Dasar Teknologi Baja

Haloo semua, nama saya Elicohen Dima Sagala NIM 15515012. Sekarang saya sedang kuliah di prodi S1 Teknik Kelautan Institut Teknologi Bandung. Postingan ini merupakan bagian dari mata kuliah KL 2105 "Bahan Bangunan Laut" dengan dosen Alamsyah Kurniawan, Ph.d

Nah setelah membahas banyak tentang beton, sekarang saya akan membahas tentang baja.Teknik Kelautan terbagi atas 2 konsentrasi besar yakni : Offshore (Lepas Pantai) dan Onshore/Coastal (Teknik Pantai). Di bagian coastal, baja digunakan sebagai sebagai material tulangan dari beton. Sedangkan dalam offshore, baja digunakan sebagai material strukturnya.

A. RANGKAIAN PROSES PEMBUATAN BAJA

Bijih Besi

Bumi memiliki banyak mineral besi (bijih besi). Bijih besi pada umumnya adalah besi oksida : hematit (Fe₂O₃), magnetit(Fe₃O₄), limonit(Fe₂O₃.xH₂O)

Hematit adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar besinya tinggi, mencapai 66%, dan kadar kotorannya relatif rendah.

Pada tahap selanjutnya hematit ini akan dimasukkan kedalam blast furnace, yaitu tungku besar yang berfungsi melebur biji besi pada tahap awal.

Prinsip reduksi untuk mengubah bijih besi menjadi besi adalah :

2C + O₂ ==> 2CO

Fe₂O₄, Fe₃O₄+ CO ==> Fe + CO₂

Secara tradisionil, bahan baku untuk menghasilkan gas reduktor karbon monoksida adalah arang atau batubara. Dewasa ini, sekitar 80 % baja dihasilkan dengan melewati jalur tanur tinggi (blast furnace), sedangkan 20 % sisanya melalui jalur reduksi langsung (direct reduction).

Gambar 1.1 Ilustrasi pembuatan baja

a.    Jalur reduksi langsung

Proses reduksi langsung dapat menggunakan reduktor yang berasal dari gas alam. proses ini banyak digunakan di perusahaan seperti pt. krakatau steel

·         Bahan baku : pelet bijih besi dan gas alam

·         Cara kerja :gas alam (CH4^- metana) yang dipanaskan sampai suhu 9000c direaksikan dengan air (H₂0) dengan katalis ni akan berubah menjadi gas H2 dan CO.keduanya merupakan gas reduktor yang akan mengikat dan mengambil oksigen dari bijih besi :

Fe₂O₄, Fe₃O₄(s) + CO(g) + H₂(g) => Fe (s) + CO₂(g) + H₂O (g)

Dengan demikian pellet bijih besi berubah menjadi besi spons, tetap dalam keadaan padat berbentuk butiran (pellet). Besi spons memiliki kadar karbon yang terlalu tinggi (untuk baja) dan unsur pengotor. Selanjutnya besi spons (ditambah bahan baku lainnya : oksigen, batu kapur, dan unsur paduan) dilebur di tungku busur listrik atau e.a.f (electric arc furnace) menjadi baja cair. Baja cair dituang dengan proses pengecoran kontinu menjadi billet dan slab.

 Gambar 1.2. Jalur reduksi langsung

b.       Jalur Blast Furnace

Teknologi blast furnace atau hoogoven atau tanur tinggi saat ini adalah hasil perkembangan sejak abad 14. teknologinya sudah matang, produktivitasnya sangat tinggi

Gambar 1.3. Jalur Blast Furnace

Hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnace, disertai dengan beberapa bahan lainnya

seperti kokas (coke), batukapur (limestone), dan udara panas. Bahan baku yang terdiri dari campuran biji besi, kokas, dan batu kapur, dinaikkan kepuncak blastfurnace yang tingginya bisa mencapai 60 meter.

Setelah bahan-bahan dimasukkan kedalam blast furnace, lalu udara panas dialirkan dari dasar tungku dan menyebabkan kokas terbakar sehingga nantinya akan membentuk karbonmonoksida (CO) . Reaksi reduksi pun terjadi, yaitu sebagai

berikut :

Fe₂O₃+ 3CO → 2Fe + 3CO₂

maka di dapatlah besi (fe) yang kita inginkan. Namun besi tersebut masih mengandung karbon yang cukup banyak yaitu 3 % – 4,5 %, padahal besi yang paling banyak digunakan saat ini adalah yang berkadar karbon kurang dari 1 % saja. besi yang mengandung karbon dengan kadar > 4% biasa disebut pig iron.

Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih besi perlu diperhatikan bahwa bijih besi yang akan dimasukkan kedalam blast furnace haruslah digumpalkan terlebih dahulu. Hal tersebut berguna agar aliran udara panas bisa dengan mudah bergerak melewati celan-celah biji besi dan tentunya akan mempercepat proses reduksi.

·         Gambar 1.4. Reaksi kimia pada tanur tinggi (Blast Furnace)

      bahan baku :bijih besi, kokas, batu kapur, udara

     

Pembakaran kokas mempunyai dua fungsi:menghasilkan panas. Pembakaran tidak sempurna menghasilkan gas karbon monoksida sebagai reduktor.

batu kapur berfungsi untuk mengikat kotoran pada besi cair menjadi terak (slag) yang terapung diatas besi kasar cair.

·         Hasil blast furnace:

 Besi Kasar Cair (molten iron)

Besi kasar segera dikirim dan dimasukkan ke conveter di b.o.f. (basic oxygen furnance) atau bos (basic oxygen steelmaking).

·         Konversi Besi ke Baja

Gambar 1.5. Konversi besi ke baja

Kedalam bof dimasukkan: besi kasar cair baja bekas (steel scrap) oksigen batu kapur

Unsur-unsur paduan: Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Cr, Fe-Ni, dst.

            Penambahan oksigen (dengan oxygen lance) adalah untuk mengurangi kadar  karbon hingga mencapai yang dikehendaki. Batu kapur mengikat kotoran menjadi terak.

Sesudah komposisi kimia tepat seperti yang diminta (sample diperiksa dengan spektrometer), baja cair dipindahkan ke ladle.

Kegiatan Utama Dalam BOF

Gambar 1.6. Kegiatan utama dalam BOF

                       EAF hanya memakai cold scrap metal. Proses utk membuat bajamutu tinggi

Gambar 1.7. The Electric Arc Furnace (EAF)

Proses EAF

 Gambar 1.8. Proses EAF

EkstraTreatment sesuaimutubajayang diinginkan

Bisa ditambah argon, injeksi powder atau wire, vacuum atau pemanasan tambahan

Mengurangi kadar hidrogen dan sulfur.

Penuangan baja cair dapat dilakukan dengan dua cara: dalam bentuk balok baja (ingot) menjadi slab atau billetdengan proses cor kontinu (continuous casting)

1.Fully Killed

2.Semi Killed

3.Semi Killed + Bleeding

4.Capped (+ Rimmed)

5.Capped (+ Rimmed)

6.Rimmed

7.Rimmed

8.Rimmed

                         

B. PROSES PEMBUATAN PRODUK SETENGAH JADI

                      

Proses pembuatan produk setengah jadi

•Hot rolling,

•Cold rolling,

•Hot forging,

•Hot tube fiercing,

•Pembuatan welded pipe (longitudinal & spiral)

 ingot, billet dan slab dirol panas (hot rolling) menjadi

 –Flat product: pelat

 –Long product: baja profil, besi beton, dan batang kawat.

•Ingot, slab atau billet dipanaskan di tungku pemanas

•Hot rolling dilakukan bertahap

•Pengerolan baja profil

1. Hot Rolling

Gambar 2.1. Hot Rolling

                        Ingot, slab atau billet dipanaskan di tungku pemanas. Hot rolling dilakukan bertahap.                           Pengerolan baja profil: 

      2. Cold Rolling

Dengan cold rolling bertahap pelat diubah menjadi baja lembaran (sheet), dilanjutkan dengan proses pemanasan / annealing untuk melunakkan dan diakhiri dengan temper rolling untuk “menyetrika”.

Gambar 2.2. Cold Rolling

3. Hot Forging

Untuk membuat komponen yang berukuran besar, misalnya poros turbin, digunakan proses tempa panas.

Gambar 2.3. Hot Forging

PRODUK TUBULAR / HOLLOW   

Tahap awal pembuatan pipa seamless dilakukan dengan hot tube piercing terhadap billet yang dipanaskan salah satu varian-nya adalah proses mannesmann.

Gambar 2.4. Hollow

1. Hot Tube Piercing

Gambar 2.5. Hot tube piercing

 Pengecilan diameter pipa berdinding tebal tersebut dilakukan dengan proses hot tube rolling. Tebal dindingnya juga akan berkurang. Untuk membuat pipa yang lebih kecil lagi diameternya dipakai proses cold tube drawing.

