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

KANDUNGAN ATOM ATAU UNSUR KANDUNGANNYA

Baja adalah logam aloy yang komponen utamanya adalah besi, dengan karbon sebagai

material pengaloy utama. Baja mengandung elemen utama Fe dan C. Baja karbon merupakan salah

satu jenis logam paduan besi karbon terpenting dengan prosentase berat karbon hingga 2,11%. Baja

karbon memiliki kadar C hingga 1.2% dengan Mn 0.30%-0.95%. Elemen-elemen prosentase

maksimum selain bajanya sebagai berikut: 0.60% Silicon, 0.60% Copper.

Karbon adalah unsur kimia dengan nomor atom 6, tingkat oksidasi 4.2 dan Mangan adalah

unsur kimia dengan nomor atom 25, tingkat oksidasi 7.6423. Karbon dan Manganese adalah bahan

pokok untuk meninggikan tegangan (strength) dari baja murni. Karbon (C) adalah komponen kimia

pokok yang menentukan sifat baja. Semakin tinggi kadar karbon di dalam baja, semakin tinggi kuat

tarik serta tegangan leleh, tetapi koefisien muai bahan turun, dan baja semaikn getas. Karbon

mempunyai pengaruh yang paling dominan terhadap sifat mampu las. Semakin tinggi kadar karbon

menjadikan sifat mampu las turun.

Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :

1. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan teratur) berupa

Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini mempunyai sifat : magnetis, agak ulet,

agak kuat, dll.

2. Autenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =kubus pusat muka),

Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.

3. Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik, Semented ini

mempunyai sifat : keras dan getas.

4. Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat Kuat.

5. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan).

Diagram Fasa Fe-Fe3C

PENGOLAHAN BESI DARI BIJIHNYA.

1. Pemanggangan

Biji hematite (Fe2O3), mula-mula dicuci dengan air sampai bersih dari tanah yang

melekat. Setelah kering hematite tersebut lalu dipanggang. Sejumlah karbonat atau sulfida

ditambahkan yang hasil penguraiannya dapat bersenyawa dengan silika sebagai pengotor

membentuk kerak.

2. Pencairan

Biji besi hasil pemanggangan dicampurkan dengan batu kapur dan kokas dengan

perbandingan 5:2:1, dan dimasukan ke dalam tanur tinggi. Tanur tinggi adalah menara berbentuk

selinder yang pada bagian menaranya dilengkapi dengan reaktor untuk menghasilkan temperatur

tinggi dalam tanur. Tanur tinggi juga dilengkapi dengan “cup and cone” untuk memasukan

bahan baku melalui bagian atas tanur tinggi. ”cup” merupakan wadah berbentuk piala ,

dihubungkan dengan “cone” yang berbentuk kerucut. Berfungsi sebagai katup yang dapat

terbuka dan tertutup. Selain itu, terdapat saluran untuk melepaskan gas-gas buangan. Ketika

mendekati dasar terdapat dua saluran untuk memisahkan kerak dan cairan besi. Bagian lain

tanur, yaitu bagian tuyer, yang merupakan saluran kecil di mana suhu udaranya berkisar 5000-

7000C, tekanan udaranya dibuat rendah.

Gambar Tanur Tinggi

PROSES PEMBUATAN BAJA

Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi

bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain :

1. Proses Konvertor

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

Sistem kerja:

Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C,

Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)

Kembali ditegakkan.

Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.

Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.

a. 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

b. 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)

Gambar Bessemer Converter

2. Proses Siemens Martin

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

a. memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur

b. sebagai Fundamen/ landasan dapur

c. 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)

Gambar Tungku Siemens Martin

3. Proses Basic Oxygen Furnace

a. Logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)

b. 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/m

2.

c. 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

Gambar Tungku Basic Oxygen Furnace

4. Proses Dapur Listrik

Temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik.

