BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 UMUM Baja merupakan logam aloy yang komponen utamanya adalah besi, dengan karbon sebagai material pengaloy utama. Baja ditemukan ketika dilakukan penempaan dan pemanasan yang menyebabkan tercampurnya besi dengan bahan karbon pada proses pembakaran, sehingga membentuk baja yang mempunyai kekuatan yang lebih besar dari pada besi. Karbon bekerja sebagai agen pengeras, mencegah atom besi, yang secara alami teratu dalam lattice, bergeser melalui satu sama lain. Memvariasikan jumlah karbon dan penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas baja. Baja dengan peningkatan jumlah karbon dapat memperkeras dan memperkuat besi, tetapi juga menjadi lebih rapuh. Dari tahun 1960, baja sudah dikenal sebagai bahan bangunan utama, baja yang dipakai adalah baja karbon atau lebih dikenal dengan “baja”. Dengan banyaknya baja yang tersedia sekarang, memungkinkan seorang perencana menaikkan kekuatan bahan pada daerah yang tegangannya besar, tanpa perlu memperbesar ukuran batang. Perencana dapat memutuskan berdasarkan mana yang lebih disukai, kekakuan maksimum atau berat teringan. 2.2 SIFAT-SIFAT BAJA [Beumer, B.J.M., 1994] Bila dibandingkan dengan bahan konstruksi lainya, baja lebih banyak memiliki keunggulan-keunggulan yang tidak terdapat pada bahanbahan konstruksi lain. Disamping kekuatannya yang besar untuk menahan kekuatan
5
tarik dan kekuatan tekan tanpa membutuhkan banyak volume, baja juga mempunyai sifat-sifat lain yang menguntungkan sehingga menjadikannya sebagai salah satu material yang umum dipakai, yaitu: a. Kekuatan tinggi Kekuatan baja bisa dinyatakan dengan kekuatan tegangan leleh Fy atau kekuatan tarik Fu mengingat baja mempunyai kekuatan volume lebih tinggi dibanding dengan bahan lain, hal ini memungkinkan perencanaan sebuah konstruksi baja bisa mempunyai beban mati yang lebih kecil untuk bentang yang lebih panjang, sehingga struktur lebih ringan dan efektif. b. Kemudahan pemasangan Komponen-komponen baja biasanya mempunyai bentuk standar serta mudah diperoleh dimana saja, sehingga satu-satunya kegiatan yang dilakukan dilapangan adalah pemasangan bagian-bagian yang telah disiapkan. c. Keseragaman Baja diolah dalam sebuah wadah yang besar atau tungku, dengan kondisi yang sudah diatur ( fabrikasi ), baja yang didapatkan akan mempunyai mutu yang seragam. d. Daktilitas Daktilitas adalah sifat dari baja yang mengalami deformasi yang besar dibawah pengaruh tegangan tarik tanpa hancur atau putus. Daktilitas mampu mencegah robohnya bangunan secara tiba-tiba. e. Modulus elatisitas besar Dengan modulus yang besar, struktur akan cukup kaku sehingga dapat memberikan kenyamanan bagi pemakai. Jika dibandingkan dengan bahan 6
yang lain, untuk regangan yang sama baja dapat menahan tegangan yang lebih besar sehingga kekuatannya lebih optimal. f. Tahan karat Baja dapat dioksidasi untuk membentuk lapisan pelindung yang padat, lapisan ini mencegah korosi lebih lanjut dan juga untuk mencegah korosi dapat dibantu dengan pengecatan. 2.3 JENIS-JENIS BAJA Baja pada umumnya mempunyai kadar carbon sebesar 0,0 hingga 1,5%. Berbagai pembagian dibuat untuk baja, tetapi pembagian pertama adalah sebagai berikut, baja tanpa campuran dan baja campuran. Dalam baja tanpa campuran maupun baja campuran menurut cara bagaimana baja dibuat dibagi atas: 1. Baja ditempa dan baja dicanai dengan kadar carbon 0,0 hingga 1,5%. Baja ditempa dan baja dicanai, inilah yang sering kita sebut baja. 2. Baja tuang dengan kadar carbon 0,2% hingga 0,5%. Selanjutnya menurut cara pemakaian dibagi atas: 1. Baja konstruksi dengan kadar carbon 0,0 hingga 0,3%. Baja konstruksi mempunyai kekerasan yang agak kecil oleh sebab kadar carbon yang rendah (0,0-0,3%) dan kekuatan tarik dan batas regang yang agak rendah, akan tetapi regang yang agak besar. Baja ini dipergunakan untuk konstruksi, oleh karena kadar carbon yang rendah, tidak dapat dikeraskan dan dapat dilas dengan baik.
