BAB II DASAR TEORI
2.2. Spesifikasi dari Masing-masing Jenis Baja Tahan Karat
Baja tahan karat mempunyai spesifikasi sesuai dengan jenis-jenisnya, baik menurut strukturnya maupun menurut kandungan unsur paduannya. Menurut strukturnya baja tahan karat mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
2.2.1. Baja Tahan Karat Martensit (Martensitic Stainless Steel)
Baja ini merupakan paduan kromium dan karbon yang memiliki struktur martensit body centered cubic (bcc) terdistorsi saat kondisi bahan dikeraskan. Baja ini merupakan ferromagnetic, bersifat dapat dikeraskan dan umumnya tahan korosi di lingkungan kurang korosif. Mempunyai ketahanan panas yang baik sekali, sifat-sifat mekanik dapat lebih baik dengan pengerasan dan temper. Komposisi baja tahan karat martensit adalah 12 - 13% Cr yang merupakan batas terendah untuk ketahanan asam dan 0.1 – 0.3% C, oleh karena itu baja sulit terkena korosi akibat udara, tetapi masih cukup terkorosi akibat larutan. Kandungan kromium dan karbon dijaga agar mendapatkan struktur martensit saat proses pengerasan. Karbida berlebih meningkatkan ketahanan aus. Unsur niobium (Nb), silicon (Si), tungsten dan vanadium (V) ditambah untuk memperbaiki proses temper setelah proses pengerasan. Sedikit kandungan nikel meningkatkan ketahan korosi dan ketangguhan. Baja jenis ini banyak digunakan sebagai alat pemotong, perkakas dan sebagainya.
Tugas Akhir 10
2.2.2. Baja Tahan Karat Ferit (Ferritic Stainless Steel)
Baja jenis ini mempunyai struktur body centered cubic (bcc). Unsur kromium ditambahkan ke paduan sebagai penstabil ferrit. Baja ini mengandung 16 – 18% Cr atau lebih. Beberapa tipe baja mengandung unsur molybdenum (Mo), silicon (Si), aluminium (Al), titanium (Ti) dan niobium (Nb). Unsur sulfur (S) ditambahkan untuk memperbaiki sifat mesin. Paduan ini merupakan ferromagnetic dan mempunyai sifat ulet dan mampu bentuk yang baik, namun kekuatan di lingkungan suhu tinggi lebih rendah dibandingkan baja stainless austenitic. Kandungan karbon rendah pada baja ferritik tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas. Tidak terjadi karat pada lingkungan korosi yang rendah, tetapi dapat terjadi korosi lubang atau krevis pada air larutan yang netral dengan sedikit ion klor. Tanpa kandungan Ni baja sukar terjadi retakan akibat korosi tegangan. Apabila mengandung lebih dari 18% Cr, baja tersebut akan menjadi getas tetapi dengan kadar C dan N tertentu sifat mampu las, ketahanan korosi, keuletan baja dapat dipertahankan.
Tingkat kekerasan beberapa tipe baja tahan karat ferritik dapat ditingkatkan dengan cara celup cepat. Metode celup cepat merupakan proses pencelupan benda kerja secara cepat dari keadaan temperatur tinggi ke temperatur ruang. Pada gambar berikut (Gambar 2.3) menunjukkan hubungan antara temperatur mula dan waktu pembentukan fase σ dan kegetasan 475°C pada baja Cr tinggi.
Tugas Akhir 11
Gambar 2.3. Hubungan antara temperatur mula dan waktu pembentukan fase σ dan kegetasan 475°C pada baja Cr tinggi.
Sumber: Tata Surdja, Shinroku Saito, Pengetahuan Bahan Teknik, 1987, Hal. 104. 2.2.3. Baja Tahan Karat Austenit (Austenitic Stainless Steel)
Logam paduan ini merupakan paduan berbasis ferrous dan mempunyai struktur kristal face centered cubic (fcc). Struktur kristal akan tetap berfasa austenit bila unsur nikel dalam paduan diganti mangan (Mn) karena kedua unsur merupakan penstabil fasa austenit. Fasa austenitic tidak akan berubah saat perlakuan panas anil yang kemudian didinginkan pada temperatur ruang. Baja tahan karat austenit tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan celup cepat (quenching). Baja ini mempunyai kandungan 18% Cr dan 8% Ni. Umumnya jenis baja ini dapat tetap menjaga sifat austenit pada temperatur ruang, lebih bersifat ulet dan memiliki ketahanan korosi lebih baik dibandingkan baja stainless ferritik dan martensit.
