MAKALAH ILMU BAHAN REKAYASA STAINLESS STEEL
Disusun Oleh : 1. Reni Fatmawati 2. Anggun Anaulia Siahaan 3. Fawzia Puti Paundrianagari 4. Ahmad Asfahani
(21030114120063) (21030114120064) (21030114120065) (21030114120068)
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Baja merupakan salah satu bahan yang sangat banyak dipakai di seluruh dunia untuk keperluan kehidupan manusia, khususnya di dunia industri. Ditemukan pertama kali oleh orang Mesir lebih dari 4000 tahun yang lalu untuk perhiasan dan alat rumah tangga yang kemudian berkembang menjadi bahan berharga dan dimanfaatkan orang setiap hari saat ini. Untuk menjadikan baja, banyak proses yang dilakukan, sehingga membutuhkan ilmu pengetahuan dan teknologi agar dapat dipakai dalam berbagai keperluan. Baja tahan karat atau stainless steel sendiri adalah paduan besi dengan minimal 12% kromium. Komposisi ini membentuk protective layer (lapisan pelindung anti korosi) yang merupakan hasil oksidasi oksigen terhadap krom yang terjadi secara spontan. Kategori Stainless Steel tidak halnya seperti baja lain yang didasarkan pada persentase karbon tetapi didasarkan pada struktur metalurginya. Lima golongan utama Stainless Steel adalah Austenitic, Ferritic, Martensitic, Duplex dan Precipitation Hardening Stainless Steel. Makalah ini dibuat sebagai bahan pengetahuan tentang stainless steel. Diharapkan makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca. 2.2 Rumusan Masalah
Dalam makalah ini, rumusan masalahnya adalah sebagai berikut : 1. Apa itu stainless steel? 2. Apa saja jenis dari stainless steel? 3. Bagaimana proses pembuatan stainless steel? 4. Apa saja aplikasi stainless steel di umum dan industri?
BAB II PEMBAHASAN 2.1. Definisi Umum
Baja stainless ( stainless steel ) merupakan baja paduan yang mengandung minimal 10,5% Cr. Daya tahan stainless steel terhadap oksidasi yang tinggi di udara dalam suhu lingkungan biasanya dicapai karena adanya tambahan minimal 13% (dari berat) krom. Krom membentuk sebuah lapisan tidak aktif Kromium(III) Oksida (Cr2O3) ketika bertemu oksigen. Lapisan ini terlalu tipis untuk dilihat, sehingga logamnya akan tetap berkilau. Logam ini menjadi tahan air dan udara, melindungi logam yang ada di bawah lapisan tersebut. Fenomena ini disebut Passivation dan dapat dilihat pada logam yang lain, seperti pada alumunium dan titanium. Pada dasarnya untuk membuat besi yang tahan terhadap karat, krom merupakan salah satu bahan paduan yang paling penting. Untuk mendapatkan besi yang lebih baik lagi, dintaranya
dilakukan
penambahan
beberapa
zat-zat
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. 2.2 Sejarah Stainless Steel Awalnya, beberapa besi tahan karat pertama berasal dari beberapa artefak yang dapat bertahan dari zaman purbakala. Pada artefak ini tidak ditemukan danya kandungan krom, namun diketahui, bahwa yang membuat artefak logam ini tahan karat adalah banyaknya zat fosfor yang dikandungnya yang mana bersama dengan kondisi cuaca lokal membentuk sebuah lapisan basi oksida dan fosfat. Sedangkan, paduan besi dan krom sebagai bahan tahan karat pertama kali ditemukan oleh ahlimetal asal Prancis, Pierre Berthier
pada tahun 1821, yang kemudian