7
2. Baja mesin dengan kadar carbon 0,3 hingga 0,6%. Baja mesin mempunyai kekerasan yang lebih besar oleh karena kadar karbon yang lebih tinggi (0,3-0,6%) dan kekuatan tarik dan batas regang yang lebih tinggi, akan tetapi mempunyai regang yang lebih kecil. Baja ini dipergunakan untuk mesin( contohnya, bagian-bagian baut, porosengkol, batang penggerak dan pasak untuk mesin). Baja mesin memang dapat dikeraskan oleh karena kadar zat karbon yang lebih tinggi. 3. Baja perkakas dengan kadar carbon 0,6 hingga 1,5%. Baja perkakas dibagi lagi atas: a. Baja perkakas untuk alat pukul atau alat tumbuk dengan kadar carbon 0,6 hingga 0,9%. b. Baja perkakas untuk perkakas potong dengan kadar carbon 0,9 hingga 1,2%. c. Baja perkakas untuk alat ukur dengan kadar carbon 1,2 hingga 1,5%. Seperti yang telah dijelaskan, baja merupakan gabungan dari beberapa unsur kimia, karbon, mangan, silikon, tembaga, chrom, fosfor, vanadium, dsb. Semua unsur-unsur ini mempunyai sifat-sifat tersendiri, dimana akan mempengaruhi kekuatan dari baja tersebut. Namun dari semua unsur-unsur kimia tersebut diatas, unsur karbon merupakan unsur yang paling mempengaruhi kekuatan baja, sehingga secara umum baja dapat dikelompokan menjadi tiga jenis yakni, baja karbon, baja paduan rendah berkekuatan tinggi dan baja paduan.
8
2.3.1 BAJA KARBON Baja dengan kadar mangan kurang dari 0,8% silicon kurang dari 0,5% dan unsur lain sangat sedikit, dapat dianggap sebagai baja karbon. Mangan dan silicon sengaja ditambahkan dalam proses pembuatan baja sebagai deoxidizer / mengurangi pengaruh buruk dari beberapa unsur pengotoran. Baja karbon diproduksi dalam bentuk balok, profil, lembaran dan kawat. Karbon dan mangan adalah unsur utama untuk menaikkan kekuatan besi murni. Karbon dengan unsur campuran lain dalam baja membentuk karbid yang dapat menambah kekerasan, tahan gores, dan tahan suhu. Perbedaan persentase karbon
dalam
campuran
logam
baja
karbon
menjadi
salah
satu
cara
mengklasifikasikan baja. Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi menjadi tiga macam yaitu: 1. Baja karbon rendah Baja karbon rendah (low carbon steel) mengandung karbon dalam campuran baja karbon kurang dari 0,3% C. Baja ini bukan baja yang keras karena kandungan karbonnya yang rendah kurang dari 0,3% C. Baja karbon rendah tidak dapat dikeraskan karena kandungan karbonnya tidak cukup untuk membentuk struktur martensit(Amanto, 1999). Berdasarkan kandungan karbonnya baja karbon rendah dapat dibagi menjadi empat bagian: 1. Baja karbon rendah mengandung 0,04% C digunakan untuk plat-plat strip. 2. Baja karbon rendah mengandung 0,05% C digunakan pada badan kenderaan.
9
3. Baja karbon rendah mengandung 0,05 – 0,25% C digunakan untuk konstruksi jembatan dan bangunan. 4. Baja karbon rendah mengandung 0,05 – 0,3% C digunakan untuk baut, paku keling. 2. Baja karbon menengah Baja karbon sedang / menengah mengandung karbon 0,3 - 0,6% C (medium carbon steel) dan dengan karbonnya memungkinkan baja untuk dikeraskan sebagian dengan perlakuan panas (heat treament) yang sesuai. Baja karbon sedang lebih keras serta lebih kuat dibandingkan dengan baja karbon rendah [Amanto, 1999]. Baja karbon menengah memiliki ciri khas sebagai berikut: 1. Lebih kuat dari baja karbon rendah. 2. Tidak mudah dibentuk dengan mesin. 3. Lebih sulit dilakukan untuk pengelasan. 4. Dapat dikeraskan (quenching) dengan baik. Berdasarkan kandungan karbon, baja karbon menengah terbagi atas: 1. Baja karbon menengah mengandung 0,35 – 0,45% C digunakan untuk roda gigi, poros. 2. Baja karbon menengah mengandung 0,4% C digunakan untuk keperluan industri dalam hal kenderaan seperti baut dan mur, poros engkol dan batang torak. 3. Baja karbon menengah mengandung 0,5% C digunakan untuk roda gigi dan clamp.
10
4. Baja karbon menengah mengandung 0,5 – 0,6% C digunakan untuk pegas. 3. Baja karbon tinggi Baja karbon tinggi mengandung karbon 0,6 - 1,5% C dan memiliki kekerasan tinggi namun keuletannya lebih rendah, hampir tidak diketahui jarak tegangan ultimate dengan tegangan leleh pada grafik tegangan regangan. Berkebalikan dengan baja karbon rendah, pengerasan dengan perlakuan panas pada baja karbon tinggi tidak memberikan hasil yang optimal dikarenakan terlalu banyaknya martensit sehingga membuat baja menjadi getas. Baja karbon tinggi memiliki sebagai berikut: 1. Kuat sekali. 2. Sangat keras dan getas/rapuh. 3. Sulit dibentuk mesin. 4. Mengandung unsur sulfur ( S ) dan phosfor ( P ). 5. Mengakibatkan kurangnya sifat liat. Baja karbon memiliki titik leleh yang jelas, penambahan persentase karbon dapat menaikkan tegangan leleh tetapi mengurangi daktilitas, sehingga lebih sukar dilas. Pengelasan yang ekonomis dan memadai dengan tanpa pemanasan awal, pemanasan akhir, atau elektroda las khusus umumnya hanya dapat dicapai bila kandungan karbon tidak lebih dari 0,30 %.
