hammers dan lain-lain.
• Baja paduan tahan karat (Stainless steel). Baja jenis ini dibagi menjadi tiga macam, yaitu baja tahan karat martensit, baja tahan karat ferit dan baja tahan karat austenit.
• Baja tahan karat martensit. Baja ini mempunyai komposisi kimia sebagai berikut: 12 – 13% Cr, 0,1 – 0,3% C. Kadar Cr tersebut merupakan batas terendah untuk ketahanan asam, oleh karena itu baja ini sukar berkarat di udara. Mempunyai ketahanan panas yang baik sekali sampai 500oC, mempunyai sifat mekanik yang baik serta dapat digunakan sebagai bahan pembuatan alat potong, mesin-mesin perkakas, dan lain-lain.
• Baja tahan karat ferit. Baja ini mempunyai komposisi kimia 16 – 18% Cr, dapat digunakan sebagai bahan pembuatan komponen yang berasal dari pelat tipis, bagian dalam konstruksi dan untuk peralatan dapur, dan lain-lain.
• Baja tahan karat austenit. Baja ini juga diberi nama baja tahan karat delapan belas delapan. Komposisi kimia baja ini adalah sebagai berikut: 18% Cr, 8% Ni, tahan korosi, mampu las, dan mampu bentuk lebih baik. Oleh karena itu baja ini lebih banyak digunakan untuk : indutri kimia, turbin, mesin jet, mesin mobil sampai pada bangunan kapal.
• Baja tahan panas. Baja jenis ini banyak dipakai untuk keperluan pembuatan : ketel uap, turbin gas, berbagai reaktor industri kimia, peralatan bertemperatur tinggi, bertekanan tinggi dan untuk lingkungan korosif. Baja tahan panas digolongkan menjadi dua macam golongan yaitu baja tahan panas ferit dan austenit.
• Baja tahan panas ferit. Yang termasuk baja jenis ini adalah : Baja Mo, baja Cr-Mo ; untuk ketel uap. Baja Cr-Mo-V, baja Cr-Mo-W : keduanya dapat digunakan untuk struktur turbin uap. Baja 12 Cr : dipakai untuk sudu turbin uap. Baja Si-Cr : digunakan sebagai katup motor.
• Baja tahan panas austenit. Baja ini dibagi menjadi dua macam yaitu baja tahan karat austenit 18-8 yang diperkuat dengan Ti, Nb, dan Mo, dan baja cor tahan panas yang mempunyai kekuatan tinggi dan sulit dikenai pekerjaan panas, sehinga perlu dicor. Contoh baja cor tahan panas adalah baja Ni-Cr yang mengandung 20% Ni. Baja ini bersifat tahan oksidasi pada temperatur tinggi dan berkekuatan baik.

Baja Standar

Baja mempunyai Standar kualitas produksi, semisal standar American Iron and Steel Institute (AISI) dikeluarkan oleh negara Amerika Serikat, ada juga Standar Internasional American Society for Testing and Materials (ASTM). Keduanya sering dijadikan rujukan sebagai standar kualitas baja. Namun demikian ada juga Standar Nasional Indonesia (SNI) dijadikan rujukan kualitas baja di Indonesia.

• Baja Paduan AISI 4320. Baja paduan jenis ini bersifat sebagai berikut: Komposisi kimia : 0,23% C, 0,7% Mn, 0,35% Si, 2% Ni, 0,65 % Cr dan 0,3 % Mo. Kekuatan tarik minimal : 0,8618 x 109 N/m2 dengan Modulus elastisitas : 1.999×1011 N/m2 dan berat jenisnya = 8318,75 kg/m3. Baja paduan ini mudah dibentuk dan mampu dilas.
• Baja Paduan AISI H11. Baja jenis ini bersifat sebagai berikut: Komposisi kimia: 0,35%C, 5% Cr, 0,4%V, dan 1,5% Mo. Kekuatan tarik baja ini mencapai 1,793 x 109 N/m2 dengan Modulus elastisitas sebesar: 1.999 x 1011 N/m2, berat jenis = 8318,75 kg/m3. Baja paduan ini mudah dibentuk dan dilas.
• Baja ASTM A312 TP 304L. Baja ini mempunyai komposisi kimia yang terdiri dari unsur-unsur : 0,035% C, 2% Mn, 0,04% P, 0,03% S, 0,75% Si, 8-13% Ni, dan 18–20% Cr, serta berkekuatan tarik sebesar 70 MPA.
• Baja SNI untuk Struktur

Industri baja

Lihat pula: Sejarah industri baja modern, Tren industri baja global, Produksi baja menurut negara, dan Daftar produsen baja

Produksi baja menurut negara tahun 2023

Sebuah pabrik baja di Britania Raya.