Keuntungan :

a. Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat

b. Temperatur dapat diatur

c. Efisiensi termis dapur tinggi

d. Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik

e. Kerugian akibat penguapan sangat kecil

5. Proses Dapur Kopel

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

Sistem Kerja:

a. Pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.

b. Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.

c. Kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800

mm dari dasar tungku.

d. Besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.

e. 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:

3 2CaCO CaO CO

2CO akan bereaksi dengan karbon:

2 2CO C CO

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk

pembangkit mesin-mesin lain.

6. Proses Dapur Cawan

a. Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam

cawan,

b. Kemudian dapur ditutup rapat.

c. Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam

cawan akan mencair.

d. Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan

unsur-unsur paduan yang diperlukan

Gambar Proses Pembutan Baja

Proses pembuatan baja dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya

terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi (iron ore) dan batu

gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama

dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Serangkaian reaksi terjadi di dalam tanur pada

waktu dan lokasi yang berbeda-beda, tetapi reaksi penting yang mereduksi bijih besi menjadi logam

besi adalah sebagai berikut:

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2

Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan

kandungan karbon yang cukup tinggi (4%C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan,

sulfur, dan fosfor . Besi mentah ini belum dapat dimanfaatkan secara langsung untuk aplikasi

rekayasa karena sifat-sifat (mekanis)-nya belum sesuai dengan yang dibutuhkan karena

pengotorpengotor tersebut. Besi mentah berupa lelehan atau coran selanjutnya dikirim menuju

converter yang akan mengkonversinya menjadi baja.

Proses pembuatan baja umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa (basic-oxygen

furnace). Di dalam tungku ini besi mentah cair dicampur dengan hingga 30% besi tua (scrap) yang

terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur. Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas

ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO. Beberapa saat sebelum reaksi

dengan oksigen mulai berlangsung, fluks pembentuk slag dimasukkan dalam jumlah tertentu.

Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah

sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Reaksi penting

yang terjadi di dalam tungku adalah sebagai berikut:

FeO + C Fe + CO

Selama proses berlangsung (sekitar 22 menit), terjadi penurunan kadar karbon dan unsur-unsur

pengotor lain seperti P, S, Mn, dalam jumlah yang signifikan.

KLASIFIKASI BAJA

Menurut komposisi kimianya:

1. 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.

- 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.

2. Baja paduan (alloy steel)

Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

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

b. Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah

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

d. Untuk membuat sifat-sifat spesial

Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:

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

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

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

Selain itu baja paduan dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus

(special alloy steel) dan high speed steel.

Baja Paduan Khusus (special alloy steel)

Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam seperti nikel, chromium,

manganese, molybdenum, tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut ke

dalam baja maka baja paduan tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan kimianya seperti

menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingkan terhadap baja karbon (carbon steel).

High Speed Steel (HSS) Self Hardening Steel

Kandungan karbon : 0,70 % - 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti

drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed Steel karena

alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat

dibanding dengan carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali

daripada carbon steel.

Baja Paduan dengan Sifat Khusus

1. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Sifatnya antara lain:

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

Tahan temperature rendah maupun tinggi

Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil

Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus

Tahan terhadap oksidasi

Kuat dan dapat ditempa

Mudah dibersihkan

Mengkilat dan tampak menarik

2. High Strength Low Alloy Steel (HSLS)

Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap

abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat

mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini

diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni),

Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.

3. Baja Perkakas (Tool Steel)

Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah

diasah, tahan panas, kuat dan ulet.

Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang

diberikan antara lain:

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.

STANDARISASI DAN PENGKODEAN DARI BAJA KARBON

Standardisasi adalah proses merumuskan, merevisi, menetapkan, dan menerapkan standar,

dilaksanakan secara tertib dan kerjasama dengan semua pihak. Standar Nasional Indonesia adalah

standar yang ditetapkan oleh instansi teknis setelah mendapat persetujuan dari Dewan

Standardisasi Nasional, dan berlaku secara nasional di Indonesia. Struktur penomoran SNI terdiri

atas serangkaian kode dengan arti tertentu yaitu berupa kode SNI, nomor unik, nomor bagian dan

nomor seksi, serta tahun penetapan. Kode SNI menyatakan bahwa dokumen tersebut adalah

Standar Nasional Indonesia. Sedangkan nomor unik adalah identifikasi dari suatu standar tertentu

yang jumlah digitnya sesuai kebutuhan, minimal 4 digit dan diawali dengan angka 0. Nomor

bagian merupakan identifikasi yang menunjukan nomor urutbagian dari suatu standar yang

mempunyai bagian. Nomor seksi merupakan identifikasi yang menunjukan nomor urut seksi dari

suatu standar bagian tertentu.

