KIMIA
FISIKA II
AKADEMI KIMIA ANALISIS CARAKA NUSANTARA
(AKACN)
Tahun. 2013
1.
Pengertian
Baja stainless
merupakan baja paduan yang mengandung minimal 10,5% Cr. Sedikit baja stainless
mengandung lebih dari 30% Cr atau kurang dari 50% Fe.
2.
Karakteristik
Karakteristik
khusus baja stainless adalah pembentukan lapisan film kromium oksida (Cr2O3). Lapisan
ini berkarakter kuat,tidak mudah pecah dan tidak terlihat secara kasat mata.
Lapisan kromium oksida dapat membentuk kembali jika lapisan rusak dengan
kehadiran oksigen. Pemilihan baja stainless didasarkan dengan sifat-sifat
materialnya antara lain ketahanan korosi, fabrikasi, mekanik, dan biaya produk.
3.
Kandungan bahan lain
Penambahan
unsur-unsur tertentu kedalam baja stainless dilakukan dengan tujuan sebagai
berikut :
a.
Penambahan
Molibdenum (Mo) bertujuan untuk memperbaiki ketahanan korosi pitting dan korosi
celah. Penambahan unsur molybdenum (Mo) untuk meningkatkan ketahanan korosi
pitting di lingkungan klorida.
Unsur karbon rendah dan penambahan unsur penstabil karbida
(titanium atau niobium) bertujuan menekan korosi batas butir pada material yang
mengalami proses sensitasi.
b.
Penambahan kromium
(Cr) bertujuan meningkatkan ketahanan korosi dengan membentuk lapisan oksida
(Cr2O3) dan ketahanan terhadap oksidasi temperatur tinggi.
c.
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.
d.
Unsur aluminium
(Al) meningkatkan pembentukan lapisan oksida pada temperature tinggi.
4. Kategori
Umumnya berdasarkan
paduan unsur kimia dan presentasibaja stainless dibagi menjadi lima
katagori[4]. Lima katagori tersebut yaitu :
a. Baja Stainless Martensitik
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. Kandungan kromium umumnya berkisar antara 10,5 – 18%, dan karbon melebihi 1,2%. Kandungan kromium dan karbon dijaga agar mendaptkan struktur martensit saat proses pengerasan. Karbida berlebih meningkatkan ketahanan aus. Unsur niobium, silicon,tungsten dan vanadium ditambah untuk memperbaiki proses temper setelah proses pengerasan. Sedikit kandungan nikel meningkatkan ketahan korosi dan ketangguhan.
Baja jenis ini mempunyai struktur body centered cubic (bcc). Unsur kromium ditambahkan ke paduan sebagai penstabil ferrit. Kandungan kromium umumnya kisaran 10,5 – 30%. Beberapa tipe baja mengandung unsur molybdenum, silicon, aluminium, titanium dan niobium. Unsur sulfur ditambahkan untuk memperbaiki sifat mesin. Paduan ini merupakan ferromagnetic dan mempunyai sifat ulet dan mampu bentuk 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.
Baja Stainless austenititk merupakan paduan logam besi-krom-nikel yang mengandung 16-20% kromium, 7-22%wt nikel, dan nitrogen. Logam paduan ini merupakan paduan berbasis ferrous dan struktur kristal face centered cubic (fcc). Struktur kristal akan tetap berfasa austenit bila unsur nikel dalampaduan diganti mangan (Mn) karena kedua unsur merupakan penstabil fasa austenit. Fasa austenitic tidak akan berubah saat perlakuan panas anil kemudian didinginkan pada temperatur ruang. Baja stainless austenitik tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan celup cepat (quenching). Umumnya jenis baja ini dapat tetap menjaga sifat asutenitik pada temperature ruang, lebih bersifat ulet dan memiliki ketahanan korosi lebih baik dibandingkan baja stainless ferritik dan martensit. Setiap jenis baja stainless austenitic memiliki karakteristik khusus tergantung dari penambahan unsur pemadunya.
Poison : Rasio Poison
Tensile : Tensile strength (MPa)
Yield : Yield Strength (MPa)
Elong : elongation %
Hard : Kekerasan (HVN)
Mod : Modulus elastisitas (GPa)
Density : berat jenis (Kg/m3)
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. Kandungan kromium umumnya berkisar antara 10,5 – 18%, dan karbon melebihi 1,2%. Kandungan kromium dan karbon dijaga agar mendaptkan struktur martensit saat proses pengerasan. Karbida berlebih meningkatkan ketahanan aus. Unsur niobium, silicon,tungsten dan vanadium ditambah untuk memperbaiki proses temper setelah proses pengerasan. Sedikit kandungan nikel meningkatkan ketahan korosi dan ketangguhan.
Baja jenis ini mempunyai struktur body centered cubic (bcc). Unsur kromium ditambahkan ke paduan sebagai penstabil ferrit. Kandungan kromium umumnya kisaran 10,5 – 30%. Beberapa tipe baja mengandung unsur molybdenum, silicon, aluminium, titanium dan niobium. Unsur sulfur ditambahkan untuk memperbaiki sifat mesin. Paduan ini merupakan ferromagnetic dan mempunyai sifat ulet dan mampu bentuk 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.