11
2.3.2 BAJA PADUAN RENDAH KEKUATAN TINGGI Baja paduan rendah kekuatan tinggi mempunyai tegangan leleh sekitar 270 sampai 480 N/mm2. Baja ini diperoleh dari baja karbon dengan menambah unsur paduan seperti chrom, columbium, tembaga, mangan. Molybdenum, nikel, fosfor, vanadium atau zirconium, agar beberapa sifat mekanisnya lebih baik. Sementara baja karbon mendapatkan kekuatan dengan menaikkan kandungan karbon, unsur paduan menaikkan kekuatan dengan memperhalus mikrostuktur yang terjadi selama pendinginan baja. 2.3.3 BAJA PADUAN Baja paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain atau lebih dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja karbon. Baja paduan memiliki tegangan leleh sekitar 550 sampai 760 N/mm2. Baja ini dapat dilas dengan prosedur yang sesuai, dan biasanya tidak memerlukan perlakuan panas setelah dilas. Perlakuan panas terdiri dari pencelupan (pendinginan yang cepat dengan air atau minyak dengan suhu antara 900 oC sampai 250 oC) kemudian baja dipanasi kembali dengan suhu minimal 620 oC dan dibiarkan dingin. Pemanasan ulang, walaupun mengurangi kekuatan dan kekerasan bahan yang tercelup, sangat bermanfaat untuk menaikkan keliatan (toughness) dan daktilitas. Pengurangan kekuatan dan kekerasan akibat kenaikan suhu diperkecil dengan pengerasan (hardening) kedua akibat pengendapan senyawa karbon dan columbium, titanium atau vanadium yang halus. Secara ringkas, pencelupan menghasilkan martensit, yaitu mikrostruktur yang sangat keras, kuat dan getas. Pemanasan kembali mengurangi sedikit kekuatan dan kekerasan tetapi menaikkan keliatan dan daktilitas.
12
Menurut kadar unsur paduan, baja paduan dapat dibagi ke dalam dua golongan yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi. Baja rendah unsur paduannya di bawah 10% sedangkan baja paduan tinggi di atas 10%. Berdasarkan strukturnya baja paduan dapat diklasifikasikan dalam: a. Baja pearlit (sorbit dan troostit) Unsur-unsur paduan relatif kecil maximum 5% Baja ini mampu dimesin, sifat mekaniknya meningkat oleh heat treatment (hardening &tempering) b. Baja martensit Unsur pemadunya lebih dari 5 %, sangat keras dan sukar dimesin c. Baja austenit Terdiri dari 10 – 30% unsur pemadu tertentu (Ni, Mn atau CO) Misalnya : Baja tahan karat (Stainless steel), nonmagnetic dan baja tahan panas (heat resistant steel). d. Baja ferrit Terdiri dari sejumlah besar unsur pemadu (Cr, W atau Si) tetapi karbonnya rendah. Tidak dapat dikeraskan. e. Karbid atau ledeburit Terdiri sejumlah karbon dan unsur-unsur pembentuk karbid (Cr, W, Mn, Ti, Zr). Berdasarkan penggunaan dan sifat-sifatnya, baja paduan juga diklasifikasikan dalam: a. Baja konstruksi (structural steel) Dibedakan lagi menjadi tiga golongan tergantung persentase unsur pemadunya, yaitu baja paduan rendah (maksimum 2 %), baja paduan menengah
13
(2- 5 %), baja paduan tinggi (lebih dari 5 %). Sesudah di-heat treatment baja jenis ini sifat-sifat mekaniknya lebih baik dari pada baja karbon biasa. b. Baja perkakas (tool steel) Dipakai untuk alat-alat potong, komposisinya tergantung bahan dan tebal benda yang dipotong/disayat,kecepatan potong, suhu kerja. Baja paduan jenis ini dibedakan lagi menjadi dua golongan, yaitu baja perkakas paduan rendah (kekerasannya tak berubah hingga pada suhu 250 °C) dan baja perkakas paduan tinggi (kekerasannya tak berubah hingga pada suhu 600°C). Biasanya terdiri dari 0,8% C, 18% W, 4% Cr, dan 1% V, atau terdiri dari 0,9% C, 9 W, 4% Cr dan 22,5% V. c. Baja dengan sifat fisik khusus Dibedakan lagi menjadi tiga golongan, yaitu baja tahan karat (mengandung 0,1-0,45% C dan 12-14% Cr), baja tahan panas (yang mengandung 12-14% Cr tahan hingga suhu 750-800oC, sementara yang mengandung 15-17% Cr tahan hingga suhu 850-1000oC), dan baja tahan pakai pada suhu tinggi (ada yang terdiri dari 23-27% Cr, 18-21% Ni, 2-3% Si, ada yang terdiri dari 13-15% Cr, 13-15% Ni, yang lainnya terdiri dari 2-2,7% W, 0,25-0,4% Mo, 0,4-0,5% C). d. Baja paduan istimewa Baja paduan istimewa lainnya terdiri 35-44% Ni dan 0,35% C,memiliki koefisien muai yang rendah yaitu : • Invar
: memiliki koefisien muai sama dengan nol pada suhu 0 – 100 °C,
digunakan untuk alat ukur presisi. • Platinite :
memiliki koefisien muai seperti glass, sebagai pengganti platina.
