Baja Tahan Karat

Baja Secara Umum

Baja (steel) merupakan material yang sering digunakan dan dijumpai pada kehidupan kita sehari-hari. Kandungan utama dalam baja adalah ferrous atau iron. Selain ferrous, ada kandungan lain yang selalu ada pada baja. Kandungan lain yang selalu ada dalam baja adalah karbon dan manganese.

Baja dapat dibagi menjadi dua kategori yakni baja standar dan baja tool. Berdasarkan komposisi kimianya, baja standar dapat dibagi menjadi tiga kelompok. Ketiga kelompok baja standar antara lain baja karbon, baja paduan, dan baja tahan karat. Berikut akan dibahas mengenai baja tahan karat.

Gambar 1. Baja Tahan Karat

Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

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

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

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

Berikut beberapa variasi dari baja tahan karat austenitic:

201	sedikit nickel diganti dengan manganese dan nitrogen
202	kandungan manganese lebih besar daripada variasi 201
205	kandungan manganese dan nitrogen lebih besar daripada variasi 202
301	kandungan nickel dan chromium yang lebih rendah untuk meningkatkan kemampuan kerja pengerasan
302	baja tahan karat yang dapat diterapkan secara umum
302B	mampu menahan proses terbentuknya kerak dengan penambahan silicon
303	machinability meningkat dengan penambahan sulfur
303Se	permukaan hasil penyayatan ditingkatkan dengan penambahan selenium
304	kandungan karbon lebih rendah dari variasi 302
304L	kandungan karbon lebih rendah dari variasi 304, untuk meningkatkan ketahanan karat
304LN	kandungan karbon lebih rendah dari variasi 304 dengan penambahan nitrogen untuk meningkatkan kekuatan
304H	kandungan karbon lebih tinggi daripada variasi 304
304Cu	penambahan tembaga untuk meningkatkan kemampuan pengerjaan dingin
304N	penambahan nitrogen untuk meningkatkan kekuatan
305	peningkatan kandungan nickel untuk mengurangi kerja pengerasan
308	peningkatan chromium dan nickel untuk meningkatkan sifat mampu las
309	kandungan chromium dan nickel yang tinggi untuk meningkatkan ketahanan panas
309S	kandungan karbon lebih rendah daripada variasi 309
309Cb	penambahan niobium (columbium)
310	kandungan chromium dan nickel lebih tinggi daripada variasi 309 untuk meningkatkan ketahanan panas
310S	kandungan karbon lebih rendah daripada variasi 310
310Cb	penambahan niobium (columbium)
314	peningkatan kandungan silicon untuk meningkatkan ketahanan panas
316	penambahan molybdenum untuk meningkatkan ketahanan karat
316F	peningkatan sulfur dan phosphorus untuk machinability (mampu mesin atau mampu sayat)
316L	kandungan karbon yang lebih rendah untuk meningkatkan ketahanan karat dan sifat mampu las
316LN	kandungan karbon yang lebih rendah dan nitrogen yang lebih tinggi untuk meningkatkan kekuatan
316H	kandungan karbon lebih tinggi daripada variasi 316
316N	penambahan nitrogen untuk meningkatkan kekuatan
316Ti	penambahan titanium
316Cb	penambahan niobium (columbium)
317	peningkatan chromium dan molybdenum untuk meningkatkan ketahanan karat
317L	kandungan karbon lebih rendah dari variasi 317 untuk meningkatkan sifat mampu las
321	penambahan titanium untuk mengurangi timbulnya chromium carbide
330	kandungan nickel tinggi untuk mengurangi karburisasi dan meningkatkan thermal shock
347	niobium dan tantalum ditambahkan untuk mengurangi timbulnya chromium carbide
347H	kandungan karbon lebih tinggi daripada variasi 347
348	tantalum dan cobalt ditambahkan untuk beberapa aplikasi nuklir
348H	kandungan karbon lebih tinggi daripada variasi 348
384	peningkatan nickel untuk mengurangi kerja pengerasan

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

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

Berikut beberapa variasi dari baja tahan karat ferritic:

405	rendah chromium dengan tambahan aluminium
409	rendah chromium, aplikasinya untuk pembuangan pada bidang otomotif
429	pengurangan chromium secara halus, meningkatkan sifat mampu las
430	baja tahan karat ferritic dengan kegunaan umum
430F	peningkatan sulfur dan phosphorus untuk meningkatkan machinability
430Se	penambahan selenium untuk meningkatkan kualitas permukaan hasil penyayatan
434	penambahan molybdenum untuk meningkatkan ketahanan karat
436	penambahan molybdenum, niobium, dan tantalum untuk meningkatkan ketahanan karat dan ketahanan panas
439	kadar karbon rendah dengan penambahan titanium untuk mengurangi sensitization
442	peningkatan chromium untuk meningkatkan ketahanan pembentukan kerak oksida
444	kadar karbon rendah dengan penambahan molybdenum untuk ketahanan karat, serta penambahan titanium dan niobium untuk mengurangi sensitization
446	kadar chromium paling tinggi untuk meningkatkan ketahanan pembentukan kerak

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

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

Berikut beberapa variasi dari baja tahan karat martensitic:

403	cocok untuk komponen yang mengalami tegangan tinggi
410	baja tahan karat martensitic dengan kegunaan umum
414	penambahan nickel untuk ketahanan karat
416	kandungan phosphorus dan sulfur yang tinggi untuk meningkatkan machinability
416Se	penambahan selenium untuk meningkatkan permukaan hasil penyayatan
420	kandungan karbon tinggi untuk meningkatkan kekuatan
420F	peningkatan phosphorus dan sulfur untuk meningkatkan machinability
422	penambahan molybdenum, vanadium, dan tungsten untuk meningkatkan kekuatan dan keuletan
431	kandungan chromium tinggi, serta penambahan nickel untuk meningkatkan ketahanan karat
440A	mengandung paling banyak chromium, serta penambahan karbon untuk meningkatkan kekerasan
440B	mengandung paling banyak chromium, serta penambahan karbon lebih untuk meningkatkan kekerasan/keuletan
440C	mengandung paling banyak chromium, serta paling banyak karbon untuk meningkatkan kekerasan/keuletan
501	kandungan chromium rendah, penambahan molybdenum
502	kandungan karbon rendah, penambahan molybdenum

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

Berikut beberapa variasi dari precipitation hardening stainless steel:

600	austenitic dengan penambahan molybdenum, aluminium, titanium, vanadium, dan boron
630	martensitic dengan penambahan tembaga dan niobium
631	austenitic dengan penambahan aluminium
633	austenitic dengan penambahan molybdenum dan nitrogen
635	martensitic dengan penambahan aluminium dan titanium

Aplikasi Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Berikut beberapa aplikasi dari stainless steel:

409	komponen pembuangan di bidang otomotif, tangki penyemprot di bidang pertanian
446	katup temperatur tinggi, ruang pembakaran, cetakan kaca
304	peralatan untuk memproses bahan kimia dan makanan, cryogenic vessel
316L	konstruksi las
410	rifle barrel, komponen mesin jet
440A	alat potong seperti pisau, bearing, alat bedah