Sudah biasa terdengar sebutan "industri besi dan baja" sebagai suatu kesatuan, tetapi dari perspektif sejarah mereka adalah produk yang berbeda. Industri baja sering digunakan sebagai indikator perkembangan ekonomi, dikarenakan peran baja untuk memenuhi kebutuhan infrastruktur dan perkembangan ekonomi secara menyeluruh.

Tahun 1980, lebih dari 500.000 pekerja di industri baja. Pada tahun 2000, pekerja di industri baja menurun hingga 224.000.

Perkembangan ekonomi di India dan Tiongkok yang pesat mengakibatkan peningkatan permintaan baja pada tahun belakangan ini. Antara tahun 2000 hingga 2005, permintaan dunia terhadap baja meningkat sekitar 6%. Sejak tahun 2000, beberapa perusahaan baja Tiongkok dan India telah menjadi perusahaan besar di industri ini, seperti Tata Steel, Shanghai Baosteel Corporation dan Grup Shagang. Produsen baja terbesar di dunia saat ini adalah China Baowu Group.

Pada tahun 2005, British Geological Survey menyatakan bahwa Tiongkok adalah produsen baja terbesar di dunia, sekitar sepertiga produksi baja dunia berasal dari Tiongkok, disusul oleh Jepang, Russia dan Amerika Serikat.

Tahun 2008, baja menjadi komoditas perdagangan di London Metal Exchange. Pada akhir 2008, industri baja sempat terjatuh sehingga banyak menyebabkan pemutusan hubungan kerja.

Sejarah

Baja kuno

Penempaan menggunakan tungku tempa selama Abad Pertengahan

Baja pada zaman kuno dan antik sudah dikenal dan biasanya diproduksi menggunakan tungku tempa dan tungku wadah.

Pembuatan baja paling tua dalam sejarah sampai sekarang adalah beberap keping perkakas besi yang digali dari sebuah situs arkeologi di Anatolia (Kaman-Kalehoyuk) dan berusia hampir 4.000 tahun lamanya, bertanggal 1.800 SM. Horace mengidentifikasi adanya senjata-senjata berbahan baja seperti falcata di Semenanjung Iberia, sedangkan Baja Nordik sempat digunakan oleh Pasukan Roma.

Reputasi dari Besi serik di India Selatan (baja wootz) tumbuh dengan pesatnya di seantero dunia pada saat itu. Situs-situs pembuatan logam di Sri Lanka menggunakan oven yang memanfaatkan angin muson, mampu untuk membuat baja berkadar karbon tinggi. Produksi massal baja Wootz di Tamilakam menggunakan tungku wadah dan sumber karbon seperti tanaman Avaram terjadi di abad ke-enam SM, sebuah pionir untuk produksi dan metalurgi baja modern.

Orang-orang Tiongkok di Periode Negara Perang (403-221 SM) memiliki baja yang diperkeras dengan penyiraman, sedangkan orang Tiongkok pada periode Dinasti Han (202 SM - 220 AD) membuat baja dengan melelehkan besi tempa dan besi tuang bersama-sama, menghasilkan produk akhir yaitu baja berkandungan karbon menengah pada abad ke-1 M.

Orang Haya dari Afrika Timur menemukan sebuah oven yang bisa merekagunakan untuk membuat baja karbon pada suhu 1.802 °C (3.276 °F) nyaris 2.000 tahun lalu lamanya. Baja Afrika Timur ini kemungkinan bertanggal 1.400 SM menurut Richard Hooker.