14
• Elinvar
: memiliki modulus elastisitas tak berubah pada suhu 50°C sampai
100°C. Digunakan untuk pegas arloji dan berbagai alat ukur fisika. e. Baja Paduan dengan Sifat Khusus • Baja Tahan
Karat (Stainless Steel)
Sifatnya antara lain: – Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan – Tahan temperature rendah maupun tinggi – Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil – Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus – Tahan terhadap oksidasi – Kuat dan dapat ditempa – Mudah dibersihkan – Mengkilat dan tampak menarik Baja paduan merupakan campuran dari baja dan beberapa jenis logam lainnya dengan tujuan untuk memperbaiki sifat baja karbon yang relatif mudah berkarat dan getas bila kadar karbonnya tinggi. Selain itu, penambahan unsur paduan juga bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik diantaranya: •
Kekuatan
Kekuatan merupakan kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk di bawah tekanan. Penambahan logam (Ni, Cr, Molibdenum) dengan komposisi sesuai akan menambah kekuatan baja, sebab Ni dan Cr yang ditambahkan akan masuk ke susunan atom dan menggantikan berapa atom C. Penambahan tersebut dapat meningkatkan kekuatan sampai lima kali lipat.
15
•
Elastisitas
Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah pembebanan ditiadakan atau dilepas. Modulus elastisitas merupakan indikator dari sifat elastis. Adanya penambahan logam pada baja akan meningkatkan kemampuan elastisitasnya dengan nilai modulus elastisitas yang lebih besar dari sebelumnya. •
Batas mulur (Plastisitas)
Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk berubah bentuk secara permanen setelah diberi beban. Logam yang ditambahkan berupa nikel, vanadium, titanium, tungsten, chrome dsb akan meningkatkan nilai batas mulur. Hal tersebut disebabkan dengan penambahan logam yang memiliki batas mulur tinggi akan menghasilkan baja paduan yang batas mulurnya tinggi pula. •
Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik adalah kemampuan suatu material untuk menahan tarikan dua gaya yang saling berlawanan arah dan segaris. Logam Ni dan Cr merupakan bahan yang biasa ditambahkan untuk meningkatkan kemampuan menahan tarikan, selain sebagai penambah kekuatan tekan. •
Keuletan
Keuletan adalah kemampuan suatu material untuk diregang atau ditekuk secara permanent tanpa mengakibatkan pecah atau patah. Baja dengan kandungan karbon rendah memiliki keuletan yang tinggi, sehingga dengan paduan logam lain kadar karbonnya akan turun. Selain itu, kandungan fosfor pada baja paduan yang rendah akan meningkatkan keuletannya.
16
•
Tahan aus
Tahan aus merupakan paduan logam yang digunakan untuk meningkatkan kemampuan tahan aus diantaranya nikel, chrom, dan vanadium.
2.4 KOROSI DAN PENCEGAHAN KOROSI Korosi dapat kita artikan sebagai pencernaan logam oleh keadaan sekitar. Keadaan sekitar ini adalah mungkin udara lembab, bahan kimia, air laut, gas dan sebagainya. Oleh korosi, logam berubah ke dalam garamnya, oksida atau hidrooksida. [Beumer, B.J.M., 1994] Bentuk-bentuk korosi yaitu: 1. Korosi menyeluruh Pada korosi menyeluruh logam dicerna pada seluruh permukaan 2. Korosi setempat atau korosi bopeng Bentuk korosi ini mencerna logam setempat, sehingga pada umumnya muncul bopeng-bopeng kecil dalam bahan. 3. Korosi antar garis-hablur Korosi dalam garis-hablur terjadi sepanjang batas-hablur. Sebagai akibatnya hablur-hablur terlepas satu sama lain. Bentuk korosi ini sangat berbahaya, oleh karena dari luar tidak nampak. Untuk mencegah terjadinya korosi ada beberapa hal yang bisa dilakukan yaitu: 1. Minyak dan gemuk Melapisi dengan lapisan minyak atau lapisan gemuk dapat dilaksanakan dengan menggunakan kuas atau dengan jalan pencelupan. Penggunaanya terdapat pada bagian-bagian mesin dan perkakas tertentu.
