Rabu, 27 Oktober 2010

Besi, Baja, dan Stainless Steel

 Sobat muda, kali ini saya akan berbagi informasi mengenai salah satu bahan tambang yaitu Besi, yang dalam industri di proses lebih lanjut menjadi baja dan baja nirkarat (stainless steel). Seperti biasa pembahasannya tidak terlalu mendalam, sebatas pengenalan proses produksi dan analisis kimia yang diperlukan untuk penentuan kualitasnya, sebatas pengetahuan saya sebagai Technician Laboratory yang pernah bekerja di laboratorium mineral. Selamat menyimak tulisan saya di bawah ini.

Besi
Besi adalah logam putih seperti perak, dapat di poles, keras, dapat ditempa, dapat dilengkungkan, dan bersifat magnetik. Besi adalah unsur yang sangat stabil dan merupakan unsur terbanyak kedelapan di bumi ini setelah Silikon, juga merupakan unsur logam terbanyak ketiga pada lapisan kulit bumi setelah Aluminium dan Silokon. Bijih besi yang banyak dikenal diantaranya Magnetite (Fe3O4), Hermanite (Fe2O3), Siderite (FeCO3), Pirite (FeS2).

Proses pengolahan bijih besi yang terkenal adalah proses Tanur sembur (blast furnace), dinamakan demikian sebab konstruksinya berupa silinder tinggi yang mencapai 30 meter dan dilengkapi dengan alat penyembur panas. Bijih besi ditambah kokas dan kapur dimasukan ke dalam tanur, lalu penyembur panas mulai dinyalakan yang menyebabkan panas tinggi terjadi dalam tanur (bisa mencapai 17000C) sehingga kokas akan terbakar dan bijih besi akan tereduksi serta terbentuk gas Karbon Monoksida yang keluar melalui cerobong asap tanur.
                Fe2O3 + 3C         <--------->     2 Fe + 3 CO
Penambahan kapur dimaksudkan sebagai pembersih dengan menyerap kotoran-kotoran yang ada membentuk slag. Besi cair yang telah bebas kotoran biasanya dicetak menjadi bongkahan-bongkahan Besi (cast Iron).

Baja
Yang membedakan Baja (Steel) dari Besi (Iron) adalah kandungan Karbonnya. Baja diproduksi dari paduan Besi dan Karbon dengan penghilangan kadar karbonnya sampai dibawah 1,7 %. Dari kandungan Karbon ini dikenal istilah Baja Karbon rendah dengan kandungan Karbon 0,05-0,30%, biasa di sebut mild steel, mempunyai kekuatan sedang dengan sifat mudah di tempa, penggunaannya untuk pembuatan bodi mobil, rangka/tubuh kapal, pipa, konstruksi bangunan dan jembatan. Baja Karbon sedang (medium carbon steel), dengan kandungan Karbon 0,25-0,6 % sifatnya sulit untuk di bengkokkan, di las atau di potong dengan kekuatan lebih tinggi dari mild steel, cocok digunakan dalam kebutuhan pemakaian konstan yang tinggi dan ketahanan akibat hempasan yang kuat seperti yang dibutuhkan pada komponen mesin. Baja karbon tinggi (high carbon steel) dengan kandungan Karbon 0,6-1,6%, sifatnya sangat keras dan kuat, biasa disebut tool steel. Selain Baja Karbon dikenal juga istilah alloy steel/baja paduan yang mempunyai tujuan untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, dan kekuatan tariknya), menaikkan sifat baja agar tahan terhadap panas (biasanya disebut baja tahan panas bila tahan tanpa leleh pada syhu 6500C, di mana sifat ini di dapat dari kandungan Chrom, Nikel dan Karbon yang cukup tinggi) dan untuk meningkatkan daya tahan baja terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi) yang terkenal dengan nama baja tahan karat/stainless steel.

