Baja Karbon vs Baja Tahan Karat: Perbedaan Utama

I. Elemen Paduan Baja

Baja

Baja adalah istilah kolektif untuk paduan besi dengan kandungan karbon mulai dari 0,02% hingga 2,04% berdasarkan massa. Komposisi kimiawi baja dapat sangat bervariasi. Baja yang hanya mengandung karbon disebut baja karbon atau baja biasa.

Namun, dalam produksi aktual, baja sering kali menggabungkan elemen paduan yang berbeda berdasarkan tujuan penggunaannya, seperti mangan, nikel, dan vanadium.

Berdasarkan performa dan penggunaannya, baja ini dibagi lagi menjadi baja struktural, baja perkakas, dan baja performa khusus.

Karbon

Terdapat pada semua baja, karbon adalah elemen pengerasan yang paling vital. Ini membantu meningkatkan kekuatan baja. Baja kelas perkakas biasanya diinginkan memiliki karbon lebih dari 0,6%, yang juga dikenal sebagai baja karbon tinggi.

Kromium

Kromium meningkatkan ketahanan aus, kekerasan, dan yang paling penting, ketahanan terhadap korosi. Jika sebuah baja memiliki lebih dari 13% kromium, maka baja tersebut dianggap sebagai baja tahan karat. Namun demikian, semua baja dapat berkarat jika tidak dirawat dengan baik.

Mangan

Mangan merupakan elemen penting yang membantu pembentukan struktur butiran, meningkatkan ketangguhan, kekuatan, dan ketahanan aus. Unsur ini digunakan untuk mendeoksidasi baja selama proses perlakuan panas dan pengerolan.

Mangan hadir di sebagian besar jenis baja digunakan untuk pisau dan gunting, kecuali untuk A-2, L-6, dan CPM 420V.

Molibdenum

Sebagai pembentuk karbida, molibdenum mencegah baja menjadi rapuh dan mempertahankan kekuatan baja pada suhu tinggi. Ditemukan dalam banyak baja.

Baja pengerasan udara (seperti A-2, ATS-34) selalu mengandung 1% atau lebih molibdenum, yang memungkinkannya mengeras di udara.

Nikel

Nikel mempertahankan kekuatan, ketahanan terhadap korosi, dan ketangguhan. Nikel hadir dalam L-6, AUS-6, dan AUS-8.

Silikon

Silikon membantu meningkatkan kekuatan. Seperti mangan, silikon digunakan dalam proses produksi baja untuk mempertahankan kekuatan baja.

Tungsten

Tungsten meningkatkan ketahanan aus. Dicampur dengan rasio kromium atau mangan yang sesuai untuk menghasilkan baja berkecepatan tinggi. Baja kecepatan tinggi M-2 mengandung sejumlah besar tungsten.

Vanadium

Vanadium meningkatkan ketahanan aus dan keuletan. Karbida vanadium digunakan dalam pembuatan batang baja. Banyak jenis baja yang mengandung vanadium, termasuk M-2, Vascowear, CPM T440V, dan 420VA, yang memiliki kandungan vanadium yang tinggi.

Perbedaan utama antara BG-42 dan ATS-34 adalah kandungan vanadium pada BG-42.

II. Jenis Baja

(1) Baja biasa

   a. Baja struktural karbon:

(a) Q195;
(b) Q215 (A, B);
(c) Q235 (A, B, C);
(d) Q255 (A, B);
(e) Q275.

   b. Baja struktural paduan rendah

   c. Baja struktural umum untuk tujuan tertentu

(2) Baja berkualitas (termasuk baja berkualitas tinggi)

a. Baja struktural:

(a) Baja struktural karbon berkualitas tinggi;

(b) Baja struktural paduan;

(c) Baja pegas;

(d) Baja potong bebas;

(e) Baja bantalan;

(f) Baja struktural berkualitas tinggi untuk tujuan tertentu.

b. Baja perkakas:

(a) Baja perkakas karbon;

(b) Baja perkakas paduan;

(c) Baja perkakas berkecepatan tinggi.

c. Baja dengan performa khusus:

(a) Baja tahan asam tahan karat;

(b) Baja tahan panas;

(c) Pemanas listrik baja paduan;

(d) Baja listrik;

(e) Baja tahan aus mangan yang tinggi.

III. Apa Itu Baja Karbon?

Utama sifat mekanik baja tergantung pada kandungan karbonnya. Baja yang tidak mengandung unsur paduan dalam jumlah besar kadang-kadang disebut sebagai baja karbon biasa atau baja karbon.

Baja karbon, juga dikenal sebagai baja karbon biasa, mengacu pada paduan besi-karbon dengan kandungan karbon (WC) kurang dari 2%.

Selain karbon, baja karbon umumnya mengandung sejumlah kecil silikon, mangan, belerang, dan fosfor.

Baja karbon dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis berdasarkan aplikasinya: baja struktural karbon, baja perkakas karbon, dan baja struktural pemotongan bebas. Baja struktural karbon dapat dibagi lagi menjadi baja struktural untuk bangunan dan baja struktural untuk mesin.

Menurut metode peleburan, baja karbon dapat dibagi menjadi baja perapian terbuka, baja konverter, dan baja tungku listrik.

Menurut metode deoksidasi, baja karbon dapat diklasifikasikan sebagai baja didih (F), baja yang dibunuh (Z), baja semi-bunuh (b), dan baja yang dibunuh khusus (TZ).

Berdasarkan kandungan karbonbaja karbon dapat dikategorikan menjadi baja karbon rendah (WC ≤ 0,25%), baja karbon sedang (WC 0,25%-0,6%), dan baja karbon tinggi (WC > 0,6%).

Berdasarkan kandungan fosfor dan sulfur, baja karbon dapat dibagi menjadi baja karbon biasa (kandungan fosfor dan sulfur yang lebih tinggi), baja karbon berkualitas tinggi (kandungan fosfor dan sulfur yang lebih rendah), baja berkualitas tinggi superior (kandungan fosfor dan sulfur yang lebih rendah lagi), dan baja berkualitas tinggi khusus.

Umumnya, seiring dengan meningkatnya kandungan karbon dalam baja karbon, kekerasan dan kekuatannya juga meningkat, tetapi keuletannya menurun.

IV. Apa Itu Baja Tahan Karat?

Baja tahan karat, juga dikenal sebagai baja tahan asam, terdiri dari dua komponen utama: baja tahan karat dan baja tahan asam. Secara sederhana, baja yang dapat menahan korosi atmosfer disebut baja tahan karat, sedangkan baja yang dapat menahan korosi media kimia disebut baja tahan asam. Baja tahan karat adalah baja paduan tinggi dengan lebih dari 60% besi sebagai bahan dasarnya, yang menggabungkan elemen paduan seperti kromium, nikel, dan molibdenum.

Ketika baja mengandung lebih dari 12% kromium, baja ini tahan terhadap korosi dan karat di atmosfer dan asam nitrat encer. Hal ini karena kromium dapat membentuk lapisan oksida kromium yang melekat erat pada permukaan baja, yang secara efektif melindunginya dari korosi. Kandungan kromium dalam baja tahan karat umumnya lebih dari 14%, tetapi baja tahan karat tidak sepenuhnya kebal terhadap karat.

Di daerah pantai atau tempat dengan polusi udara yang parah, ketika udara mengandung ion klorida dalam jumlah besar, permukaan baja tahan karat yang terpapar dapat menimbulkan bintik-bintik karat. Namun, bintik-bintik karat ini terbatas pada permukaan dan tidak menimbulkan korosi pada matriks internal baja tahan karat.

Umumnya, baja dengan kandungan kromium (Wcr) lebih besar dari 12% menunjukkan karakteristik baja tahan karat. Baja tahan karat dapat diklasifikasikan lebih lanjut ke dalam lima kategori berdasarkan struktur mikronya setelah perlakuan panas: baja tahan karat feritik, baja tahan karat martensitikbaja tahan karat austenitik, baja tahan karat austenitik-feritik (dupleks), dan baja tahan karat pengerasan presipitasi.