2.Pembuatan Welded Pipe

Welded pipe dapat dibuat dengan dua cara: longitudinal welded pipe (erw pipe) dan spiral welded pipe (dsaw pipe)

    a. Logitudinal welded pipe

        Bahan baku: pelat baja hasil hot rolling

        Proses pembentukan dengan roll forming bertahap

 Gambar 2.6. Longitudinal welded pipe

      Pipa UO

      Pipa berdiameter lebih besar (d>26”) dapat dibuat dengan proses u-o (pada press) dan                   dilanjutkan dengan pengelasan.

 Gambar 2.7. Forming in the U-ing press

Gambar 2.8. Completion in the O-ing press

  b. Spiral welded pipe

     Bahan baku pelat baja hasil hot rolling dapat dibentuk menjadi pipa dengan alur spiral.

     dengan satu lebar pelat dapat diperoleh pipa dengan berbagai diameter, tergantung pada                  cetakan dan sudut pemasukan pelat. Pengelasan dilakukan dengan saw(submerged arc                    welding) atau las busur terendam.

C. KLASIFIKASI & STANDARD

     

  Jenis baja dikelompokkan sbb:

 -Baja Karbon (plain carbon steel)

                        low carbon steel : c < 0,25%

                        medium carbon steel: c = 0,25 = 0,5%

                        high carbon steel: c > 0,5%

                                                                                                                                                                                                                                                                                                - ----Baja paduan (alloy steel)

                        low alloy steel : e unsur-unsur paduan < 8%

                        high alloy steel: e unsur-unsur paduan > 8%

Standard yang banyak dipakai dalam perdagangan / industri baja adalah:

aisi    = american iron & steel institute

sae     = society of automotive engineers

asme = american society of mechanical engineers

astm = american society for testing and materials

din   = deutsche industrie normen

jis     = japanese industrial standard.

KLASIFIKASI / STANDARD BAJA DIBUAT MENURUT HAL BERIKUT:

1.Proses pembuatan / bentuk produk

Contoh: plate, sheet, forgings, wire, pipe, dst.

2. Kekuatan:

Contoh:

Din st.50 :tensile strength > 50 kgfnini2

Jis ss 41 : tensile strength > 41 kgf/mm2

Api 5l -65 x : yield strength > 65 ksi

3.Komposisi kimia:

Contoh:

Din 25crmo4

Jis s45c

Aisi/sae 4130

Aisi 304

 4.Nomor standard tanpa pola tertentu:

contoh:

astm a 106: seamless pipe

astm a 210: seamless tube for boiler and

superheater

standard aisi / sae membuat klasifikasi baja secara komprehensif berdasarkan komposisi kimia:

pada dasarnya baja karbon dan baja. paduan rendah diberi kode klasifikasi 4 digit.

digit ke 1 & 2 menyatakan kelompok / jenis paduan

digit ke 3 & 4 menyatakan kadar karbon nominal.

Klasifikasi ASISI / SAE

designation	Types
10 xx	Nonresulphurized
11xx	Resulphurizedcarbonstellgrades
12xx	Rephosphorizedandresulphurizedcarbonsteelgrades
13xx	Manganese1.75percent
15xx	Manganeseover1.00to1.65
23xx	Nickel3.50percent
25xx	Nickel5.00percent
31xx	Nickel1.25percent–Chromium0.65percent
33xx	Nickel3.50percent–Chromium1.55percent
40xx	Molybdenum0.25percent
41xx	Chormium0.50or0.95percent–Molybdenum0.12or0.20percent
43xx	Nickel1.80percent-Chromium0.50to0.80percent-Molybdenum0.25percent.
44xx	Molybdenum0.40or0.53
46xx	Nickel1.55or1.80percent-Molybdenum0.20or0.25percent
47xx	Nickel1.05percent-Chromium0.45percent-Molybdenum0.20percent
48xx	Nickel3.50percent-Molybdenum0.25percent
50xx	Chromium0.28or0.40percent
51xx	Chromium0.80,0.90,0.95,1.00or1.05percent
5xxxx	Carbon1.00percent-Chromium0.50,1.00or1.45percent
61xx	Chromium0.80or0.95percent-Vanadium0.10percentor0.15percentmin
81xx	Nickel0.30-Chromium0.40-Molybdenum0.12
86xx	Nickel0.55percent-Chromium0.50or0.65percent-Molybdenum0.20percent