diaplikasikan untuk alat-alat pemotong, seperti pisau. Kemudian pada akhir 1890-an, Hans Goldschmidt dari Jerman, mengembangkan proses aluminothermic untuk menghasilkan kromium bebas karbon. Pada tahun 1904-1911, Leon Guillet berhasil melakukan paduan dalam beberapa penelitiannya yang kini dikenal sebagai Stainless Steel namun masih terdapat beberapa kelemahan. Pada tahun 1912, Harry Brearley melakukan riset terhadap korosi laras senapan. Masalahnya adalah baja pada laras senapan tersebut tidak tahan panas. Brearley mulai menguji penambahan sejumlah kromium ke baja dan dari hasil eksperimen tersebut didapat penambahan kromium sebanyak 12-14% agar baja bisa tahan karat. Brearley melihat adanya kemungkinan material ini dapat dikomersilkan sebagai peralatan-peralatan dapur dan akhirnya dia menamai penemuannya dengan stainless steel. Pada 13 Agustus 1913, stainless steel pertama diproduksi di laboratorium Brown-Firth dan pada tahun 1916 Brearley mendapatkan paten atas penemuannya ini di Amerika dan beberapa negara di Eropa. 2.3 Klasifikasi dan Spesifikasi Stainless Steel Meskipun seluruh kategori Stainless Steel didasarkan pada kandungan krom (Cr), namun unsur paduan lainnya ditambahkan untuk memperbaiki sifat-sifat Stainless Steel sesuai aplikasi-nya. Kategori Stainless Steel tidak halnya seperti baja lain yang didasarkan pada persentase karbon tetapi didasarkan pada struktur metalurginya. Lima golongan utama Stainless Steel adalah Austenitic, Ferritic, Martensitic, Duplex dan Precipitation Hardening Stainless Steel.
1. Austenitic Stainless Steel
Austenitic Stainless Steel mengandung sedikitnya 16% Chrom dan 6% Nikel (grade standar untuk 304), sampai ke grade Super Autenitic Stainless Steel seperti 904L (dengan kadar Chrom dan Nikel lebih tinggi serta unsur tambahan Mo sampai 6%). Molybdenum (Mo), Titanium (Ti) atau Copper (Co) berfungsi untuk meningkatkan ketahanan terhadap temperatur serta korosi. Austenitic cocok juga untuk aplikasi temperature rendah disebabkan unsur Nickel membuat Stainless Steel tidak menjadi rapuh pada temperatur rendah.
Bersifat non magnetic, pada kondisi annealed, tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas, dapat di hot-work dan dicold-work, memiliki shock resistant yang tinggi, sulit dimachining kecuali dengan penambahan S atau Se, sifat tahan korosinya paling baik diantara jenis lainnya, kekuatan pada temperature tinggi dan ketahanan scaling sangat baik. 2. Ferritic Stainless Steel Kadar Chrom bervariasi antara 10,5 – 18 % seperti grade 430 dan 409. Ketahanan korosi tidak begitu istimewa dan relatif lebih sulit di fabrikasi / machining. Tetapi kekurangan ini telah diperbaiki pada grade 434 dan 444 dan secara khusus pada grade 3Cr12. Bersifat magnetic, tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas tapi dapat dikeraskan dengan cold work, dapat dicold work maupun dihot work, pada kondisi annealed keuletan dan ketahanan korosi tertinggi, kekuatan mencapai 50% lebih tinggi dari pada baja plain carbon, ketahanan korosi dan machinability lebih baik dari pada stainless steel Martensitic. 3. Martensitic Stainless Steel Stainless Steel jenis ini memiliki unsur utama Chrom (masih lebih sedikit jika dibanding Ferritic Stainless Steel) dan kadar karbon relatif tinggi misal grade 410 dan 416. Grade 431 memiliki Chrom sampai 16% tetapi mikrostrukturnya masih martensitic disebabkan hanya memiliki Nickel 2%.Grade Stainless Steel lain misalnya 17-4PH/ 630 memiliki tensile strength tertinggi dibanding Stainless Steel lainnya. Kelebihan dari grade ini, jika dibutuhkan kekuatan yang lebih tinggi maka dapat di hardening. Bersifat magnetic, dapat dikeraskan dengan perlakuan panas, dapat di cold work maupun di hotd work, machinabilitynya bagus, ketangguhan baik, ketahanan korosinya cukup bagus terhadap cuaca tetapi tidak sebaik stainless steel ferritic maupun austenitic.
4. Duplex Stainless Steel Duplex Stainless Steel seperti 2304 dan 2205 (dua angka pertama menyatakan persentase Chrom dan dua angka terakhir menyatakan persentase Nickel) memiliki bentuk mikrostruktur campuran austenitic dan Ferritic. Duplex ferritic-austenitic memiliki kombinasi sifat tahan korosi dan temperatur relatif tinggi atau secara khusus tahan terhadap Stress Corrosion Cracking. Meskipun kemampuan Stress Corrosion Cracking-nya tidak sebaik ferritic Stainless Steel tetapi ketangguhannya jauh lebih baik (superior) dibanding ferritic Stainless Steel dan lebih buruk dibanding Austenitic Stainless Steel. Sementara kekuatannya lebih baik dibanding Austenitic Stainless Steel (yang di annealing) kira-kira 2 kali lipat. Sebagai tambahan, Duplex Stainless Steel ketahanan korosinya sedikit lebih baik dibanding 304 dan 316 tetapi ketahanan terhadap pitting coorrosion jauh lebih baik (superior) dubanding 316. Ketangguhannya Duplex Stainless Steel akan menurun pada temperatur dibawah – 50 oC dan diatas 300 oC. 5. Precipitation Hardening Steel Precipitation hardening Stainless Steel adalah Stainless Steel yang keras dan kuat akibat dari dibentuknya suatu presipitat (endapan) dalam struktur mikro logam. Sehingga gerakan deformasi menjadi terhambat dan memperkuat material Stainless Steel. Pembentukan ini disebabkan oleh penambahan unsur tembaga (Cu), Titanium (Ti), Niobium (Nb) dan alumunium. Proses penguatan umumnya terjadi pada saat dilakukan pengerjaan dingin (cold work). Baja tahan karat yang mengalami pengerasan presipitasi, mudah dipabrikasi, kekuatan tinggi, ketahanan korosinya baik. 2.4. Proses Pembuatan Stainless Steel
Pada dasarnya stainless steel merupakan salah satu jenis dari baja paduan, sehingga pembuatan stainless steel tidak jauh berbeda dengan proses pembuatan baja paduan, yang membedakan adalah penambahan unsur-unsur paduan, antara lain Kromium, Nikel, Mangan, dan Aluminium.
1. Proses Konvertor
Dimana proses konverter adalah salah satu proses dari dapur baja yang menggunakan batu bata tahan api yang bersifat asam dan juga batu bata yang bersifat basa. Fungsi dari pada batu bata tahan api tersebut adalah menahan panas dan mampu sampai lebih dari 1000 derajat Celcius. Biasa digunakan pada incinerator, cerobong, kiln, dryer, rotary, dll. Batu bata tahan api seniri diperlukan oleh setiap industri yang dalam pengolahan produksinya mengunakan Tungku Pembakaran (Furnace), Ketel Uap (boiler), dan Tungku Peleburan. Proses konverter terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap ke samping. Sistem kerja : 1. Dipanaskan dengan kokas sampai + 1500°C) 2. Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+ 1/8 dari volume
konveror) 3. Kembali ditegakkan 4. Udara dengan tekanan 1,5-2 atm dihembuskan dari kompresor. 5. Setelah 20 – 25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengeluarkan isinya. Proses konvertor : a.
Proses Bessemer (Asam) untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah 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 Bessemer adalah proses untuk produksi massa baja dari cair pig iron. Proses ini dinamai sesuai dengan nama penemunya, Henry Bessemer, yang mengeluarkan paten pada tahun 1855. Proses ini juga telah digunakan di luar Eropa selama ratusan tahun, tetapi tidak pada skala industri. Prinsip utama adalah menghilangkan kotoran dari besi dengan oksidasi dengan udara yang ditiup melalui besi cair. Oksidasi juga meningkatkan suhu massa besi dan menyimpannya cair. Proses ini dilakukan dalam kontainer baja bulat telur besar yang disebut Converter Bessemer.Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor. Kapasitas sebuah konverter 8-30 ton besi cair dengan muatan yang biasa berada di sekitar 15 ton. Dibagian atas konverter merupakan pembukaan, biasanya miring ke sisi relatif terhadap tubuh kapal, dimana besi diperkenalkan dan produk jadi dihapus. Bagian bawah ini berlubang dengan sejumlah saluran yang disebut tuyères melalui udara dipaksa menjadi konverter. Konverter ini diputar pada trunnions sehingga dapat diputar untuk menerima tuduhan, berbalik tegak selama konversi dan kemudian diputar lagi untuk menuangkan baja cair di akhir. Konvertor Bessemer dilapisi dengan batu tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-gulingkan.
Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer. Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbon sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambah dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang. Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman b.
Proses Thomas ( basa ) untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi. 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 (P 2O5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO), 3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair) Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas
adalah besi
kasar
putih yang
banyak
mengandung fosfor. Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terus-menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar. Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel. Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process” yaitu proses Bessemer dalam keadaan basa. Proses ini memakai Converter yang di bagian dalamnya dilapisi bahan tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (Mg CO3 CaCO3). Pertama-tama converter diisi dengan batu kapur, kemudian besi mentah (pig iron) cair yang mengandung unsur phosfor (P) : 1,6 2% ; dan sedikit Si dan S (0,6% Si, 0,07 % S).
Pada periode I (Slag forming period = Silicon blow) yaitu pada saat penghembusan, unsur Fe, Si, Mn akan teroksider dan terbentuklah terak basa (basic slag). Dengan adanya batu kapur, akan terjadi kenaikan temperatur, tetapi unsur phosfor (P) yang terkandung dalam besi mentah belum dapat dipisahkan dari Fe. Pada periode ke II (The brilliant flame blow = Carbon blow) yang ditandai dengan adanya penurunan temperatur, dimana Carbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun. Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun menjadi 1400 - 1420oC. Setelah temperatur turun menjadi 1400oC, mulailah periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak dengan reaksi : Peristiwa ini berlangsung + 3 - 5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P2O5] yang diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600oC. Setelah periode ke III ini berakhir, hembusan udara panas dihentikan dan converter dimiringkan untuk mengeluarkan terak yang mengapung di atas besi cair. Kemudian diberi doxiders/deoxidising agents misalnya Ferro Monggan, Ferro Silicon atau Aluminium untuk menghilangkan Oksigen (O2) serta memberikan kadar Mn dan Si supaya diperoleh sifat-sifat tertentu dari baja yang dihasilkan. Terak yang dihasilkan mengandung + 22 % P2O5 merupakan hasil ikatan yang diperoleh dan dapat digunakan sebagai pupuk tanaman. Baja yang dihasilkan digunakan sebagai bahan dalam proses pengecoran seperti pembuatan baja tuang atau baja profil (steel section) seperti baja siku, baja profil I, C. 2. Proses Siemens Martin
Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas. Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 900 derajat celcius. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800 derajat celcius. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan didinginkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator. Pada pembakaran zat arang terjadi gas CO dan CO 2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak, dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut. Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama. Lapisan dapur pada proses Martin dapat bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak. Proses Martin asam teradi apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin basa
apabila muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi. Keuntungan dari proses Martin dibanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut : a.
Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan jalan percobaan-percobaan.
b.
Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan.
c.
Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya. Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas.
Proses Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam, belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar kotoran-kotoran tersebut lebih kecil. Proses ini menggunakan sistem regenerator (± 3000
0
C.) 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)
3. Proses Basic Oxygen Furnace
·
logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)
·
Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang _elat 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. Proses ini menempati 70% proses produksi baja di Amerika Serikat.