17
2. Bitumen Bitumen adalah produk minyak bumi. Bitumen dapat diterapkan dengan kuas, dengan mencelupkan atau menuangkan. Lapisan bitumen tidak kuat dan oleh karena itu sering diperkokoh dengan lapisan tali goni. Bitumen digunakan pada tangki minyak, saluran gas dan saluran air dan kabel saluran listrik di dalam tanah. 3. Plastik Penerapan lapisan plastik dapat dilaksanakan dengan beberapa cara. Hanya plastik termoplastis dan poli-ester dengan mempertimbangkan praktis adalah jenis yang dapat digunakan. Plastik termoplastis dapat dilumerkan, lalu produk yang harus dilindungi dicelupkan atau dituangkan. Poli-ester dapat diterapkan dengan kuas, dengan disiram atau dengan mengunakan penyemprot. Lapisan plastik yang diterapkan, tidak kuat dan digunakan untuk melindungi perkakas, contohnya pahat, frais, bor dan sebagainya. 4. Email Email terdiri dari campuran kwarsa, felspar boraks dan zat-zat lain. Produk dilapis dengan email dan selanjutnya dipanaskan dalam oven. Lapisan email mudah rusak, biasanya digunakan untuk alat rumahtangga. 5. Fosfat Produk digantungkan dalam cairan persenyawaan fosfat yang dilumerkan. Oleh karena itu permukaan produk dari baja diubah menjadi fosfat besi dan diatasnya dapat melekat fosfat lainnya dari cairan. Cara yang demikian kita
18
sebut difosfatkan, diparkerisasikan, diatramentasikan atau dibonderisasikan. Memfosfatkan tidak memberi daya tahan korosi tetap oleh karena itu pada umumnya dipergunakan sebagai lapisan dasar untuk lapisan cat. 6. Oksida Melalui jalan elektrolitis diatas aluminium dapat diterapkan satu lapisan oksida. Untuk kerperluan itu produk aluminium digantung dalam cairan elektrolitis. Cairan ini pada umumnya adalah suatu larutan asam belerang dalam air. Jikalau setelah itu kita hubungkan kutub positif dari sumber tegangan dengan produk dan kutub negatif dari sumber tegangan dengan pelat titan yang digantungkan dalam carian, maka air memisahkan diri menjadi zat asam dan zat air. Zat asam yang dibebaskan bersenyawa dengan aluminium dan membentuk oksida-aluminium menurut: 4 Al + 3O2 → 2 Al3 O3
19
2.5 UNSUR-UNSUR YANG BERPENGARUH PADA BAJA Tabel 2.1 unsur-unsur dalam baja. Unsur
Pengaruh
Boron
Meningkatkan kemampuan untuk diperkeras tanpa mengurangi kemampu
bentukannya
dan
kemampuan
untuk
diproses
pemesinan (tak jarang juga meningkatkan dua sifat tersebut). Calcium
Deoksidasi baja, meningkatkan ketangguhan, dan meningkatkan kemampu bentukan serta kemampuan untuk diproses pemesinan.
Carbon
Meningkatkan
kemampuan
untuk
diperkeras,
kekerasan,
kekuatan, dan ketahanan terhadap aus. Mengurangi keuletan, kemampuan untuk dilas, dan ketangguhan. Cerium
Mengontrol bentuk dari inklusi dan meningkatkan ketangguhan pada baja karbon rendah, serta meng-deoksidasi baja.
Chromium
Meningkatkan ketangguhan, kemampuan untuk diperkeras, ketahanan terhadap aus dan korosi, dan tahan terhadap temperatur tinggi.
Cobalt
Meningkatkan kekuatan dan kekerasan pada temperatur yang meningkat.
Copper
Meningkatkan
ketahanan
meningkatkan
kekuatan
terhadap dengan
korosi sedikit
atmosfer
dan
‘mengorbankan’
keuletannya. Lead
Meningkatkan kemampuan untuk diproses pemesinan.
Magnesium
Mempunyai pengaruh yang sama dengan Cerium.
Manganese
Meningkatkan
kemampuan
untuk
diperkeras,
kekuatan,
ketahanan terhadap abrasi, dan kemampuan untuk diproses pemesinan.
Meng-deoksidasi
baja
cair,
dan
mengurangi
kemampuan untuk dilas.
20
Molybdenum
Meningkatan kemampuan untuk diperkeras, ketahanan terhadap aus, ketangguhan, kekuatan terhadap kenaikan temperatur, ketahanan terhadap mulur, dan kekerasan.
Nickel
Meningkatkan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan terhadap korosi, serta kemampuan untuk diperkeras.
Niobium
Memberikan ukuran butir yang terbaik, dan meningkatkan kekuatan, serta ketangguhan terhadap beban impak. Menurunkan temperatur transisi dan kemampuan untuk diperkeras.
Phoporus
Meningkatkan kekuatan, kemampuan untuk diperkeras, ketahana terhadap korosi, dan kemampuan untuk diproses pemesinan. Sangat berpengaruh pada penurunan keuletan dan ketangguhan.
Selenium
Meningkatkan kemampuan untuk diproses pemesinan.
Silicon
Meningkatkan kekuatan, kekerasan, ketahanan terhadap korosi, dan konduktivitas elektrik. Menurunkan kemampuan untuk diproses pemesinan dan kemampu bentukan pada kondisi dingin.
Sulfur
Meningkatkan kemampuan untuk diproses pemesinan ketika dikombinasi dengan Manganese. Menurunkan kekuatan impak dan keuletan.
Tantalum
Mempunyai pengaruh yang sama dengan Niobium.
Tellurium
Meningkatkan kemampuan untuk diproses pemesinan, kemampu bentukan, dan ketangguhan.
Titanium
Meningkatkan kemampuan untuk diperkeras. Meng-deoksidasi baja.
Tungsten
Mempunyai pengaruh yang sama dengan Cobalt.