Proses pembuatan baja yang terkenal diantaranya dengan proses Open Hearth Furnace, Basic Oxygen Furnace, dan Electric Arc furnace. Dalam pembuatan Baja yang harus diperhatikan adalah penambahan unsur-unsur logam, dan penghilangan gas dan unsur-unsur non logam yang tidak diinginkan. Perbaikan sifat keliatan (ductility) dapat dilakukan dengan penambahan unsur Niobium, Vanadium, atau Aluminium dengan kadar maksimal 0,05 %. Perbaikan sifat tahan panas dan tahan korosi dicapai dengan penambahan Chrom (Cr), Nikel (Ni) dan Molybdenum (Mo). Penghilangan gas dimaksudkan agar baja terhindar dari sifat getas. Gas-gas yang terjadi dalam pembuatan baja yaitu Oksigen, Nitrogen dan Sulphur yang dapat dihilangkan dengan penambahan Deoxidant yaitu Silocon atau Mangan. Hal ini disebabkan Silicon dapat menghambat dan mengikat perkembangan gas dalam leburan baja. Sedangkan unsur-unsur non logam yang harus dibatasi dalam produk baja adalah Sulphur dan Posphor, tingginya kedua unsur tersebut bisa menurunkan keliatan (ductility) baja dan kemungkinan retak pada sambungan las, untuk mencegahnya dibatasi kadarnya tidak boleh melebihi 0,05 %.

Stainless Steel
Baja tahan karat adalah paduan besi dengan minimal 12% Chromium. Jadi tanpa tambahan apapun perpaduan Besi dengan 12% Chromium bisa disebut Stainless Steel. Komposisi ini membentuk thin protective layer Cr2O3. Proses pembuatan baja tahan karat melalui 2 tahap, pertama menggunakan sistem electric arc furnace untuk melelehkan scrap dan ferro alloy berkarbon tinggi sebagai bahan murah sumber krom, lalu lelehannya disempurnakan dengan proses yang menggunakan alat Argon Oxygen Decarburizer (AOD), dengan proses kedua ini akan menghilangkan kandungan Karbon dan pegotor lainnya.

Baja tahan karat dapat dibedakan sesuai sesuai struktur mikronya yaitu: baja tahan karat martensitic, ferritic, dan austenitic.
Baja tahan karat martensitic mengandung 13% Chrom, mempunyai sifat mudah leleh dan sesuai untuk lingkungan korosif ringan seperti untuk pembuatan pipa, saluran air atau pelindung turbin.
Baja tahan karat ferritic, tipenya yang terkenal yaitu 316 dibuat dari 18% Chrom dan 2 % Molybdenum. Cocok untuk lingkungan korosif terutama terhadap bahan kimia asam nitrat, biasa dipakai dalam komponen-komponen dalam industry kimia.
Baja tahan karat austenitic, tipenya yang terkenal 302 (18 % Cr, 8% Ni), tipe 410 (12% Cr), tipe 430 (17 % Cr). Sesuai untuk lingkungan yang mengandung garam tinggi, biasa untuk pembuatan baling-baling kapal.

Analisis Kimia Stainless Steel
Berdasarkan table British Standard 1449:1983, ASTM A 176, ASTM A 240, dan ASTM A 580, analisa kimia yang dibutuhkan untuk klasifikasi Stainless Steel adalah analisa Carbon, Silicon, Mangan, Posphor, Sulphur, Chrom, dan Nikel yang rinciannya sebagai berikut:

Analisa kadar Chromium dengan metode Titrimetri Oksidasi Persulfat
Residu Chrom dioksidasi ketingkat valensi VI (dikhromat) dengan Ammonium Persulfat) dengan AgNO3 sebagai katalis dan Kalium Permanganat sebagai indicator. Kelebihan KMnO4 dihilangkan dengan mendidihkan dengan NaCl. Setelah dingin, dikhromat yang terbentuk dititrasi dengan larutan Ferro Ammonium Sulfat berlebih dan kelebihannya dititrasi kembali dengan KMnO4, reaksi,
Reaksi oksidasi:
3 (NH4)2S2O8+3 H2O -------> 3 (NH4)2SO4+3 H2SO4+3(O)
6 AgNO3+3(O)+3 H2--------> 3 Ag2O2+6HNO3
   2 Cr(NO3)3+3 Ag2O2+6HNO3+H2O ------->H2Cr2O7+ 6 HNO3+6 AgNO3
2 Cr(NO3)3+3(NH4)2S2O8 ------->3(NH4)2SO4+6HNO3 + 3H2SO4                                                                  + H2Cr2O7
Reaksi Titrasi:
6 Fe2++Cr2O72-+14H+------>2Cr3++6 Fe3++7H2O
5 Fe2++MnO4-+8 H+ ------> Mn2++5 Fe2++4H2O

