Baja Tahan Karat: Mengapa Kami Menyebutnya Tahan Karat?

Baja Tahan Karat Modern dan Kegunaannya

Apa yang sekarang kita sebut baja tahan karat hadir dalam empat kelompok yang secara luas merujuk pada struktur kristal mikroskopisnya dan fase metalurginya yang bervariasi:

Baja austenitik: Baja tahan karat fase austenit terdiri dari nikel dan molibdenum sebagai elemen paduan utamanya, dan memiliki struktur kristal kubik berpusat pada permukaan. Penambahan nikel meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan keuletan, sedangkan molibdenum meningkatkan ketahanan korosi terhadap kondisi asam. Nilai umum baja tahan karat austenitik adalah 304 dan 316.
Kegunaan umum: Baja tahan karat jenis ini dianggap tahan panas dan biasa digunakan untuk memproduksi penukar panas, boiler, dan tungku. Aplikasi umum lainnya dari baja tahan karat austenitik adalah komponen luar angkasa, elektronik, suku cadang lokomotif, dan tangki kimia. Baja tahan karat seri 200 juga termasuk dalam keluarga austenitik, tetapi memiliki mangan sebagai elemen paduan tambahan.

 

Baja martensit: keluarga baja tahan karat fase martensit menggunakan karbon dan kromium sebagai elemen paduan utamanya. Pada konsentrasi karbon yang lebih tinggi, bahan tersebut memiliki struktur kristal tetragonal yang berpusat pada tubuh; konsentrasi karbon yang lebih rendah membentuk struktur kristal yang berpusat pada tubuh. Martensit terbentuk ketika austenit dipadamkan dengan cepat pada suhu kamar. Baja tahan karat martensit biasa dikenal dengan baja tahan karat seri 400, seperti grade 410, 420, dan 440.
Kegunaan umum: baja tahan karat martensit umumnya digunakan dalam aplikasi yang menginginkan kekerasan dan daya tahan, seperti peralatan makan, perkakas, bilah turbin, pengencang, dan roda gigi.

 

Baja feritik: Baja tahan karat fase ferit bersifat non-magnetik dan memiliki struktur kristal kubik yang berpusat pada tubuh. Konstituen paduan utamanya adalah kromium, besi (karena itu dinamakan feritik), dan karbon dengan konsentrasi rendah. Oleh karena itu, baja tahan karat feritik lebih lembut, tetapi juga memiliki keuletan yang lebih tinggi dan sifat mampu bentuk yang lebih baik - tetapi tidak dapat diberi perlakuan panas. Contoh baja tahan karat feritik adalah grade seri 400 lainnya, seperti 409, 430, dan 446.
Kegunaan umum: baja tahan karat feritik adalah pilihan umum untuk peralatan dapur, komponen otomotif, dan mesin industri.

 

Baja dupleks: baja tahan karat dupleks merupakan campuran baja austenit dan ferit.
Kegunaan umum: baja dupleks sering digunakan dalam industri minyak dan gas, kertas, dan kimia.

Asal Usul Baja Tahan Karat: Dasar pada tahun 1800-an

Sejarah baja tahan karat penuh dengan skandal, mirip dengan kisah ilmuwan favorit saya, Nikola Tesla dan saingannya Thomas Edison. Seperti kisah menggemparkan mereka (permainan kata-kata), baja tahan karat berasal dari beberapa orang yang memuji karya orang lain. Ada banyak negara yang hingga saat ini memperdebatkan siapa "penemu" baja tahan karat.

Meskipun beberapa orang berpendapat bahwa baja tahan karat digunakan oleh pandai besi di India kuno, Sri Lanka, semenanjung Arab, dan Tiongkok sebelum Revolusi Industri, sejarah tersebut tidak tercatat dengan baik. Apa yang kita ketahui adalah bahwa pada awal tahun 1800-an, para ilmuwan di beberapa negara mengamati fenomena paduan logam yang mengandung kromium dan besi – mereka mampu menahan korosi asam.

Seorang ahli metalurgi Perancis, Pierre Berthier, dianggap sebagai orang pertama yang menyadari pada tahun 1821 bahwa paduan baja tahan korosi dapat dibuat dengan menambahkan kromium ke besi. Meskipun para ahli metalurgi menarik kesimpulan ini, mereka belum mengetahui pentingnya membatasi kandungan karbon dalam paduan tersebut untuk mencegah korosi antar butir dan patah akibat kerapuhan. Namun, mereka memulai dengan baik dengan mengetahui bagaimana kromium mengubah sifat fisik paduan logam.

Di Inggris pada tahun 1872, John Clark dan John Woods mengajukan paten resmi pertama untuk baja tahan karat yang sekarang kita anggap. Mereka menyebut produk mereka Paduan Tahan Air dan sangat mirip dengan paduan modern, namun bahannya masih mengandung terlalu banyak karbon.

Orang pertama yang secara resmi mengakui masalah karbon adalah seorang peneliti yang dikenal sebagai Brustlein pada tahun 1875. Penemuannya memicu penelitian selama beberapa dekade untuk mengembangkan campuran logam yang optimal dan metode produksi untuk mengembangkan baja rendah karbon. Meskipun saat ini kita memiliki proses modern untuk membuat paduan logam, ilmu pengetahuan pada saat itu masih belum sempurna. Menemukan cara untuk memisahkan kromium dari karbon yang ditemukan secara alami merupakan kendala utama dalam memproduksi baja rendah karbon berbasis kromium.
Sekitar dua dekade setelah pencerahan rendah karbon Brustlein, pada tahun 1895 Hans Goldschmidt mengembangkan proses reaksi aluminotermik untuk memproduksi/memurnikan kromium menjadi bebas karbon. Inilah titik balik yang memungkinkan berkembangnya baja tahan karat modern. Reaksi kimia yang juga dikenal sebagai metode reduksi aluminium untuk menghasilkan logam kromium ditunjukkan di bawah ini.