(Wolfram)
21
2.6 PROSES PEMBUATAN TULANGAN BAJA PT. PUTRA BAJA DELI merupakan sebuah perusahaan yang bisa dikatakan masih baru dalam hal ini. Dalam pembuatan tulangan baja, PT. PUTRA BAJA DELI menggunakan sistem hot rolling dan juga menggunakan sebuah teknologi baru yaitu Tempcore Quenching System, untuk meningkatkan mutu dari baja itu sendiri. Teknologi ini sendiri digunakan untuk menaikan kekuatan baja tulangan dengan cara yang lebih efisien dan relatif murah daripada dibandingkan dengan penambahan unsur karbon atau pun unsur-unsur lain untuk menaikan kekuatan baja tulangan itu sendiri. Dalam proses pembuatan tulangan baja, ada beberapa proses yang harus dilalui yaitu: 1. BILLET Disini PT. PUTRA BAJA DELI mengimport bahan baku baja batangan berupa balok. Dimana baja batangan ini berasal dari import, ada pun ukuran dari billet yang diimport yaitu 120 x 120 x 12000 mm. 2. Pengecekan kualitas tahap 1 Pengecekan kualitas tahap 1 berupa pengecekan komposisi dari baja yang diimport. Bila komposisi baja yang dicek tidak sesuai dengan permintaan, maka bahan baku ditolak untuk digunakan. 3. Furnace Furnace/tungku berfungsi untuk memanaskan baja batangan sampai baja tersebut layak untuk dibentuk, untuk pembentukannya digunakan uap panas dari pembakaran batu bara atau bahan bakar minyak. Didalam furnace ini terdapat 2 tahapan yaitu:
22
a) Zona Heating Zona heating merupakan zona dimana baja batangan yang bersuhu normal (30oC) dipanaskan hingga mencapai suhu ± 800 oC. b) Zona Soaking Zona Soaking merupakan zona lanjutan dari zona Heating dimana baja sudah bersuhu ± 800 oC dipanaskan lagi hingga mencapai suhu ± 1200 oC, bila sudah mencapai suhu tersebut maka baja batangan akan dikeluarkan dari Furnace. Namun sebelumnya, baja batangan harus dipotong dengan panjang yang didefinisikan dengan ukuran produk yang diinginkan, umumnya ± 3 meter sebelum dimasukan kedalam furnace. PT. PUTRA BAJA DELI memiliki 2 furnace, furnace I dan furnace II memiliki kapasitas ± 55 ton dan juga pemanasan berlangsung selama ± 3 jam untuk pencapaian suhu ± 1200 oC. 4. Rolling Rolling disini juga bisa diartikan dengan proses pembentukan baja tulangan, dimana baja batangan yang berukuran 120 x 120 akan dibuat menjadi diameter yang diinginkan, semakin kecil diameter yang diinginkan maka akan semakin banyak pass yang akan dilewati. Beberapa fase/tahapan yang akan dilalui yaitu: a. Roughing b. Intermediate c. Finishing
23
Tahap ini merupakan tahap terakhir dimana pada bagian terakhir ini dilakukan pencetakan kode maupun merek dari PT PUTRA BAJA DELI. d. Tempcore Quenching System Di bagian ini, baja tulangan diberikan tekanan air pada seluruh permukaan tulangan yang bertujuan untuk meningkatkan kekuatan baja dari baja terutama kuat tarik baja. Sistem ini harus dipakai terutama untuk standar ekspor. Penggunaan sistem ini diharapkan akan lebih efisien dan ekonomis daripada harus menggunakan penambahan unsur karbon ataupun unsur-unsur lain untuk meningkatkan kekuatan baja tulangan itu sendiri. e. Cooling bed Tempat ini bertujuan untuk menurunkan suhu baja setelah melalui proses pembentukan. Di tempat ini suhu baja sudah menurun tapi belum mencapai suhu normal dan pada biasanya panjang baja tulangan yang diperoleh berkisar ± 37 meter atau ± 49 meter, tergantung pada diameter tulangan yang dibentuk. 5. Pengecekan kualitas tahap 2 Pengecekan kualitas tahap 2 berupa pengambilan 3 sampel secara acak setiap 20 menit proses produksi. 3 sampel yaitu bagian atas, bagian tengah dan bagian akhir. Lalu sampel ini akan dilakukan uji tarik dan uji bending, apabila hasil test tidak memenuhi syarat maka semua hasil produksi selama 20 menit akan dibuang kedalam tempat daur ulang.
24
6. Packing Baja tulangan yang sudah melalui pengecekan kualitas tahap 2, maka sudah dikategorikan sebagai barang yang siap dipakai atau diekspor. Sebelum dipacking, tulangan akan diberi warna sesuai dengan ketentuan pada SNI. Tulangan baja yang tidak diberi warna merupakan tulangan baja yang bukan SNI. Setelah itu, tulangan akan dipacking dalam per bundel. 1 bundel biasanya seberat 2,5 ton sampai 3 ton yang terdiri dari 25 ikat atau sesuai dengan besarnya diameter. 7. Pengecekan kualitas tahap 3 Pengecekan kualitas tahap 3 hanya berupa pengecekan panjang dan isi setiap bundel, apabila ada yang tidak sesuai maka akan dipacking ulang. Untuk mendapatkan 1 tulangan baja, diperkirakan harus melalui proses tersebut selama ± 1 menit. Semakin kecil diameter tulangan yang diinginkan, maka jumlah pass dari rolling tersebut akan bertambah banyak dan waktunya akan lebih lama. Untuk D19 dan D25, hanya melalui proses sebanyak 14 pass dari rolling di atas. Menurut SNI, panjang 1 tulangan baja adalah 12 meter, sehingga tulangan baja pada cooling bed harus dipotong namun sesuai dengan aturan yaitu, bagian kepala maupun bagian ekor hasil proses pembentukan di atas harus dipotong untuk dibuang sepanjang 20 hingga 30 cm, karena pada bagian tersebut bentuk dari tulangan tidak sempurna.