Merupakan modifikasi dari proses Bessemer. Proses BOF memakai oksigen murni sebagai ganti uap air. Bejana BOF biasanya berdiameter dalam 5m mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan. Peleburan Baja Dengan BOF ini juga termasuk proses yang paling baru dalam industri pembuatan baja. Konstruksi tungku BOF relative sederhana, bagian luarnya dibuat dari pelat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick). Proses tanur oksigen basa ( Basix Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar cair (65 – 85%) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas (skrap baja) sebanyak (15 – 35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Panas ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen. Gagasan ini dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun 1800. Besi bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang dilapisi batu tahan api basa. Logam panas dituangkan kedalam bejana tersebut. Suatu pipa aliran oksigen yang didinginkan dengan air dimasukkan kedalam bejana 1 sampai 3 m diatas permukaan logam cair. Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur – angsur turun sampai mencapai tingkat baja yang dibuat. Proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair sampai diatas 1650 C. Pada saat oksidasi berlangsung ke dalam tungku ditambahkan batu kapur. Batu kapur tersebut kemudian mencair dan bercampur dengan bahan – bahan impuritas (termasuk bahan – bahan yang teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair. Bila proses oksidasi selesai maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat / dikeluarkan dari tungku. Tungku BOF kemudian dimiringkan dan benda uji dari baja cair diambil untuk dilakukan analisa komposisi kimia. Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan
penuangan (tapping). Penuangan tersebut dilakukan ketika temperature baja cair sekitar 1650 C. Penuangan dilakukan dengan memiringkan perlahan – lahan sehingga cairan baja akan tertuang masuk kedalam ladel. Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming untuk membersihkan terak dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal treatment). Metal treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan elemen – elemen pemadu atau lainnya dengan maksud untuk memperbaiki kualitas baja cair sebelum dituang ke dalam cetakan. Jenis Baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah Baja karbon & Baja paduan 0,1 % < c < 2,0 % Kelebihan proses BOF dibandingkan proses pembuatan baja lainnya :
Dari segi waktu peleburannya yang relatif singkat yaitu hanya berkisar sekitar 60 menit untuk setiap proses peleburan. Tidak perlu tuyer dibagian bawah. Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon. Biaya operasi murah.
4. Proses Dapur Listrik
Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut, a.
Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.
b.
Pengaruh zat asam praktis tidak ada.
c.
Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.
Sedangkan kekurangannya adalah harga listrik yang mahal. Dapur listrik dibagi menjadi dua kelompok yaitu dapur listrik busur cahaya dan dapur listrik induksi. a. Dapur Busur Cahaya
Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api, dapur ini juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api.
Dapur
ini
merupakan
suatu
tungku
yang
bagian
atasnya
digantungkan dua batang arang sebagai elektroda pada arus bolakbalik atau dengan tiga buah elektroda arang yang dialirkan arus putar. Misalnya pada dapur Stassano busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang yang berada di atas baja yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar. Pada dapur Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui enam buah elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku. Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus bolakbalik dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar. Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan kembali dari cairan ke elektroda lainnya. b. Dapur Induksi
Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah dan dapur induksi frekuensi tinggi. Pada dapur induksi dibangkitkan suatu arus induksi dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan baja itu sendiri sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja.
Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahan dioksidasikan. Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu kuali yang diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan arus bolak-balik
maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan sangat tinggi sehingga mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya. 5. Proses Dapur Kopel Mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang. Prosesnya adalah sebagai berikut : ·
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: CaCO3
CaO CO2
CO2 akan bereaksi dengan karbon: CO2 + C
2CO
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 paduan yaitu: Kromium, Nikel, Mangan, dan Aluminium
2.5 Penggunaan/Aplikasi Stainless steel merupakan material primer yang digunakan dalam industri dan konstruksi. Bentuk dari produk stainless steel ada berbagai macam, antara lain cold rolled sheet, hot rolled plate, tabung, batang, kabel, dan lain-lain.