Kr₂O₃+ 2Al → 2Cr + Al₂O₃

Metode Reduksi Aluminium untuk Produksi Kromium

Ini adalah proses di mana kromium oksida (dan kotoran apa pun yang ditemukan secara alami seperti silikon, belerang atau karbon) dan aluminium ditambahkan ke wadah baja yang dilapisi dengan pengikat organik, alumina, atau magnesium oksida, dan panas. Campuran tersebut dinyalakan dengan barium peroksida untuk menciptakan reaksi eksotermik - yang berarti ada pelepasan energi (panas) ketika kromium dan terak yang dihasilkan diproduksi.

Saat ini, proses ini masih digunakan untuk memproduksi kromium dan aluminium oksida 'murni' untuk berbagai aplikasi pasca-pemrosesan. Konsentrasi penyusun reaksi kimia dapat dimodifikasi untuk menghasilkan tingkat kemurnian yang berbeda dari logam yang dihasilkan.

Kemajuan Baja Tahan Karat pada tahun 1900-an

Awal tahun 1900-an membawa beberapa penemuan penting dalam kemajuan keluarga paduan baja tahan karat:

– Pada tahun 1904 Leon Guilet menemukan beberapa paduan baja tahan karat besi-kromium seri 400 dan meneliti paduan besi-nikel-kromium seri 300 - meskipun ia tidak menyadari bahwa logam tersebut tahan korosi.

– P. Monnartz dan W. Brochure menemukan bahwa menambahkan kromium ke paduan logam meningkatkan ketahanan terhadap korosi, dan menghitung konsentrasi kromium minimum sebesar 10,5%. Mereka juga bekerja merinci dan meneliti peningkatan ketahanan terhadap korosi yang disebabkan oleh penambahan molibdenum.

Mengapa Kami Menyebutnya Stainless Steel

Kemajuan besar berikutnya terjadi pada tahun 1913 ketika Harry Brearley konon telah secara resmi menemukan baja tahan karat dalam upayanya menciptakan baja tahan erosi. Sekarang, Harry Brearly mungkin adalah jawaban yang tepat untuk pertanyaan trivia tentang siapa yang menemukan baja tahan karat, namun kenyataannya tidak sesederhana itu. Dia bereksperimen dengan menambahkan kromium ke baja, namun kisah selanjutnya hanyalah mitos.

Beberapa orang mengatakan bahwa Brearly membuang paduan logam eksperimentalnya ke tempat sampah, hanya untuk kemudian menariknya keluar dan menyadari bahwa baja tersebut tidak ternoda atau tidak berkarat. Yang lain mengklaim bahwa dia harus mengetsa sampelnya dengan asam nitrat untuk memeriksanya secara mikroskopis, tetapi dia menemukan bahwa logam tersebut tidak berkarat ketika terkena nitrat dan asam lain atau zat pereduksi. Harry melihat potensi paduannya untuk digunakan sebagai bilah pisau, tetapi dia tidak didukung oleh perusahaannya, dan dia tidak bisa membuat paduan tersebut tahan terhadap karat atau noda untuk jangka waktu yang lama.

Jadi, temannya, Ernest Stuart, menemukan bahwa mengeraskan bilah pisau meningkatkan ketahanannya terhadap karat dan noda. Brearly ingin menamakan bahan tersebut "Baja Tanpa Karat", tetapi Stuart menamakannya "Baja Tahan Karat" karena kemampuannya menahan noda setelah terkena larutan cuka.

Selain itu, meskipun Brearly mengklaim penemuan baja tahan karat, ada pula yang disebut-sebut telah menemukannya sebelum dia, termasuk:

Pada tahun 1908, Kupp Iron Works mengembangkan paduan kromium-nikel untuk aplikasi kelautan.

Pada tahun 1911, Elwood Haynes menciptakan baja tahan korosi untuk menggantikan siletnya yang berkarat.

Dari 1911-1914, Becket dan Dantsizen menciptakan beberapa paduan baja feritik.

Pada tahun 1912, Max Mauermann mengklaim telah menciptakan baja tahan karat, namun kemungkinan besar dia hanya menciptakan metode produksi yang layak untuk baja tahan karat. Dia mengajukan paten untuk proses tersebut, tetapi hal itu diperdebatkan pada saat itu, dan dia tidak diakui sebagai penemu baja tahan karat sampai kematiannya.

Sejarah yang kaya dari baja tahan karat dan perkembangan berbagai tingkatan material tersebut berkat upaya banyak ilmuwan, peneliti, ahli metalurgi, dan insinyur. Selama lebih dari satu abad terakhir, jenis baja tahan karat, metode produksi, dan metode daur ulang semuanya telah mengalami kemajuan. Kita sekarang dapat sepenuhnya memanfaatkan dan memonopoli fenomena alam oksidasi baja tahan karat.

Dari awal yang kontroversial hingga masa kini yang sangat canggih dan menarik secara metalurgi, baja tahan karat adalah logam yang sangat serbaguna dan kuat yang cocok untuk proyek Anda yang paling rumit sekalipun.