Baja tahan karat umumnya dikategorikan berdasarkan struktur matriksnya:

Baja Tahan Karat Feritik: Mengandung kromium 12% hingga 30%. Ketahanan korosi, ketangguhan, dan kemampuan las meningkat dengan meningkatnya kandungan kromium. Ini menunjukkan ketahanan yang lebih baik terhadap retak korosi tegangan klorida daripada jenis baja tahan karat lainnya.

Baja Tahan Karat Austenitik: Mengandung lebih dari 18% kromium, bersama dengan sekitar 8% nikel dan sejumlah kecil molibdenum, titaniumnitrogen, dan elemen lainnya. Memiliki sifat komprehensif yang sangat baik dan dapat menahan korosi di berbagai media.

Baja Tahan Karat Austenitik-Feritik (Duplex): Menggabungkan keunggulan austenitik dan baja tahan karat feritikdan menunjukkan superplastisitas.

Baja Tahan Karat Martensitik: Memiliki kekuatan tinggi tetapi keuletan dan kemampuan las yang buruk.

V. Baja Karbon vs Baja Tahan Karat

Warna: Baja tahan karat mengandung lebih banyak kromium dan nikel, sehingga menghasilkan penampilan seperti perak. Baja karbon terutama terdiri dari karbon dan besi, dengan lebih sedikit unsur lain elemen logammemberikan warna dominan besi yang lebih gelap.

Tekstur Permukaan: Baja tahan karat, dengan kandungan unsur logam lain yang lebih tinggi, memiliki permukaan yang halus. Baja karbon, yang mengandung lebih banyak besi dan karbon, memiliki permukaan yang lebih kasar dan tidak memiliki kehalusan seperti baja tahan karat.

Magnetisme: Baja karbon memiliki sifat magnetik pada permukaannya dan dapat ditarik oleh magnet. Baja tahan karat umumnya bersifat non-magnetik dalam kondisi normal dan tidak tertarik pada magnet.

Kandungan Karbon: Sifat mekanik baja karbon bergantung pada kandungan karbonnya, dengan baja yang mengandung karbon kurang dari 2%, dan umumnya tidak menambahkan elemen paduan dalam jumlah yang signifikan. Sebaliknya, baja tahan karat, untuk mempertahankan ketahanan korosinya, memiliki kandungan karbon yang relatif rendah, biasanya tidak melebihi 1,2%.

Konten Paduan: Baja karbon mengandung sejumlah kecil elemen paduan, seperti silikon, mangan, sulfur, dan fosfor. Baja tahan karat memiliki kandungan elemen paduan yang lebih tinggi, terutama kromium dan nikel, melebihi 12%.

Ketahanan Korosi: Baja karbon, dengan kandungan paduan yang rendah, menunjukkan ketahanan korosi yang lebih lemah. Baja tahan karat, dengan kandungan kromium dan nikel yang lebih tinggi, memiliki ketahanan korosi yang lebih kuat.

Perbedaan antara baja karbon dan baja tahan karat terutama terletak pada ketahanan korosinya. Namun, baja tahan karat, dengan sifat-sifatnya yang unggul, memiliki fungsi yang tidak dapat digantikan oleh jenis baja lainnya dalam aplikasi praktis.

Contohnya, sebagian baja tahan karat tahan panas dan baja tahan karat dengan karakteristik permukaan yang istimewa, banyak digunakan sebagai bahan dekoratif.

Selain itu, sifat mekanik baja tahan karat yang luar biasa membuatnya sangat diperlukan di berbagai sektor manufaktur.

Baja biasa, juga dikenal sebagai baja karbon, adalah paduan besi-karbon. Baja ini dikategorikan ke dalam baja karbon rendah, baja karbon sedang, dan besi tuang berdasarkan kandungan karbonnya.

Umumnya, baja dengan karbon kurang dari 0,2% disebut baja karbon rendah, juga dikenal sebagai besi lunak atau besi murni; baja dengan kandungan karbon antara 0,2-1,7% disebut baja; dan baja dengan karbon lebih dari 1,7% disebut besi kasar.