Selain standarisasi nasional ada pula standarisasi dari Jepang yang biasa di singkat dengan

JIS( Japan Industrial Standart ) dan dari Amerika seperti ASTM ( American Society for Testing

Materials ), AISI (Americal Iron and Steel Institute) dan dari berbagai Negara lain.

Ada beberapa tipe standarisasi yang umumnya digunakan pada baja, termasuk baja karbon,

diantaranya adalah :

AISI (American Iron Steel Institute).

SAE (Society for Automotive Engineering).

JIS (Japanese Industrial Standard).

SNI (Standar Nasional Indonesia).

1. AISI-SAE

Standarisasi dengan sistem AISI dan juga SAE merupakan tipe standarisasi dengan

berdasarkan pada susunan atau komposisi kimia yang ada dalam suatu baja. Ada beberapa

ketentuan dalam Standarisasi baja berdasarkan AISI atau SAE, yaitu :

Dinyatakan dengan 4 atau 5 angka:

1. Angka pertama menunjukkan jenis baja.

2. Angka kedua menunjukkan:

a. Kadar unsur paduan untuk baja paduan sederhana.

b. Modifikasi jenis baja paduan untuk baja paduan yang kompleks.

3. Dua angka atau tiga angka terakhir menunjukkan kadar karbon perseratus persen.

4. Bila terdapat huruf di depan angka maka huruf tersebut menunjukkan proses pembuatan

bajanya.

Contoh standarisasi Baja karbon dengan AISI-SAE :

SAE 1045, berarti :

Angka 1 : Baja Karbon

Angka 0 : Persentase bahan alloy (tidak ada)

Angka 45 : Kadar karbon (0.45% Karbon)

2. JIS (Japanese Industrial Standard)

Standarisasi dengan sistem JIS merupakan salah satu tipe standarisasi atas dasar aplikasi

produksi dan grade (kualifikasi untuk aplikasi tertentu). JIS standard dikembangkan oleh

Japanese Industrial Standards Comitee yang merupakan bagian dari Kementrian Industri dan

Perdagangan Internasional di Tokyo. Sama halnya dengan standarisasi AISI-SAE, standarisasi

JIS juga mempunyai beberapa ketentuan, diantaranya :

1. Diawali dengan SS atau G dan diikuti dengan bilangan yang menunjukkan kekuatan tarik

minimum dalam kg/mm2

2. Diawali dengan S dan diikuti dengan bilangan yang menunjukkan komposisi kimianya.

3. Untuk golongan Stainless Steel biasanya menggunakan grade dari ASTM dengan

menggunakan kode huruf SUS diikuti dengan kode angka sesuai dengan AISI atau SAE.

Contoh standarisasi baja karbon dengan JIS :

JIS G 5101 (Baja karbon cor).

JIS G 3201 (Baja karbon tempa).

JIS G 3102 (Baja karbon untuk konstruksi mesin).

JIS G 3101 (Baja karbon untuk konstruksi biasa).

3. SNI (Standar Nasional Indonesia)

Standarisasi SNI ini merupakan tipe standarisasi yang sama dengan JIS, yaitu berdasarkan

aplikasi produksi. Ada beberapa contoh standarisasi SNI pada baja karbon yang umumnya terdapat

di pasaran, diantaranya :

SNI 07-0040-2006 (Kawat baja karbon rendah).

SNI 07-0053-2006 (Batang kawat baja karbon rendah).

SNI 07-2052-2002 (Baja karbon untuk tulang beton).

SNI 07-0601-2006 (baja karbon dalam bentuk plat).