Mengapa Baja Karbon Murah
Baja karbon murah karena tiga alasan terkait: bahan mentah, proses, dan skala. Komponen utamanya adalah besi dan sejumlah kecil karbon, keduanya sangat melimpah dan murah. Bijih besi ditambang dalam jumlah besar, dan karbon pada dasarnya bebas sebagai-produk sampingan dari industri pembuatan baja dan energi. Proses manufakturnya, meskipun membutuhkan banyak energi-, sangat optimal dan dijalankan pada jalur produksi yang besar, sehingga biaya per tonnya sangat rendah. Meluasnya penggunaan baja dalam konstruksi dan infrastruktur menciptakan permintaan yang sangat besar, sehingga mendukung skala ekonomi yang selanjutnya menurunkan harga. Hasilnya adalah material dengan kekuatan dan keserbagunaan seperti logam dengan harga yang menjadikannya pilihan utama untuk struktur, kendaraan, dan mesin.
Dua Rute Pembuatan Baja
Baja modern dibuat melalui dua jalur utama. Rute tungku oksigen dasar (BOF) mengubah bijih besi dan kokas dalam tanur sembur menjadi besi kasar, kemudian memurnikannya dengan oksigen; industri ini mendominasi-produksi tetap dan struktural berskala besar serta mendapat manfaat dari skala ekonomi yang sangat besar. Rute tungku busur listrik (EAF) meleburkan sampah daur ulang dengan listrik dan lebih murah untuk dibuat, fleksibel, dan semakin besar bagiannya. Kedua rute tersebut terus dioptimalkan untuk efisiensi energi dan hasil, dan hasilnya adalah produk komoditas dengan margin yang ketat dan biaya per unit yang rendah.
Masalah Baja-Karbon Tinggi
Masalah utama baja-karbon tinggi adalah kerapuhan dan kemampuan las yang buruk. Ketika kandungan karbon meningkat, baja menjadi sangat keras dan memiliki ujung yang tajam, namun kehilangan keuletannya: baja cenderung retak atau pecah akibat benturan atau tekanan, bukannya bengkok. Baja juga sulit untuk dilas, karena pemanasan dan pendinginan pengelasan yang cepat menciptakan struktur mikro yang keras dan sensitif terhadap retak di zona yang terkena panas, dan baja lebih rentan terhadap karat jika tidak dilindungi. Pengorbanan-ini adalah alasan mengapa kadar karbon-tinggi hanya digunakan jika kekerasan dan ketahanan aus membenarkan hilangnya ketangguhan.
Kelemahan Karbon pada Baja
Unsur karbon mempunyai kelemahan tersendiri yang mempengaruhi baja. Dalam bentuknya yang murni, seperti grafit, karbon teroksidasi, atau terbakar, pada suhu tinggi dalam oksigen; bahkan berlian pun merupakan karbon murni dan dapat dibakar dalam tungku. Pada baja, atom karbon bertindak sebagai tempat terjadinya korosi galvanik, mempercepat karat pada matriks besi dimana baja terkena kelembaban dan oksigen. Inilah sebabnya mengapa baja karbon membutuhkan pelapis, inhibitor, atau galvanisasi dalam layanan korosif, dan mengapa baja tahan karat, dengan lapisan kromiumnya, malah tahan karat.
Untuk Apa Setiap Kelas Karbon Digunakan
Baja karbon diklasifikasikan berdasarkan kandungan karbon dan setiap kelas memiliki kegunaannya masing-masing. Baja karbon-rendah digunakan untuk panel bodi mobil, kawat, pipa, balok struktural, dan lembaran logam peralatan. Baja karbon-sedang digunakan untuk rel kereta api, roda gigi, poros engkol, dan bagian-bagian mesin yang memerlukan kekuatan lebih. Baja karbon-tinggi digunakan untuk perkakas pemotong, pisau, pegas, kawat-berkekuatan tinggi, dan benda yang memerlukan kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi. Nilai tersebut dipilih berdasarkan keseimbangan kekuatan, ketangguhan, dan biaya yang dibutuhkan aplikasi.
Bisakah Baja Karbon Pecah?
Baja karbon dapat dipecah dalam dua pengertian. Secara kimia, ikatan karbon-karbon memerlukan energi yang signifikan untuk memutuskannya, seperti pada pembakaran ketika karbon berikatan dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida; zat pengoksidasi kuat juga dapat memutus ikatan ini. Secara mekanis, baja karbon-tinggi, karena keras namun rapuh, dapat patah akibat benturan tajam atau guncangan mendadak, dan baja karbon secara umum dapat melemah karena korosi dan dapat patah pada cacat atau takik yang sudah ada sebelumnya jika diberi gaya yang cukup. Ini adalah mode kegagalan klasik yang diatur oleh kode desain dengan persyaratan ketangguhan, batas tegangan, dan batas korosi.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Mengapa baja karbon begitu murah?
Karena besi dan karbon melimpah, proses pembuatan baja dioptimalkan dalam skala besar, dan tingginya permintaan baja menciptakan skala ekonomi yang kuat.
T: Apa saja masalah-baja karbon tinggi?
Ini rapuh, sulit dilas, dan lebih rentan terhadap karat; kekerasan yang membuatnya berguna juga membuatnya retak akibat benturan, bukannya bengkok.
T: Untuk apa baja karbon digunakan?
Baja-rendah karbon untuk panel, pipa, balok, dan kawat; karbon-sedang untuk track, roda gigi, dan poros; karbon-tinggi untuk peralatan, pisau, dan pegas.
T: Apa saja dua jalur pembuatan baja tersebut?
Rute tungku oksigen dasar dari bijih besi dan rute tungku busur listrik dari besi tua, keduanya dioptimalkan untuk biaya dan skala.
T: Mengapa baja karbon berkarat?
Atom karbon bertindak sebagai tempat korosi-galvanik yang mempercepat karat pada matriks besi, dan baja karbon tidak memiliki lapisan pelindung seperti baja tahan karat.
T: Dapatkah-baja karbon tinggi dilas?
Dengan susah payah. Panas pengelasan menciptakan zona yang keras dan-sensitif retak, sehingga baja-karbon tinggi umumnya tidak dilas untuk keperluan struktural.