Tekhnik Analisanya sampel Stainless steel dilarutkan dengan aqua regia dan HClO4 sampai menjadi residu, lalu residu dilarutkan dengan HNO3 dan mulai dilakukan proses oksidasi dengan menggunakan AgNO3, (NH4)2S2O8, dan KMnO4. Setelah reaksi oksidasi selesai larutan dititrasi dengan FAS 0,2 N sampai berlebih, kelebihan FAS lalu di Titrasi kembali dengan KMnO4.

Analisa kadar Nikel dengan metode pengendapan Ni-Dimetilglioksima
Ion nikel diendapkan dengan Dimetilglioksima dalam suasana basa lemah Ammonia membentuk endapan Nikel-Dimetilglioksima yang berwarna merah. Untuk menghilangkan gangguan ion lain ditambahkan asam tartrat. Endapan yang terbentuk disaring dengan cawan kaca masir G4. Dari bobot sebelum dan sesudah pemanasan cawan kaca masir G4 dapat dihitung kadar Nikelnya, reaksi:
        Ni2+ + 2 C4H8N2O2 ------->     Ni(C4H7N2O2)2 + 2H+


Analisa kadar Silokon dengan metode penguapan HF
Silikat tidak dapat dilarutkan dengan asam kuat manapun termasuk dengan aqua regia. Silikat hanya dapat dilarutkan dengan HF. Dari bobot sebelum dan sesudah sampel diuapkan dengan HF dapat dihitung kadar Silokonnya, reaksi:
        SiO2 + 4 HF -------> SiF4  + 2 H2O

Analisa kadar Phosphor dengan metode Pembentukan Kompleks Molybdenum Biru
Ammonium Molybdat yang ditambahkan bereaksi dengan Phospor membentuk heterpoly phospomolibdat. Lalu senyawa ini direduksi dengan Hydrazin Sulfat membentuk kompleks Molybdenum biru yang dapat di baca pada Spektrofotometer UV/Vis pada panjang gelombang 650 nm, reaksi:
HPO42-+3NH4++12MoO42-+23 H+ ------>(NH4)3[P(Mo3O10)4] + 12 H2O
(NH4)3[P(Mo3O10)4]+Hydrazin ------->[Mo2O3,MoO4,MoO2]

Analisa kadar Cu, Mn, Mo dengan metode AAS
Sampel didekstruksi dulu dengan aqua regia, residu dilarutkan dengan air bidest lalu diukur dengan alal AAS dengan lampu katoda yang sesuai

Analisa kadar Carbon dan Sulphur
Dapat menggunakan alat khusus seperti C&S Determinator Leco CS-444 dengan prinsip sampel stainless steel dibakar pada suhu tinggi sehingga membentuk CO2 dan SO2 yang dapat terukur pada detector infra red alat tersebut.
Sumber: Pengalaman Kerja Penulis


Terima kasih telah membaca tulisan saya, semoga bermanfaat, bila ada yang ingin ditanyakan jangan ragu untuk bertanya pada kolom komentar dibawah ini. Bila mampu saya akan menjawabnya.

Salam

5 komentar:

  1. Komentar ini telah dihapus oleh administrator blog.

    BalasHapus
  2. thks brat,,, oya stainles adalah perpaduan baja dengan apa ya

    BalasHapus
  3. pak, saya mau tanya kalau saya mau menganalisa peralatan pipa dengan berbahan stainless steel, nantinya saya akan menguburnya di tanah, dan pipa tersebut dialiri CO2 mix (terdapat COS dan H2S)
    yang mau saya tanyakan reaksi korosi pipa tersebut pak. bagaimana penangananya kalo dalam pipa tersebut korosif?trims

    BalasHapus
  4. Ijin Baca Simpan. Terima Kasih. Acid-Manado

    BalasHapus
  5. pak, titik leleh stainlesstil berapa derajat celcius?

    BalasHapus