1. Baja dengan kandungan kromium lebih tinggi dari 12.5% memiliki ketahanan yang tinggi terhadap korosi dari media eksternal (asam, garam alkali) dan oleh karena itu disebut sebagai baja tahan karat.

Tergantung pada struktur internal baja, baja tahan karat dapat dibagi menjadi jenis martensitik, feritik, austenitik, feritik-austenitik, dan jenis yang dikeraskan dengan pengendapan, dengan total 55 jenis yang ditentukan oleh standar nasional GB3280-92.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menjumpai baja tahan karat austenitik (ada yang menyebutnya sebagai baja tahan karat nikel) dan baja tahan karat martensitik (ada juga yang menyebutnya sebagai "besi tahan karat", yang secara ilmiah tidak tepat dan rentan terhadap kesalahpahaman).

Nilai tipikal baja tahan karat austenitik meliputi 0Cr18Ni9, atau "304," dan 1Cr18Ni9Ti. Baja tahan karat martensitik, yang digunakan untuk membuat gunting dan pisau, terutama mencakup grade 2Cr13, 3Cr13, 6Cr13, 7Cr17, dll.

2. Perbedaan komposisi kedua jenis baja tahan karat ini menghasilkan struktur mikro logam internal yang berbeda.

3. Baja tahan karat austenitik, karena kandungan kromium dan nikel yang tinggi (sekitar 18% kromium dan lebih dari 4% nikel), menunjukkan struktur internal austenitik.

Struktur ini non-magnetik dan tidak dapat ditarik oleh magnet. Biasanya digunakan untuk bahan dekoratif, seperti pipa baja tahan karat, rak handuk, peralatan makan, kompor, dll.

4. Baja tahan karat martensit digunakan untuk membuat pisau dan gunting. Karena alat pemotong harus tajam, maka alat pemotong harus memiliki kekerasan tertentu.

Baja tahan karat jenis ini harus menjalani perlakuan panas untuk mengubah struktur internalnya dan meningkatkan kekerasannya agar dapat digunakan sebagai alat pemotong.

Tetapi baja tahan karat jenis ini memiliki struktur internal martensit temper dan bersifat magnetis, yang berarti dapat ditarik oleh magnet.

Oleh karena itu, kita tidak bisa begitu saja menentukan apakah suatu bahan adalah baja tahan karat berdasarkan kemagnetannya.

VI. Pipa Seamless Stainless Steel vs Pipa Seamless Baja Karbon

Perbedaan antara pipa seamless stainless steel dan pipa seamless baja karbon terutama terletak pada aturan desain yang berbeda untuk kedua jenis baja ini, yang berarti aturan desainnya tidak dapat dipertukarkan. Perbedaannya dapat diringkas sebagai berikut:

Pertama, baja tahan karat mengeras selama pengerjaan dingin karena fenomena yang disebut pengerasan kerja. Misalnya, selama pembengkokan, baja ini menunjukkan anisotropi, dengan sifat yang berbeda pada arah melintang dan memanjang.

Peningkatan kekuatan dari pengerjaan dingin dapat digunakan untuk meningkatkan faktor keamanan, terutama ketika area yang dibengkokkan kecil dibandingkan dengan total area, sehingga peningkatannya dapat diabaikan.

Kedua, kurva tegangan-regangan untuk baja tahan karat berbeda dengan baja karbon. Batas elastisitas baja tahan karat adalah sekitar 50% dari tegangan lelehnya, yang, sesuai peraturan standar, lebih rendah dari tegangan leleh baja karbon sedang.

Terakhir, baja tahan karat tidak memiliki titik luluh yang pasti. Sebaliknya, tegangan luluh umumnya diwakili oleh σ0,2 dan dianggap sebagai nilai yang setara.

VII. Perlakuan Panas dan Indikator Kinerja Mekanis Baja

Perlakuan panas adalah proses yang memanipulasi sifat fisik logam dengan memanfaatkan pemanasan dan pendinginan. Melalui perlakuan panas, struktur mikro baja dapat ditingkatkan untuk memenuhi persyaratan fisik tertentu.