Baja Woodz dan Damaskus

Artikel utama: Baja Wootz dan Baja Damaskus

Bukti-bukti adanya produksi baja berkarbon tinggi tertua di Subkontinen India ditemukan di Kodumana, wilayah Tamil Nadu, Golconda di wilayah Andhra Pradesh dan Karnataka, serta di wilayah Samanalawewa, Sri Langka. Baja ini dikenal kemudian sebagai baja Wootz, dibuat di India Selatan pada periode abad ke-enam SM dan diekspor ke seluruh dunia. Teknologi baja yang sudah ada sebelum 326 SM di wilayah tersebut ditemukan dalam isi literatur Tamil Sangam, Arab dan Latin sebagai baja-baja yang terbaik di dunia dan diekspor ke orang-orang Roma, Mesir, Tiongkok dan Arab pada saat itu - yang mereka sebut besi Serik. Sebuah Perkumpulan Tamil di Tissamaharama pada tahun 200 SM, di Tenggara Sri Lanka, membawa serta artifak besi dan baja dari periode klasik.

Orang Tiongkok dan lokal di wilayah Anuradhapura, Sri Lanka juga mengadopsi metoda pembuatan baja Wootz dari Dinasti Chera Tamil di India Selatan pada abad ke-5 M. Di Sri Lanka, metoda pembuatan baja kuno ini menggunakan sebuah oven angin yang unik, memanfaatkan angin muson yang memiliki kemampuan pembuatan baja berkadar karbon tinggi. Karena hal ini, maka asal-muasal teknologi baja di India bisa diestimasi pada rentang waktu 400-500 SM.

Klasifikasi baja

• Berdasarkan komposisi
  • Baja karbon
  • Baja paduan rendah
  • Baja tahan karat
• Berdasarkan proses pembuatan
  • Tanur baja terbuka
  • Dapur listrik
  • Proses oksidasi dasar
• Berdasarkan bentuk produk
  • Pelat batangan
  • Tabung
  • Lembaran
  • Pita
  • Bentuk struktural
• Berdasarkan struktur mikro
  • Feritik
  • Perlitik
  • Martensitik
  • Austenitik
• Berdasarkan kegunaan dalam konstruksi
  • Baja Struktural
  • Baja Non-Struktural

Lihat pula

• Produsen baja

Referensi

Bibilografi

• Ashby, Michael F.; Jones, David Rayner Hunkin (1992). An introduction to microstructures, processing and design. Butterworth-Heinemann. 
• Bugayev, K.; Konovalov, Y.; Bychkov, Y.; Tretyakov, E.; Savin, Ivan V. (2001). Iron and Steel Production. The Minerva Group, Inc. ISBN 978-0-89499-109-7. Diakses tanggal 2009-07-19. .
• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materials and Processes in Manufacturing (edisi ke-9th). Wiley. ISBN 0-471-65653-4. 
• Gernet, Jacques (1982). A History of Chinese Civilization. Cambridge: Cambridge University Press.
• Smith, William F.; Hashemi, Javad (2006). Foundations of Materials Science and Engineering (edisi ke-4th). McGraw-Hill. ISBN 0-07-295358-6. 

Bacaan lebih lanjut

• Duncan Burn; The Economic History of Steelmaking, 1867–1939: A Study in Competition. Cambridge University Press, 1961.
• Harukiyu Hasegawa, The Steel Industry in Japan: A Comparison with Britain. 1996.
• J. C. Carr and W. Taplin, History of the British Steel Industry. Harvard University Press, 1962.
• H. Lee Scamehorn, Mill & Mine: The Cf&I in the Twentieth Century. University of Nebraska Press, 1992.
• Needham, Joseph (1986). Science and Civilization in China: Volume 4, Part 1 & Part 3. Taipei: Caves Books, Ltd.
• Warren, Kenneth, Big Steel: The First Century of the United States Steel Corporation, 1901–2001. University of Pittsburgh Press, 2001.

Pranala luar

• Indonesian Iron and Steel Industry Association (IISIA)

• World Steel Association (worldsteel)
• steeluniversity.org: Online steel education resources from worldsteel and the University of Liverpool
• Huge archive on steels, Cambridge University Diarsipkan 2017-01-01 di Wayback Machine.
• Cooking with Steels
• Metallurgy for the Non-Metallurgist from the American Society for Metals
• MATDAT Database of Properties of Unalloyed, Low-Alloy and High-Alloy Steels - obtained from published results of material testing