Baja Paduan Rendah Berkekuatan Tinggi [PDF]

Citation preview

BAJA PADUAN RENDAH BERKEKUATAN TINGGI (High Strength Low Alloy Steel) HSLA



MENURUT AISI : Baja HSLA terdiri dari sekelompok baja tertentu dengan komposisi kimia yang khusus dibuat untuk memberikan sifat mekanis lebih baik dan dalam hal tertentu dapat memberikan ketahanan terhadap korosi cuaca (atmosfir) dibandingkan dengan baja karbon konvensional  Baja HSLA pada umumnya dibuat dengan lebih ditekankan pada persyaratan sifat mekanis daripada persyaratan komposisi kimia  Baja HSLA mempunyai kekuatan tinggi, tangguh, serta mudah dibentuk dan dilas 



Baja HSLA pertama dibuat oleh Union Carbide Corp di USA 1936  Baja HSLA dibuat dengan menambahkan unsur Nb kedalam baja ferit-perlit  Karena Nb mahal dan permintaan pasar terhadap baja HSLA terbatas, oleh karena itu perkembangannya menjadi sangat lambat  Tahun 1950 harga Nb turun dan permintaan pipapipa baja yang mempunyai kekuatan dan ketangguhan tinggi serta mudah di las, sehingga perkembangannya menjadi pesat 



1.



2. 3.



Kadar C dalam baja ini rendah (0,05-0,15%) sehingga mudah di las. Kekuatannya meningkat karena ditambahkan Mn, Nb, Mo, dan V sehingga terbentuk ferit “acicular” yaitu struktur yang memiliki kerapatan dislokasi yang tinggi sehingga memberikan efek penguatan yang tinggi Baja HSLA hasil hot rolled mempunyai σy = 250-550 MPa dan σu = 415-700 MPa Perkembangan baja HSLA dipercepat oleh permintaan baja yang kuat, tangguh, mudah dilas untuk pipa gas alam, kapal, dan struktur rig lepas pantai



4. Belakangan ini baja tersebut digunakan untuk menurunkan berat untuk menghemat bahan bakar sehingga cocok untuk pemakaian pada industri transportasi (otomotif)



MEKANISME PENGUATAN BAJA HSLA 1. 2. 3. 4.



Grain Refinement (penghalusan butiran) Precipitation Hardening (penguatan karena pembentukan partikel halus/precipitat) Strain Hardening (penguatan karena regangan/dislokasi) Solid Solution Strengthening (penguatan karena pemaduan/larutan padat)



PROSES PRODUKSI BAJA HSLA 1.



2. 3. 4.



Pemaduan dengan sejumlah kecil elemenelemen pembentuk Karbida dan Nitrida (pemaduan mikro) Pengerolan terkontrol (Controlled Rolling) Pendinginan terkontrol (Controlled Colling) Pengaturan bentuk inklusi (Inclusion Shape Control)



Faktor-faktor “Mekanisme Penguatan Baja HSLA” dan “Proses Produksi Baja HSLA” dapat diterapkan secara gabungan (kombinasi) atau sendiri-sendiri untuk menghasilkan sifat yang diinginkan



PENGARUH UNSUR PADUAN TERHADAP SIFAT BAJA HSLA



PENAMBAHAN UNSUR MN KEDALAM BAJA HSLA 



Penambahan unsur Mn kedalam baja HSLA. 1-1,5% dapat menurunkan temperatur transformasi dari γ ke α poligon sekitar 50OC , dapat menghasilkan penghalusan butiran α, akibatnya dapat menaikkan kekuatan dan menurunkan temperatur transisi pada impact test (menaikkan ketangguhan)







Pengaruh besar butiran terhadap kekuatan ditunjukkan oleh persamaan Hall-Petch Sy=S1 + Ky.d-1/2 keterangan: Sy=tegangan luluh Ky=konstanta S1=tegangan gesek d=diameter butiran α Kadar Nn 1,5-2,0% dapat menurunkan temperatur transisi lebih jauh, hal ini akan menyebabkan γ mengalami transformasi menjadi α “acicular” dan bukan lagi α poligon. α “acicular” dapat menaikkan kekuatan. Mn menguatkan baja karena penghalusan butiran maupun karena penguatan larutan padat (Solid Solution Hardening)