25
Dalam 1 shift proses pembuatan tulangan baja berlangsung selama 10 jam dan dapat menghabiskan bahan baku sebanyak ± 120 ton. Dan untuk proses pengecekan kualitas tahap 2 berlangsung setiap 20 menit yang dapat menghabiskan bahan baku sebesar 6 hingga 7 ton. PT. Putra Baja Deli menggunakan sistem tempcore quenching machine dikarena dapat meningkatkan kuat tarik baja dengan biaya produksi yang relatif lebih murah karena untuk meningkatkan mutu dan kuat tarik baja umumnya dilakukan penambahan unsur karbon yang disebut sitem microalloy namun dalam hal biayanya sendiri adalah relatif lebih mahal sehingga akan mempengaruhi biaya produksi dan harga dari produk itu sendiri. Sistem tempcore dan system micro alloy memiliki kelebihan dan kekurangannya masing – masing. Pada sistem tempcore memiliki keunggulan pada biaya produksi yang rendah dan mendapatkan mutu baja yang tinggi dengan hanya menggunakan tekanan air. Namun sistem ini akan membuat tulangan baja terlihat seperti memiliki 2 lapisan yaitu lapisan martensite dan lapisan ferrite yaitu inti tulangan baja yang dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
26
Gambar 2.1 Proses Berlangsungnya Tempcore Sistem tempcore ini membuat lapisan canai atau lapisan permukaan tulangan baja menjadi keras seketika akibat dari perubahan suhu secara mendadak yang disebabkan dari tekanan air. Sitem ini akan semakin efektif digunakan untuk diameter tulangan yang semakin besar pula. Namun pada inti dari tulangan ini tidaklah sekeras seperti pada lapisan permukaannya. Hal ini membuat keraguan akan mutu baja yang dihasilkan. Namun sesuai dengan aturan yang ada, pengujian mutu baja didasarkan pada tulangan baja utuh, bukan dengan menghilangkan atau membubut bagian lapisan permukaannya. Sistem ini dapat membuat menghasilkan tulangan baja yang memiliki karakteristik lentur dan pengelasan yang baik. Sistem micro alloy merupakan sistem penambahan karbon yang memiliki batasan maksimum akan nilai karbon equivalen yaitu 0,44. Sistem ini akan membuat tulangan baja memiliki mutu yang tinggi namun sebaliknya membuat biaya produski yang tinggi. Sistem ini akan membuat tulangan baja menjadi homogen dengan 27
kekuatan tarik pada setiap lapisan adalah sama, tidak seperti tempcore yang memiliki inti yang berbeda dengan lapisan luarnya. Namun, sistem ini lebih diusungkan untuk keefektifan diameter kecil yaitu di bawah 16 mmm. Untuk karakteristik tulangan baja hasil dari sistem micro alloy ini adalah membuat kemampuan meregang (elongation), pembengkokan dan pengelasan semakin menurun karena unsur karbon membuat tulangan baja ini semakin daktail. Untuk sekarang ini, dua sistem inilah yang umum dipakai di pabrik pembuatan tulangan baja utnuk meningkatkan kekuatan mutu dan karakteristik tulangan baja itu sendiri. Ada yang menggunakan sistem tempcore seperti PT. Putra Baja Deli, ada yang menggunakan sistem penambahan karbon seperti Krakatau Steel dan ada pula yang menggunakan keduanya yaitu PT. Growth Sumatera.
28
BILLET
QC1
CUTTING BILLET
SCRAP STORAGE
FURNACE
MISSED ROLLED & CROP HEAD
INFORM TO READJUST
ROLLING
QC2
MISSED ROLLED & CROP HEAD
PACKING
REPACKING
FINISH GOOD WAREHOUSE
GAMBAR 2.2 Bagan Pembuatan Tulangan Baja
29
2.7 CARA PENGAMBILAN SAMPEL Dalam pengambilan sampel, juga harus diperhatikan bagian mana dan jumlah sampel yang harus diambil. Menurut [----,SNI 2002] pada halaman 7, pengambilan sampel harus secara acak, setiap kelompok yang terdiri lebih dari satu nomor leburan dari satu ukuran dan satu kelas baja yang sama, diambil 1 (satu) contoh uji setiap 25 (dua puluh lima) ton sebanyak-banyaknya 5 (lima) contoh. Pemotongan sampel tidak boleh dengan cara panas dan panjang sampel maksimum 1,5 m. Namun dari PT. PUTRA BAJA DELI sendiri, mereka mengambil 3 (tiga) sampel setiap 20 menit proses produksi, diasumsikan setiap 20 menit dapat menghabiskan ±6 ton bahan baku. Dan pengambilan sampel ini juga acak, dengan bagian-bagian yang diambil adalah bagian kepala, tengah dan ekor, namun bagianbagian ini diambil bukan dari satu batang tulangan baja, melainkan 3 tulangan baja yang berbeda.
2.8 DISTRIBUSI NORMAL Dalam suatu penelitian, pasti akan digunakan suatu metode penyelesaian, dalam hal ini saya menggunakan metode distribusi normal atau distribusi gauss [E. Walpole Ronald, 1997]. Distribusi normal merupakan Salah satu distribusi frekuensi yang paling penting dalam statistika. Distribusi normal berupa kurva berbentuk lonceng setangkup yang melebar tak berhingga pada kedua arah positif dan negatifnya. Penggunaanya sama dengan penggunaan kurva distribusi lainnya. Frekuensi relatif suatu variabel yang mengambil nilai antara dua titik pada sumbu datar. Tidak semua distribusi berbentuk lonceng setangkup merupakan distribusi normal.
