D
alam rangka melaksanakan Inspeksi /Supervisi Pabrikasi Rel UIC 54 ke Chi- na, kami berkesempatan untuk meninjau langsung Proses pembuatan rel mulai dari proses iron making sampai dengan pro- ses hardening. Rel menjadi unsur penting dalam sarana Kereta Api, selain Lokomotif, Gerbong, dan lain-lain.
Rel merupakan dua batang rel kaku yang sama panjang dipasang pada banta- lan dengan menggunakan paku rel atau penambat. Rel digunakan pada jalur kereta api untuk mengarahkan atau memandu kereta api tanpa memerlukan pengenda- lian.
Fungsi Rel adalah :
1. Menerima beban dari roda dan mendis- tribusikan beban ini ke bantalan atau tumpuan;
2. Mengarahkan roda ke arah lateral, ga- ya-gaya horizontal yang bekerja pada kepala rel disalurkan ke dan didistribusi- kan pada bantalan dan tumpuan;
3. Menjadi permukaan yang halus untuk dilewati dan mendistribusikan gaya- gaya percepatan dan pengereman (adhesi);
4. Sebagai penghantar arus listrik untuk lintas kereta api; dan
5. Sebagai penghantar arus listrik untuk persinyalan.
Jenis Proil Rel, antara lain :
1. Flat-bottom rail (rel standar), yaitu rel
yang proilnya digunakan sebagai stan- dar aturan umum untuk jalan rel kon- vensional;
2. Non-standard proile (rel tidak standar). Rel ini memiliki badan yang lebih tebal, digunakan untuk komponen wesel, ja- lan silang dan lain-lain;
3. Grooved rail, yaitu rel yang mempunyai lekukan pada permukaan atasnya dan digunakan untuk struktur jalan rel ter- batas seperti emplasemen, roadway
dan lain-lain.
Kereta Api merupakan Angkutan Masal yang banyak diminati oleh masyarakat luas sebagai sarana transportasi. Di Indonesia, ang-kutan Kereta Api saat ini hanya ada di Pulau Jawa dan sebagian Pulau Sumatera. Diharapkan untuk masa yang akan datang, pulau-pulau lain juga dapat menikmati sarana angkutan masal tersebut.
Geometri Rel Standar
Rel standar ini berasal dari proil 1 yang lens atasnya diubah bentuknya menjadi
kepala rel untuk tujuan yang sesuai dengan fungsinya sebagai pengarah dan tumpuan. Tipe rel yang pernah digunakan di Indone- sia meliputi tipe R25, R33, R42, dan R54 (gambar 2). Angka di belakang huruf R menunjukkan pembulatan berat per meter dalam satuan kg.
Bijih besi dihancurkan dan ukuran yang halus diangkut ke alat pembuat sinter dicampur dengan arang dan batu kapur kemudian dipanaskan hingga terben- tuk cliker yang mengandung besi yang disebut sinter. Sinter ini dimasukkan ke dalam tungku pembakaran ditambah bijih besi, arang dan batu kapur dalam perbandingan yang terkendali, kemu- dian keseluruhannya dibakar mencapai
1500 °C.
Dilihat dari fungsinya rel standar dapat dibagi dalam 3 bagian:
1. Kepala rel (rail head): bentuk harus ses- uai sehingga menjamin adanya kontak
yang baik dengan proil roda sedangkan
ukuran harus cukup untuk memung- kinkan batas keausannya yang besar; 2. Badan rel (rail web): ketebalan rel di-
tentukan oleh kekakuan dari badan rel untuk memenuhi persyaratan ter- hadap lekuk, meskipun dalam keadaan berkarat. Untuk sambungan lubang plat sambung dibuat pada badan rel (area transisi antara kepala rel dan kaki rel). Radius pada sisi lengkung harus lebih besar dari 6 mm untuk mencegah ter- konsentrasinya tegangan;
3. Kaki rel (rail foot): lebarnya harus cukup
besar untuk kestabilan proil rel, untuk- mendistribusikan beban ke bantalan, dan memenuhi momen inersia arah la-
teral yang ibutuhkan. Kaki rel juga ber- fungsi menambatkan rel pada bantalan baik secara langsung maupun tidak langsung.
Beberapa tahap pembuatan rel:
1. Tanur Tinggi (Blast Furnace)
Baja (steel) merupakan besi yang telah diperbaiki sifatnya dengan menambah- kan unsur lainnya dalam jumlah yang tepat.
Gambar 1 Tipe rel yang pernah digunakan di Indonesia.
Batu kapur yang bercampur dengan kotoran-kotoran dalam bijih besi mem- bentuk slag cair yang lebih ringan dari- pada logam sehingga mengambang. Proses pembakaran ini dilakukan terus menerus. Sedangkan slag yang men- gambang di atas permukaan besi yang mencair, secara berkala dibuang. Demikian juga bila besi cair yang ter- kumpul di bawah slag sudah cukup banyak maka diambil dan diangkut ke tungku baja di atas permukaan besi yang mencair, secara berkala dibuang.
2. Pembuatan Baja (Steel Making)
Proses Basic Oxygen Furnace, atau BOF, telah menjadi metode pembua- tan baja yang paling banyak digunakan. Metode ini dapat memuat 150 350 ton dan merubahnya menjadi baja dalam waktu 40 menit.
Logam panas (hot metal) adalah bahan utama yang dipergunakan dalam pro-
ses BOF. Proses pertama adalah de- sulfurisasi. Tungku dimiringkan dan diisi dengan scrap kemudian dengan besi cair dan dikembalikan pada kedudukan tegak. Perbandingan antara besi cair dan scrap adalah 70% besi cair dan 30% scrap.
Sebuah penyembur oksigen yang didin- ginkan dengan air diturunkan ke tungku dan oksigen kering murni disemburkan ke arah logam dengan kekuatan yang
sangat tinggi. Oksigen ini bercampur
dengan karbon dan unsur lain yang ti- dak diperlukan sehingga membersihkan logam cair dari unsur pengotor (impu- rities). Selama penyemburan berlang- sung ditambahkan juga kapur untuk membantu membuang kotoran yang teroksidasi dalam bentuk lapisan slag yang mengambang.
Di dalam tempat penampungan, baja cair tersebut dikarburasi dan dicampur. Dengan cara yang disebut metalurgi
sekunder komposisi kimianya diper- baiki, suhunya disesuaikan dan keber- sihannya ditingkatkan dengan mem- buang inklusi.
Cara penempatan alat penyembur,
penentuan jumlah oksigen yang harus disemburkan, tambahan yang harus di- lakukan dan langkah-langkah perbaikan yang diperlukan semuanya dikendalikan secara otomatis oleh komputer.
3. Proses Argon Flushing dan Vacuum Degassing
Dalam proses pembuatan baja secara modern ada beberapa langkah lain yang diterapkan untuk meningkatkan kualitas baja, yaitu Argon Flushing dan Vacuum Degassing. Argon Flushing dipergu- nakan untuk menyamakan (membuat homogen) suhu dan komposisi kimia.
Sedangkan Vacuum Degassing digu- nakan untuk mengurangi kandungan hi- drogen menjadi kurang dari 2 ppm dan meningkatkan kebersihan oksigen baja. Dengan kandungan hidrogen kurang dari 2 ppm dalam cairan baja maka ti- dak diperlukan tindakan khusus untuk
mencegah timbulnya lapisan lake. Di
bawah beban kereta, lapisan ini dapat mengakibatkan timbulnya retak akibat fatik.
4. Proses Pengecoran Menerus (Conti- nous Casting)
Proses pengecoran menerus (continous casting) meliputi cairan baja 150 350 ton dituangkan dalam 2 buah bejana agar pekerjaan dapat dilakukan terus menerus, yaitu ketika logam cair dari bejana pertama dituangkan ke tundish maka bejana kedua dapat disiapkan. Dengan demikian maka pengecoran dapat berlangsung terus.
Pengecoran cairan logam menggu- nakan teknik penuangan dalam renda- man (submerged pouring) dari bejana ke tundish. Nozzle yang dilengkapi alat pengukur dipasang untuk menuangkan jumlah ukuran baja yang tepat pada 6 sampai 8 cetakan. Semua baja ter- lindung terhadap oksidasi dari udara luar oleh dinding penahan diantara be- jana dan tundish, dan juga antara pir-
ingan dengan cetakan. Cetakan yang
berdinding rangkap ini didinginkan den-
gan air. Cetakan ini membentuk baja
dalam bentuk batangan (bloom). Bloom keluar dari ruang semprot untuk pendi- nginan yang kedua, maka bloom panas yang melengkung dengan radius 10-13 m, memasuki mesin pelurus.
Setelah dipotong untuk mendapatkan panjang yang dikehendaki serta di- dinginkan, maka bloom dimasukkan ke
alat pemanas/tungku. Pada permulaan pengecoran mungkin terjadi kelebihan hidrogen. Jika kandungan hidrogen mencapai batas kritis, maka batang- batang ini didinginkan agar hidrogennya terkendali.
5. Proses Pembentukan Rel (Rolling
Mill)
Baja dalam bentuk batangan (bloom)
diperiksa dan cacat dihilangkan un- tuk mendapatkan hasil akhir dengan kualitas permukaan yang tinggi. Se- belum dibentuk di bagian pembentu- kan, batangan ini dipanaskan sampai
1250°C dalam sebuah tungku dan se- lanjutnya disemprot dengan air yang bertekanan 200 bar untuk menghilang- kan kerak tungku. Hal ini untuk mence- gah agar permukaan bloom maupun permukaan roda pembentuk tidak rusak oleh kerak tungku yang keras.
Batangan baja dilewatkan pada roda pembentuk untuk mendapat bentuk yang masih kasar kemudian cetakan makin mengecil dan menghasilkan bentuk rel yang diharapkan, prosesnya untuk satu cetakan harus dilewatkan sebanyak 8 -11 kali bolak-balik, dimana logam dibentuk bergiliran dalam suatu universal stand dan edging stand yang terkait. Dengan cara ini diperoleh tole- ransi yang ketat dan kualitas permukaan
yang tinggi. Kerusakan bagian dalam dideteksi dengan metoda pengujian ul- trasonic. Kelurusan rel diukur pada pan- jang gelombang 0,5 3 m. Kemudian kelurusan ujung rel diukur dengan alat pengukur kelurusan
6. Proses Cutting, Straightening dan
Ultrasonic Testing
melewati mesin pelurus setiap rel akan melewati tempat pemeriksaan. Disini rel diperiksa secara menerus terhadap kri- teria yang telah ditetapkan untuk keru- sakan bagian dalam, ketepatan ukuran dan kelurusan permukaan atasnya. Jika diperlukan maka diluruskan lagi dengan peralatan gag press.
7. Proses Perlakuan Panas (Heat Treat-
ment)
Batangan baja diperiksa dan cacat yang ada dibuang untuk mendapatkan hasil akhir dengan kualitas permukaan. Rel yang telah selesai, selagi masih panas, dipotong sesuai dengan panjang yang dipesan. Setiap rel pada saat masih panas diberi tanda dan nomor cetakan
(heat number) agar dapat diidentiikasi
pemanasan atau batangan asalnya. Rel yang masih panas ditempatkan
pada batang pendingin berjalan untuk mendinginkannya secara menyeluruh.
Untuk menurunkan suhu dari 800°C menjadi 100°C diperlukan waktu 3 sam- pai 4 jam. Pendingin jenis batang ber- jalan ini mencegah adanya kerusakan pada permukaan. Setelah pendinginan dilanjutkan dengan pelurusan.
Terjadinya ketidaksimetrisan proil dise- babkan karena perbedaan laju pendi- nginan antara kepala rel dan kaki rel sehingga rel melengkung ke arah ver- tikal. Untuk membetulkannya rel dilu- ruskan pada arah vertikal dan sesekali pada arah lateral juga dengan mesin pelurus yang terdiri dari 7 roler. Setelah
Selain dengan pencampuran unsur paduan, tegangan tarik pada rel dapat ditingkatkan dengan cara perlakuan pa- nas (heat treatment). Metoda ini sangat menguntungkan karena kekerasannya juga meningkat, dan dapat diterapkan pada seluruh bagian rel atau pada ke- pala rel saja. Jika hanya kepala rel yang dipanasi maka kekerasan rel standar
dengan tegangan tarik 900 N/mm²
tetap berada pada badan dan kaki rel, sementara tegangan tarik pada kepala
rel berkisar antara 1200 1350 N/mm²
(350-400 HB), sehingga menimbulkan ketahanan yang sangat besar terhadap keausan.
Off-Line Hardening
Off-line hardening merupakan proses per- lakuan panas dengan tahapan rel dipanas- kan kembal hingga mencapai suhu aus- tenit dan didinginkan dengan udara untuk menghasilkan struktur mikro pearlite.
Pada saat pemanasan, kepala rel dipana- si dengan cara induksi selama 2 6 menit hingga mencapai suhu austenit sekitar 850-
950°C. Kemudian segera didinginkan den-
gan udara tekan hingga suhu 650-500°C,
suhu ini dipertahankan hingga baja men- capai struktur pearlitic. Semakin dekatnya kurva pendinginan ke bagian kanan dia- gram TTT maka struktur pearlitenya sema- kin baik dan sifat-sifat lainnya juga semakin baik. Diagram TTT dengan kurva pendingi- nan. Rel diambil dari proses pembentukan dan dibawa ke proses perlakuan panas
dengan temperatur diatas 800 °C. Proses
quenching dilakukan sama dengan off-line hardening. Kepala rel didinginkan pada kolam (bath) sehingga kekerasan kepala rel dapat meningkat. Selanjutnya rel yang telah
mencapai temperatur 60 °C, rel diluruskan
dan diperlakukan seperti rel lainnya.
Pemeriksaan dan Penerimaan (Inspec-
tion and Acceptance)
Pemeriksaan dan penerimaan dapat di- laksanakan baik oleh suatu bagian yang independen pada pabrik tersebut maupun dengan suatu kerja sama antara pabrik dan pelanggan, dalam hal ini maka pelanggan yang melakukan penerimaan akhir.
Penulis,
Ahmad Inspektorat V