PENAMBAHAN UNSUR AL KEDALAM BAJA Perkembangan baja kekuatan tinggi dari baja grade 50 (semi killed) dan selanjutnya melalui penambahan Al maka diperoleh baja St 52  Penambahan unsur Al tersebut dimaksudkan sebagai bahan deoksidator dan memberikan pembentukan struktur ferit yang lebih halus setelah dilakukan proses perlakuan panas normalizing 







Proses Normalisasi pada umumnya dimaksudkan untuk menyamakan struktur dan sifat-sifat pelat baja hasil pengerolan panas. Temperatur pemanasan ± 900 OC, unsur Al yang ada dalam baja mengikat Nitrogen (N), partikel halus AlN ( Alumunium Nitrida) tersebar merata. Unsur-unsur yang mempunyai afinitas kuat terhadap karbon misal unsur paduan mikro dapat menimbulkan presipitasi karbida (MC). Partikelpartikel AlN dan MC sebagai pusat pengintian (nuklei) selama transformasi berikutnya, disamping berfungsi pula sebagai penghalang batas butir.



Karena itu transformasi γ ke α akan menghasilkan struktur α + p yang halus ketika dilakukan pendinginan di udara, terjadi peningkatan kekuatan dan penurunan temperatur transisi



GAMBAR 5A



UNSUR PEMADU MIKRO : NB, V, DAN TI 



Niobium (Nb) dapat mengikat C dan N membentuk partikel halus dalam bentuk Karbida atau Nitrida atau kombinasinya disebut Karbonitrida (C,N). Pembentukan partikel halus ini sangat ditentukan oleh kelarutannya didalam γ dan dapat menghambat terjadinya proses Rekristalisasi dan grain growth selama proses Normalisasi atau proses pengerolan terkontrol. Sehingga dihasilkanpenghalusan butiran γ, kemudian menghasilkan butiran α yang halus.



Partikel halus Nb (C,N) yang terbentuk didalam γ atau didalam α selama atau setelah transformasi juga menghasilkan kenaikan kekuatan.







Vanadium (V) juga berinteraksi secara kuat dengan C dan N membentuk V (CN) dan memberikan efek yang bermanfaat terhadap pengontrolan rekristalisasi γ dan peningkatan kekuatan akibat precipitation hardening terutama pada baja dengan kadar N tinggi. Proses penguatan oleh Pemadu Mikro disebabkan oleh : “grain refinement dan precipitation hardening”



PENGARUH UNSUR-UNSUR CU, NI, DAN CR Unsur-unsur pemadu Cu, Ni, Cr, Si merupakan unsurunsur pemadu konvensional yang biasanya ditambahkan kedalam baja beberapa persepuluh persen sampai >1%.  Pengaruhnya terhadap penguatan, temperatur transisi dan sifat mampu las pada umumnya berbeda antara satu dengan yang lain.  Unsur-unsur pemadu konvensional, efek penguatan larutan padat (solid solution hardening), utamanya baja yang akan di Normalizing disamping temperatur Rekristralisasi meningkat 



Cu dan Ni mempunyai pengaruh yang serupa seperti yang diberikan oleh Mn terhadap sifat transformasi yaitu menurunkan temperatur transformasi γ ke α. Kedua unsur ini dapat menghaluskan butiran.  Pengaruh lain Cu dapat menurunkan laju korosi baja dan dapat menurunkan laju korosi baja dan dapat menurunkan kecendrungan pembentukan hidrogen yang membentuk lubang-lubang halus (void) pada daerah sekitar inklusi. 



Pengaruh Cr, peningkatan ketahanan terhadap oksidasi.  Cr dan Mo merubah karakteristik transformasi baja dan membantu pembentukan campuran MartensitAustenit (M-A) pada baja “Deal-Phase” 



JENIS BAJA HSLA 



Jenis baja HSLA pada umumnya memiliki struktur mikro ferit poligon dan perlit yang halus disertai dengan adanya precipitasi karbida atau Nitrida.



Jenis lain baja HSLA :  Baja HSLA dengan struktur mikro Ferit Acicular  Baja HSLA dengan struktur mikro Bainit  Baja HSLA dengan struktur mikro Dual-Phase  Baja HSLA cuaca (weathering HSLA Steel)



Perbedaan struktur yang terjadi pada setiap HSLA disebabkan oleh perubahan transformasi fasa akibat pemaduan atau akibat kecepatan pendinginan yang diberikan ketika proses pengerolan atau ketika proses perlakuan panas. Perubahan struktur, perubahan sifat-sifat pada baja HSLA