30
Nilai peluang peubah acak dalam distribusi peluang normal dinyatakan dalam luas dari di bawah kurva berbentuk genta atau lonceng (bell shaped curve) seperti gambar 2.1. Kurva maupun persamaan normal melibatkan nilai x, μ dan σ. Keseluruhan kurva akan bernilai 1, ini mengambarkan sifat peluang yang tidak pernah negatif dan maksimal bernilai satu.
a
b
µ
x
Gambar 2.3 Kurva Normal
b
P(a ≤ X ≤ b ) = ∫ f ( x)dx a
Macam-macam kurva: 1. Kurva berbentuk genta (µ= Md= Mo) 2. Kurva berbentuk simetris 3. Kurva normal berbentuk asimptotis 4. Kurva mencapai puncak pada saat X= µ. Luas daerah di bawah kurva adalah 1, ½ di sisi kanan nilai tengah dan ½ di sisi kiri.
31
Sifat-sifat distribusi normal: 1. Grafiknya selalu ada diatas sumbu datar x. 2. Bentuknya simetrik terhadap x = µ. 3. Mempunyai satu modus, jadi kurva unimodal, tercapai pada x = µ sebesar 0,3989/σ. 4. Grafiknya mendekati (berasimtootkan) sumbu datar x, mulai dari x = µ + 3 σ ke kanan dan x = µ + 3 σ kekiri. 5. Luas daerah grafik selalu sama dengan satu unit persegi. Setiap pasang µ dan σ, sifat-sifat diatas selalu terpenuhi, hanya bentuk kurvanya saja yang berlainan. Jika σ makin besar kurvanya makin rendah dan sebaliknya. Distribusi normal bersifat kontinu maka cara perhitungan probabilitasnya dilakukan dengan jalan menentukan luas dibawah kurva, tetapi karena fungsi frekuensi normal tidak memiliki integral yang sederhana sehingga probabilitasnya dihitung dengan menggunakan distribusi normal standar dimana variabel randomnya ialah Z dengan rata-rata µ = 0 dan simpangan baku σ = 1. [E. Walpole Ronald, 1997] Probabilitas kontinu yang terpenting di bidang statistik adalah distribusi normal. Grafiknya disebut kurva normal, berbentuk lonceng seperti gambar (2.2) Distribusi ini ditemukan Karl Friedrich (1777-1855) yang juga disebut distribusi Gauss. Pada gambar (2.3) melukiskan beberapa kurva yang mempunyai mean sama tetapi standart deviasi bebeda, gambar (2.4) melukiskan
kurva normal dengan
simpangan baku yang sama tapi rata-rata berbeda. Gambar (2.5) melukiskan kurva normal dengan mean dan standart deviasi yang berbeda.
32
Jenis-jenis kurva distribusi normal menurut [E. Walpole Ronald, 1997] 1) Distribusi kurva normal dengan µ sama dan σ berbeda. Terlihat kedua kurva mempunyai titik tengah yang sama pada sumbu datar, tapi kurva dengan simpangan baku yang lebih besar tampak lebih rendah dan lebih melebar. Perhatikan bahwa luas dibawah kurva-peluang harus sama dengan 1 sehingga bila kumpulan data makin berbeda maka makin rendah dan melebar pula kurvanya.
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 m Mesokurtic
Platykurtic
Leptokurtic
Gambar 2.4 Kurva Normal dengan µ Sama dan σ Berbeda 2) Distribusi kurva normal dengan µ berbeda dan σ sama. Terlihat kedua kurva bentuknya persis sama tapi titik tengahnya terletak di tempat yang berbeda di sepanjang sumbu datar.
33
45 0
30 0
15 0
Gambar 2.5 Kurva Normal dengan µ Berbeda dan σ Sama 3) Distribusi kurva normal dengan µ dan σ berbeda. Jelas keduanya mempunyai letak titik tengah yang berlainan pada sumbu datar dan bentuknya mencerminkan 2 nilai σ yang berlainan.
85
850
Gambar 2.6 Kurva Normal dengan µ dan σ Berbeda Kurva distribusi normal dipengaruhi oleh rata-rata (μ) dan simpangan baku (σ). Jika rata-rata besar dan simpangan baku besar maka kurvanya makin rendah (platikurtik). Jika rata-rata dan simpangan baku kecil maka kurvanya makin tinggi (leptokurtik). Suatu variabel acak kontinu X yang memiliki distribusi berbentuk lonceng (variabel acak normal). Bentuk dan ketinggian kurva sangat tergantung pada nilai-nilai μ dan σ.
34
[E. Walpole Ronald] Untuk mencari μ dan σ adalah dengan rumus: 𝜇𝜇; 𝑥𝑥̅ =
Dimana:
∑ 𝑥𝑥 𝑛𝑛
∑(𝑥𝑥𝑖𝑖 − 𝑥𝑥̅ )2 σ=� 𝑛𝑛 − 1
𝑥𝑥̅ = 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 − 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 σ = standart deviasi
� 𝑥𝑥 = 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗ℎ 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑛𝑛 = 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠
35