Tabel 1.1 Bentuk Produk Stainless Steel dalam Dunia Industri (Leffler Bela)
Penggunaan dari stainless steel di dominasi sektor industri utama, seperti produk-produk konsumen, peralatan untuk industri minyak dan gas, industri proses kimia, dan industri makanan. Beberapa aplikasi dari stainless steel dapat dilihat pada tabel berikut :
Gambar 1.2 Aplikasi Stainless Steel dalam Dunia Industri (Leffler Bella)
Contoh lain aplikasi dari stainless steel dalam bidang industri antara lain : 1. Industri Susu
Di industri susu, penggunaan komponen yang terbuat dari baja tahan karat sangat dominan di segala proses produksi. Setelah susu dikirim dari peternakan, alat pengiriman susu seperti jalur pipa digunakan untuk menyalurkan susu ke tangki penyimpan dingin, umumnya menggunakan tipe 304. Di dalam tangki penyimpanan selalu menggunakan tipe 304, tapi dinding luar (proses cladding) menggunakan tipe 430 ferritic grades. Untuk proses pengumpulan susu dari peternakan, tangki baja tahan karat digunakan. Semua komponen tersebut juga termasuk jalur pipa, sistem pendingin, pompa, peralatan pembersih, dan lain-lain.Pada plant proses produksi susu, semua komponen terbuat dari baja tahan karat seperti Tangki-tangki penyimpanan, pasteurizing plate heat exchanger, perpipaan, pompa, sistem pembersih, dan lain-lain. Tipe 304 umumnya digunakan dalam komponen-komponen tersebut, namun kadang-kadang tipe 316 digunakan untuk heat exchanger plate untuk mencegah resiko terhadap korosi retak tegang saat komponen dibersihkan
dengan larutan disinfektan.Komponen untuk pembuatan margarine juga dibuat dari tipe 304, namun tipe 316 juga dipilih untuk komponen dalam proses penggaraman keju karena cukup tahan terhadap korosi terhadap lingkungan kloride (garam)
2. Industri air mineral, minuman berkarbonasi (Soda) dan jus buah
Baja tahan karat merupakan pilihan pertama dan utama dari komponen di industri-industri ini. Peralatan yang umumnya digunakan yaitu proses `collection dan treatment` air mineral dan juga minuman bersoda. Berdasarkan tipe air dan suhu di industri minuman bersoda, tipe 304 dan tipe 316 digunakan. Pada industri minuman jus buah, digunakan tipe 316 (rekomendasi penulis) untuk mencegah kontaminasi besi (Fe) dan tembaga (Cu) yang akan mengubah rasa dan menurunkan nilai vitamin.
3. Industri pengolahan buah dan sayuran
Umumnya secara umum, menggunakan komponen dari tipe 304 dari semua proses produksi. Kecuali pada proses yang membutuhkan panas yang cukup tinggi, tipe 316 pilihannya sebagai contoh pada produksi olahan tomat, evaporators dibuat dari material tipe 316.
Kategori stainless steel saat ini yang paling banyak digunakan dalam industri adalah stainless steel tipe Cr-Ni 18-8, EN 1.4301/1.4307, yang memproduksi sekitar 50% dari total produksi stainless steel global. Kategori selanjutnya yang banyak digunakan adalah Fe-Cr 1.4512 dan 1.4016, diikuti oleh stainless steel kategori campuran antara Molybdenum dengan Cr-Ni-Mo 1.4401/1.4404. Ketiga jenis ini menghasilkan stainless steel sebesar 80% dari
produksi total sedangkan 20% sisanya adalah stainless steel dengan kategori duplex dan martensitic.
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
Stainless Steel sebagai salah satu baja paduan yang memiliki sifat tahan karat yang tinggi, juga merupakan baja paduan dengan kadar karbon yang rendah. Dibagi dalam 5 klasifikasi yaitu, Austenitic, Ferritic, Martensitic, Duplex dan Precipitation Hardening Stainless Steel. Dengan tingkat kekerasan yang juga tinggi Stainless Steel biasa dijadikan sebagai bahan dasar utama perabotan rumah tangga dan peralatan serta perkakas, alat – alat pemotong dan bagian mesin.
DAFTAR PUSTAKA
Seitovirta, Mika. 2013. Handbook of Stainless Steel. Finland : Outokumpu Indra, Febriana, dkk. 2008. Stainless Steel. Institut Pertanian Bogor : Fakultas Teknologi Pertanian Affandi, Abdul. 2015. Makalah Baja I. https://www.academia.edu/5741925/ Makalah_baja_1 diakses pada Minggu 12 Desember 2015 pukul 19:39