Beberapa karakteristik yang dicapai melalui proses ini termasuk ketangguhan, kekerasan, dan ketahanan aus. Sifat-sifat ini diperoleh dengan menggunakan teknik perlakuan panas seperti pengerasan dan temper, anildan pengerasan permukaan.

Pengerasanjuga dikenal sebagai quenching, melibatkan pemanasan logam secara seragam ke suhu yang sesuai, kemudian dengan cepat merendamnya dalam air atau oli untuk pendinginan mendadak, atau mendinginkannya di udara atau area pembekuan untuk mencapai kekerasan yang diinginkan.

Tempering diperlukan setelah pengerasan, karena baja menjadi rapuh dan rentan terhadap fraktur akibat tegangan yang disebabkan oleh pendinginan yang cepat.

Untuk menghilangkan kerapuhan ini, tempering dilakukan dengan memanaskan kembali baja ke suhu atau warna yang sesuai, diikuti dengan pendinginan yang cepat.

Meskipun proses ini sedikit mengurangi kekerasan baja, namun proses ini meningkatkan ketangguhan dan mengurangi kerapuhannya.

Anil adalah metode yang digunakan untuk menghilangkan stres internal dalam baja dan untuk menghomogenkannya. Proses ini melibatkan pemanasan baja di atas suhu kritisnya dan kemudian menempatkannya dalam abu kering, kapur, asbes, atau menyegelnya di dalam tungku untuk memungkinkannya mendingin secara perlahan.

Kekerasan mengacu pada kemampuan suatu bahan untuk menahan penetrasi oleh objek eksternal. Metode pengujian yang umum kekerasan baja adalah dengan menggunakan kikir pada tepi benda kerja, di mana kedalaman tanda kikir menunjukkan tingkat kekerasan.

Namun demikian, metode ini tidak terlalu akurat. Pengujian kekerasan modern biasanya dilakukan dengan alat uji kekerasan. Uji kekerasan Rockwell adalah salah satu uji yang paling umum digunakan.

Penguji kekerasan Rockwell mengukur kedalaman penetrasi indentor berlian ke dalam logam; semakin dalam penetrasinya, semakin rendah kekerasannya. Kedalaman penetrasi dapat dibaca secara akurat dari dial, dan pembacaan ini disebut sebagai angka kekerasan Rockwell.

Penempaan adalah proses di mana logam dibentuk dengan cara dipalu. Ketika baja dipanaskan hingga mencapai suhu tempa, baja dapat ditempa, dibengkokkan, ditarik, dan dibentuk. Sebagian besar baja mudah ditempa ketika dipanaskan hingga berwarna merah ceri cerah. Salah satu metode umum untuk meningkatkan kekerasan baja adalah melalui pendinginan.

Kerapuhan mengacu pada kecenderungan logam untuk mudah patah. Besi tuang, misalnya, sangat rapuh dan bahkan bisa retak saat terjatuh. Ada hubungan yang erat antara kerapuhan dan kekerasan; biasanya, bahan dengan kekerasan tinggi juga memiliki kerapuhan yang tinggi.

Daktilitas (juga dikenal sebagai kelenturan) mengacu pada kemampuan logam untuk berubah bentuk secara permanen tanpa patah ketika terkena gaya eksternal. Logam ulet dapat ditarik menjadi kabel tipis.

Elastisitas mengacu pada sifat logam untuk berubah bentuk di bawah gaya eksternal dan kembali ke bentuk aslinya setelah gaya dihilangkan. Baja pegas adalah bahan yang sangat elastis.

Kelenturan juga dikenal sebagai kemampuan menempaadalah deskripsi lain dari keuletan atau kelembutan logam. Kelenturan adalah sifat logam yang dapat berubah bentuk tanpa patah ketika mengalami pemukulan atau penggulungan.

Ketangguhan adalah kemampuan logam untuk menahan getaran atau benturan. Ketangguhan adalah kebalikan dari kerapuhan.