Baja tahan karat austenitic hanya bisa dikeraskan melalui pengerjaan dingin. Material ini mempunyai kekuatan tinggi di lingkungan suhu tinggi dan bersifat cryogenic. Tipe 2xx mengandung nitrogen (N), 4-15.5% mangan(Mn), dan kandungan
Tugas Akhir 12
7% nikel (Ni). Tipe 3xx mengandung unsur nikel yang tinggi dan maksimal kandungan mangan (Mn) sebesar 2%. Unsur molybdenum (Mn), tembaga (Cu), silikon (Si), aluminium (Al), titanium (Ti) dan niobium (Nb) ditambah dengan karakter material tertentu seperti ketahanan korosi sumuran atau oksidasi. Sulfur (S) ditambah pada tipe tertentu untuk memperbaiki sifat mampu mesin.
2.2.4. Baja Tahan Karat Dupleks (Duplex Stainless Steel)
Jenis baja ini merupakan paduan campuran struktur ferrit dan austenit. Umumnya paduan-paduan di desain mengandung kadar seimbang tiap fasa saat kondisi anil. Paduan utama material adalah kromium dan nikel, tapi nitrogen, molybdenum, tembaga, silicon dan tungsten ditambah untuk menstabilkan struktur dan memperbaiki sifat tahan korosi. Ketahanan korosi baja tahan karat dupleks hampir sama dengan baja tahan karat austenit. Kelebihan baja tahan karat dupleks yaitu nilai tegangan tarik dan luluh tinggi dan ketahanan korosi retak tegang lebih baik dari pada baja tahan karat austenit. Ketangguhan baja tahan karat dupleks diantara baja tahan karat austenitik dan ferritik.
Tugas Akhir 13
2.2.5. Baja Tahan Karat Pengerasan Endapan (Precipitation Hardening Steel)
Jenis baja ini merupakan paduan unsur utama kromium-nikel yang keras dan kuat karena terbentuk suatu precipitat (endapan) dalam struktur mikro logam, sehingga gerakan deformasi menjadi terhambat dan memperkuat material baja. Pembentukan ini disebabkan oleh penambahan unsur antara lain tembaga (Cu), aluminium (Al), titanium (Ti) dan niobium (Nb). Proses penguatan biasanya terjadi pada saat dilakukan pengerjaan dingin (cold work). Baja ini berstruktur austenitik atau martensitik dalam kondisi anil. Kondisi baja berfasa austenitik dalam keadaan anil dapat diubah menjadi fasa martensit melalui perlakuan panas. Kekuatan material melalui pengerasan endapan terjadi pada struktur martensit. (Sumber:
www.tasteel.com)
Perbandingan sifat mekanik dari masing masing baja tahan karat dan hubungan dari berbagai jenis baja tahan karat dapat dilihat pada Tabel 2.1 dan Gambar 2.4.
Tabel 2.1. Perbandingan sifat mekanik berbagai jenis stainless steel. Jenis Stainless Steel Respon Magnet Ketahanan Korosi Metode Hardening Ke-liat-an (Ductility) Ketahanan Temperatur Tinggi Ketahanan Temperatur Rendah Kemampuan Welding
Austenitic Tdk Sgt Tingi Cold Work Sgt Tinggi Sgt Tinggi Sgt Tinggi Sgt Tinggi Duplex Ya Sedang Tidak Ada Sedang Rendah Sedang Tinggi Ferritic Ya Sedang Tidak Ada Sedang Tinggi Rendah Rendah Martensitic Ya Sedang Q & T Rendah Rendah Rendah Rendah
Tugas Akhir 14
Gambar 2.4. Hubungan berbagai jenis stainless steel. Sumber: www.tasteel.com