Baja Stainless austenititk merupakan paduan logam besi-krom-nikel yang mengandung 16-20% kromium, 7-22%wt nikel, dan nitrogen. Logam paduan ini merupakan paduan berbasis ferrous dan struktur kristal face centered cubic (fcc). Struktur kristal akan tetap berfasa austenit bila unsur nikel dalampaduan diganti mangan (Mn) karena kedua unsur merupakan penstabil fasa austenit. Fasa austenitic tidak akan berubah saat perlakuan panas anil kemudian didinginkan pada temperatur ruang. Baja stainless austenitik tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan celup cepat (quenching). Umumnya jenis baja ini dapat tetap menjaga sifat asutenitik pada temperature ruang, lebih bersifat ulet dan memiliki ketahanan korosi lebih baik dibandingkan baja stainless ferritik dan martensit. Setiap jenis baja stainless austenitic memiliki karakteristik khusus tergantung dari penambahan unsur pemadunya.
Unsur
|
%wt
|
C
|
0,08
|
Mn
|
2
|
P
|
0,45
|
S
|
|
Si
|
0,75
|
Cr
|
18-20
|
Ni
|
8-10,5
|
Mo
|
0
|
Ni
|
0,10
|
Cu
|
0
|
Fe
|
Balance
|
Poison
|
Tensile
|
Yield
|
Elong
|
Hard
|
Mod
|
Density
|
0,27-0,30
|
515
|
205
|
40
|
88
|
193
|
8
|
Tensile : Tensile strength (MPa)
Yield : Yield Strength (MPa)
Elong : elongation %
Hard : Kekerasan (HVN)
Mod : Modulus elastisitas (GPa)
Density : berat jenis (Kg/m3)
Thermal ekspansi
(10-6/ºC)
|
Thermal konduktivitas (W/m-K)
|
Spesific heat (J/kg-K)
|
Resistivitas (10-9W-m)
|
17,2
|
16,2
|
500
|
720
|
b. Baja Stainless Ferritik
Tingkat kekerasan beberapa tipe baja stainless ferritik
dapat ditingkatkan dengan cara celup cepat. Metode celup cepat merupakan proses
pencelupan banda kerja secara cepat dari keadaan temperature tinggi ke
temperature ruang. Sifat mampu las, keuletan, ketahanan korosi dapat
ditingktakan dengan mengatur kandungan tertentu unsur karbon dan nitrogen.
c. Baja Stainless Austenitik
Baja stainless
austenitic hanya bisa dikeraskan melalui pengerjaan dingin. Material ini
mempunyai kekuatan tinggi di lingkungan suhu tinggi dan bersifat cryogenic.
Tipe 2xx mengandung nitrogen, mangan 4-15,5%wt, dan kandungan 7%wt nikel. Tipe
3xx mengandung unsur nikel tinggi dan maksimal kandungan mangan 2%wt. Unsur
molybdenum, tembaga, silicon, aluminium,titanium dan niobium ditambah dengan
karakter material tertentu seperti ketahanan korosi sumuran atau oksidasi.
Sulfur ditambah pada tipe tertentu untuk memperbaiki sifat mampu mesin.
Salah satu jenis baja stainless austenitic adalah AISI 304.
Baja austenitic ini mempunyai struktur kubus satuan bidang (face center cubic)
dan merupakan baja dengan ketahanan korosi tinggi. Komposisi unsur – unsur
pemadu yang terkandung dalam AISI 304 akan menentukan sifat mekanik dan
ketahanan korosi. Baja AISI 304 mempunyai kadar karbon sangat rendah 0,08%wt.
Kadar kromium berkisar 18-20%wt dan nikel 8-10,5%wt yang terlihat pada Tabel 1.
Kadar kromium cukup tinggi membentuk lapisan Cr2O3 yang protektif untuk
meningkatkan ketahanan korosi. Komposisi karbon rendah untuk meminimalisai
sensitasi akibat proses pengelasan.
Tabel 1. Komposisi kimia baja AISI 304[4]
Komposisi kandungan unsure dalam baja AISI 304 tersebut
diperoleh sifat mekanik material yang ditunjukan pada Tabel 2.
Tabel 2. Sifat
mekanik AISI 304 [4]
Keterangan:
Tabel 3. Sifat
fisik dan listrik AISI 304 pada kondisi annealed[4]
d. Baja stainless dupleks
Jenis baja ini merupakan paduan campuran struktur ferrite
(bcc) dan austenit. Umumnya paduan-paduan didesain 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
stainless dupleks hampir sama dengan baja stainless austenitik. Kelebihan baja
stainless dupleks yaitu nilai tegangan tarik dan luluh tinggi dan ketahanan
korosi retak tegang lebih baik dari pada baja stainless austenitik. Ketangguhan
baja stainless dupleks antara baja austenitic dan ferritik.
e. Baja stainless pengerasan endapan
Jenis baja ini merupakan paduan unsure utama kromium-nikel
yang mengandung unsur precipitation-hardening antara lain tembaga, aluminium,
atau titanium. Baja ini berstruktur austenitic atau martensitik dalam kondisi
anil. Kondisi baja berfasa austenitic dalam keadaan anil dapat diubah menjadi
fasa martensit melalui perlakuan panas. Kekuatan material melalui pengerasan
endapan pada struktur martensit.
Sumber: