## KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA BAJA LATERIT DENGAN PROSES COLD ROLLING

## CHARACTERISTICS OF MECHANICAL PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE OF LATERITE STEEL WITH COLD ROLLING PROCESS
Hafiiz Iman Ramadhan 1 , Bintang Adjiantoro 2 , Satrio Herbirowo 2* , Sunardi 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Kampus Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Cilegon Banten
2 Pusat Penelitian Metalurgi dan Material, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Gedung 470 Kawasan PUSPIPTEK, Setu. Tangerang Selatan
Diterima: 24 April 2019 Direvisi: 27 Mei 2019 Disetujui: 19 Juni 2019

## ABSTRAK
Baja  laterit  merupakan  bahan dasar alternatif pada produksi  baja dan  dapat dikembangkan dengan  berbagai macam  pembentukan  logam.  Penelitian  ini  telah  menunjukkan  proses  canai  dingin  dari  baja  laterit,  yang ketebalannya  terdeformasi  sebesar  3,  6,  9,  dan  12  persen  reduksi.  Pengamatan  struktur  mikro  dilakukan menggunakan mikroskop optik yang dipersiapkan hingga proses etsa. Demikian pula pengujian kekerasan, kekuatan tarik  dan  ketangguhan  impak  dilakukan  untuk  mengetahui  sifat  mekanik.  Proses  pencanaian  dingin  dilakukan setelah  perlakuan  panas  annealing  pada  suhu  900 o C  dengan  tujuan  untuk  meningkatkan  sifat  mekanik  dan karakteristik  struktur  mikronya.  Peningkatan  sifat  mekanik  maksimal  dari  variasi  reduksi  yang  digunakan  adalah reduksi  12  %  dengan  nilai  kekerasan  tertinggi  sebesar  265,33  HV  yang  diikuti  nilai  Ultimate  Tensile  Strength sebesar  18,43  N/mm 2 dan    Yield  Strength  sebesar  16,43  N/mm 2 serta  nilai  impak  sebesar  0,015  J/mm 2 .  Pada pengamatan  struktur  mikro,  ukuran  diameter  butir  rata-rata  menurun  yang  menyebabkan  sampel  baja  laterit  akan mengalami peningkatan kekerasan.
Kata kunci : baja laterit, canai dingin, persen reduksi, diameter butir

## ABSTRACT
Laterite steel is an alternative basic material in steel  production and can be developed  with various metal deformation. This research showed a cold rolled process of laterite steel, which thickness were deformed by 3, 6, 9, and  12  percent  reduction.  Micro  structure  observations  were  carried  out  using  an  optical  microscope  that  were prepared until the etching process. Likewise, hardness, tensile strength and impact toughness tests were carried out to  determine  mechanical  properties.  Cold  rolling  process  was  carried  out  after  annealing  heat  treatment  at  a temperature of 900 o C with the aim to improve the mechanical properties and characteristics of the microstructure. Increasing  the  maximum  mechanical  properties  of  the  reduction  variations  used  is  a  reduction  of  12%  with  the highest hardness value of 265.33 HV followed by the Ultimate Tensile Strength value of 18.43 N /  mm2 and Yield Strength  of 16.43 N/mm 2 and the impact  value of 0.015 J/mm2. In the observation of microstructure, the average grain diameter decreased which caused a laterite steel sample to increase in hardness.
Keywords : laterite steel, cold rolling, percent reduction, grain diameter

## PENDAHULUAN
Untuk  memenuhi  kebutuhan  pasar  baja, baik  dari  sisi  kuantitas  maupun  kualitas, Indonesia mengembangkan baja laterit. Produksi baja  yang  dihasilkan  saat  ini  tidak  sebanyak permintaan  pasar.  Dengan  adanya  baja  laterit,
produsen  tidak  perlu  mengimpor  bahan  baku dari  negara  lain.  Karakterisasi  yang  telah dilakukan  pada  penelitian  terdahulu  terhadap sifat  mekanik  dan  standardisasi  hasilnya mendekati standar baja konvensional [1,2].
Proses  canai  dingin  ( cold  rolling )  sangat penting dalam mereduksi ukuran dimensi produk
maupun  ukuran  butir  baja  secara  mikro  untuk meningkatkan  sifat  mekanis  dari  baja  tersebut. Z.  Pan  et  al  telah  melakukan  penelitian mengenai canai dingin pada baja dua fasa untuk mendapatkan  butir  yang  sangat  halus,  walaupun sifat  mekanik  meningkat  akan  tetapi  pada  hasil struktur mikro masih cenderung getas [3].
Penelitian  terbaru  oleh  Hasbi  et.al menggunakan  baja  laterit  dengan  berbagai variasi  paduan  nikel  menggunakan  proses austemper dan pendinginan udara dapat menghasilkan  fasa  ferit  dan  sementit  halus dengan  meningkatkan  kekuatan  dari  baja tersebut  [4].  Oleh  karena  itu,  tujuan  dari penelitian  terhadap  sampel  baja  laterit  berbasis paduan  nikel  ini  adalah  untuk  meningkatkan sifat  mekanik  dari  sifat  keras,  memperkecil ukuran  butir  dan  tetap  menjaga  kekuatan  tarik dan sifat tangguhnya.

## BAHAN DAN METODE
Penelitian  ini  menggunakan  material  baja laterit  dengan  komposisi  unsur  kimia  tercantum pada Tabel 1.
Tabel 1 . Komposisi Unsur Kimia Baja Laterit C (%) Si (%) S (%) P (%) Mn (%) 0,196  0,256 0,03 0,035 0,092 Cr (%) Ni (%) Cu (%) Mo (%) Fe (%) 0,272  1,72 0,035 0,239 97,94
Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa, kadar karbon (C) = 0,196% sehingga baja laterit termasuk  golongan  baja  karbon  rendah.  Sama halnya dengan penelitian  T. Avdjieva et al yang memiliki tantangan dalam melakukan transformasi  fasa  dengan  kadar  karbon  yang rendah [6].
Baja  laterit  akan  direduksi  ketebalannya pada  variasi  reduksi  3%,  6%,  9%,  dan  12% dengan  acuan  penelitian  terdahulu  dan trial  & error setelah  dilakukan  pemanasan annealing pada  temperature   900 o C  menggunakan muffle furnace .  Bentuk  benda  uji  disesuaikan  dengan standar  ASTM  E23  dan  ASTM  E8.  Adapun pengujian   yang     dilakukan     pada    material, diantaranya:  uji  kekerasan  dengan  metode vickers ,  uji  impak  dengan  metode charpy ,  uji tarik  dengan universal  testing  machine  servo
hydraulic TT-HW2-600-S dan pengujian struktur mikro dengan mikroskop optik. Metode eksperimen  ini  untuk  mengevaluasi  kekuatan baja  laterit  secara  termomekanikal  yang  juga mengacu  pada  penelitian  terdahulu  dalam melakukan  rekristalisasi  baja austenitic paduan mangan tinggi [5].

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pengujian Impak
Pengujian  impak  dengan  menggunakan mesin  CMTS  model  CI-30  menghasilkan  data dengan metode charpy sebagai berikut:
Gambar 1. Hubungan Persen Reduksi dengan Nilai Ketangguhan
Grafik di atas menunjukkan perbandingan antara sampel awal yang tidak mengalami proses canai  dingin  dengan  sampel  yang  mengalami proses  canai  dingin.  Setelah  dilakukan  uji impak,  terlihat  penurunan  nilai  impak  seiring dengan  peningkatan  persen  reduksi.  Sampel dengan  reduksi  0%  atau  sampel  yang  tidak mengalami  proses  canai  dingin  menghasilkan nilai  impak  yang  tinggi  yaitu  0,046  J/mm 2 .  Hal ini  disebabkan  karena  ada  penguatan  regangan ( strain  hardening )  setelah  melalui  proses cold rolling yang mengakibatkan peningkatan kerapatan dislokasi sehingga sampel makin  kuat atau keras [7].

## Pengujian Kekerasan
Pengujian  kekerasan  dengan  metode vickers memberikan  hasil  seperti  pada  Gambar 2.
0,046
0,038
0,032 0,021 0,015 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050 R0% R3% R6% R9% R12% N il ai I m p ak (J /m m 2 ) Reduksi (%)
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 E lo n g as i (% )
K ek u at an T ari k (N /m m 2 ) Reduksi (%) e σt σy 203,0 230,7  232,0 246,4 265,3 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 R R3% R6% R9% R12% K ek eras an (H V ) Reduksi (%)
Gambar 2. Hubungan Antara Variasi Reduksi dengan Nilai Kekerasan
Gambar  2  menunjukkan  perbandingan antara  sampel raw (R)  dengan  sampel  yang mengalami  proses  canai  dingin.  Sampel  yang mengalami  proses  canai  dingin  dengan  reduksi 12%  menghasilkan  kekerasan  yang  tinggi  yaitu 265,3  HV.  Makin  tinggi  reduksi  maka kekerasannya meningkat dan sangat dipengaruhi oleh laju pemanasan maupun pendinginan ketika dilakukan  proses  deformasi  [8].  Hal  ini
disebabkan
adanya deformasi yang mengakibatkan pemadatan diameter butir sehingga  sukar  untuk  bergerak  seperti  pada struktur  mikro  yang  akan  diuraikan  pada penjelasan selanjutnya.

## Pengujian Tarik
Hasil pengujian tarik menggunakan universal  testing  machine  servo  hydraulic TT- HW2-600-S disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Hubungan Antara Variasi Reduksi dengan UTS ( Ultimate Tensile Strength ), Yield Point dan Elongasi.
Gambar  3  menunjukkan  perbandingan antara sampel awal yang tidak mengalami proses canai  dingin  dengan  sampel  yang  mengalami proses  canai  dingin  untuk  nilai  σt  ( Ultimate Tensile  Strength /UTS)  dan  σy  ( Yield  Strength / YS).  Sampel  yang  mengalami  proses  canai dingin  dengan  reduksi  12%  menghasilkan  nilai UTS dan YS yang tinggi yaitu 18,42 N/mm 2 dan 16,43  N/mm 2 .  Hasil  pengujian  kekuatan  Tarik menunjukkan  bahwa  UTS  dan  YS  sampel mengalami  peningkatan  dengan  meningkatnya jumlah  reduksi  pengerolan  sampel.  Peningkatan nilai  elongasi  (e)  terlihat  jelas  terutama  mulai reduksi  3%  hingga  reduksi  12%  dengan kecenderungan  butir  kristal  berbentuk  kolumnar [4, 8, 9,10].

## Perhitungan Diameter Butir Rata-Rata
Perhitungan  Diameter  Butir  Rata-  Rata dilakukan  dengan  menggunakan  metode  Hillard untuk  mencari  G  (no,  Grain  Size).  Setelah  itu akan  dikonversi  pada  tabel  hubungan  ukuran butir  terhadap  diameter  butir  yang  ada  pada ASTM E-112.
Gambar 4. Hubungan Persen Reduksi dengan Rata - Rata Diameter Butir
Hasilnya  memperlihatkan  bahwa  sampel yang  mengalami  proses  canai  dingin  dengan besar  reduksi  12%  menghasilkan  nilai  rata-rata diameter butir rata-rata sebesar 90,8 µm. Hal ini disebabkan  karena  adanya  deformasi  akibat proses  canai  dingin,  yang  mengakibatkan meningkatnya  nilai  kekerasan  di  setiap  reduksi yang  dilakukan.  Dari  hasil  tersebut  dapat disimpulkan  bahwa  canai  dingin  menghasilkan butir  yang  lebih  padat  sehingga  mengakibatkan peningkatan sifat mekanik [12].
223 116 112 100,3 90,8 RAW R3% R6% R9% R12% Di am et er B ut ir R at a - R at a (µ m ) Reduksi (%)
Korelasi Diameter Butir dengan Sifat Mekanik
Korelasi  antara  sifat  mekanik  dengan diameter  butir  rata-rata,  dapat  dilihat  pada Gambar 5.
(a) (b) (c)
Gambar 5. Korelasi Diameter Butir Rata – Rata dengan Sifat Mekanik, (a) Kekerasan; (b)
Kekuatan Tarik; (c) Nilai Impak
Dari  Gambar  5,  dapat  disimpulkan  bahwa makin  besar  ukuran  diameter  butir  rata-rata, maka  nilai  kekuatan  tarik  dan  kekerasan  akan turun  yang  menyebabkan  sampel  menjadi  lebih lunak.  Sebaliknya,  makin  besar  ukuran  diameter butir rata-rata, nilai impak akan makin         tinggi yang menyebabkan sampel memiliki kemampuan penyerapan energi lebih besar.

## Pengujian Metalografi
Untuk  mendukung  hasil  analisa  sifat mekanik  yang  telah  dilakukan  pada  proses metal forming yaitu  pencanaian  dingin  ( cold  rolling ), pengujian  metalografi  juga  dilakukan  untuk mengamati  struktur  mikro  yang  terbentuk  pada sampel.  Hasil  uji  metalografi  disajikan  pada Gambar 6.
(a)                                     (b)                                         (c)
(d)                                   (e) Gambar 6. Hasil Uji Metalografi dengan Perbesaran 100x: (a) Raw ; (b) R3%; (c) R6%; (d) R9%;
(e) R12%
0 100 200 300 0 50 100 150 200 250 K eke ra sa n ( HV ) Diameter Butir Rata-Rata (µm) Korelasi  Antara Diameter Butir dengan Kekerasan 0 5 10 15 20 0 50 100 150 200 250 Ke kua ta n T ar ik ( N /m m 2 ) Diameter Butir Rata-Rata (µm) Korelasi   Antara Diameter Butir dengan UTS  & YS UTS YS Linear (UTS) Linear (YS) 0 0,02 0,04 0,06 0 50 100 150 200 250 N il ai I m pa k ( J/m m 2 ) Diameter Butir Rata - Rata (µm) Korelasi  Antara Diameter Butir dengan Nilai  Impak
300 µm 300 µm 300 µm 300 µm 300 µm
Dari  Gambar  6  dapat  disimpulkan  makin tinggi reduksi, sampel akan mengalami peningkatan  kehalusan  butir  yang  menyebabkan sampel menjadi makin  keras. Hal ini dibuktikan dengan  makin  kecilnya  diameter  butir  sering dengan  penurunan  reduksi.  Hal  ini  disebabkan karena  terjadinya  deformasi  plastis  akibat pencanaian  dingin  yang  menyebabkan  butir menjadi  halus  dan  menghasilkan  batas  butir yang  makin  banyak.  Batas  butir  merupakan tempat  berkumpulnya  dislokasi  akibat  terjadi perbedaan  orientasi  pertumbuhan  butir  baru yang  diinisiasi  oleh  proses  rekristalisasi, sehingga  makin  banyak  batas  butir  yang terbentuk  [13].  Untuk  menentukan  reduksi maksimal  pada  variasi  reduksi  yang  digunakan dalam penelitian ini dapat menggunakan metode statistik sederhana. Nilai reduksi yang maksimal dari  variasi  reduksi  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  yaitu  pada  sampel  R12%  yang memiliki  nilai  kekerasan  sebesar  265,3  VHN, nilai ultimate  tensile  strength sebesar  18,84 N/mm 2 dan yield strength sebesar 16,43 N/mm 2 .

## KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan,  dapat  disimpulkan  bahwa  pengaruh reduksi  berdampak  pada  peningkatan  sifat mekanik  dan  karakteristik  struktur  mikro membaik.  Makin  tinggi  persentase  reduksi menyebabkan  peningkatan  sifat  mekanik  seperti kekerasan dan kekuatan tarik. Reduksi maksimal adalah  12%  dengan  nilai  kekerasan  sebesar 265,3  HV,  nilai ultimate  tensile  strength (UTS) sebesar  18,43  N/mm 2 dan yield  strength (YS) sebesar  16,43  N/mm 2 serta  nilai  impak  sebesar 0,015  J/mm 2 .  Makin  tinggi  persentase  reduksi menyebabkan  penurunan  diameter  butir,  yang disebabkan  oleh  deformasi  yang  terjadi  akibat pencanaian dingin.

## Saran
Penelitian  lanjutan  perlu  dilakukan  untuk mengamati  karakteristik  fraktografi  dengan analisis  pembentukan  fasa  menggunakan  SEM- EDS.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Pusat  Penelitian  Metalurgi  dan  Material  LIPI dalam  mendukung  penelitian  ini  serta  para peneliti  dan  teknisi  pada  kelompok  penelitian Baja Unggul Laterit.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  Herbirowo,  L.  Hakim,  and  B.
Adjiantoro,.
“Microstructure and Mechanical Characteristics of Hot Forged Lateritic Steels,” MATEC Web Conf. , vol.
204, p. 05007, 2018.
[2] S.  Herbirowo,  B.  Adjiantoro,  and  F. Citrawati,  “Karakteristik  Sifat  Mekanik dan  Strukturmikro  Baja  Laterit  Paduan Ni-Cr-Mn  Hasil  Tempa  Panas  dengan Variasi Beban Tempa,” vol. 1,  pp. 35–42, 2018.
[3] Z.  Pan et  al. ,  “Microstructure  and Mechanical  Properties  of  a  Cold-Rolled Ultrafine-Grained Dual-Phase Steel,” Materials  (Basel). ,  vol.  11,  no.  8,  pp.  1– 11, 2018.
[4] M.  Yunan,  F.  Citrawati,  and  M.  Ariati, “The  Effect  of  Ni  on  Mechanical Properties and Austempered
Microstructure  Developments  in  Cold Rolled  Low  Carbon  Fe-Ni  Lateritic Steels,” Mater.  Today  Proc. ,  vol.  13,  pp. 229–234, 2019.
[5] Z.  Yanushkevich,  A.  Belyakov,  R.
Kaibyshev, C. Haase, and D. A. Molodov, “Effect of
Cold Rolling on Recrystallization  and  Tensile  Behavior  of a  High-Mn  Steel,” Mater.  Charact. ,  vol. 112, pp. 180–187, 2016.
[6] T.  Avdjieva,  “Dynamic  Crack  Toughness of  Austempering  Steel,” Charact.  Appl. Nanomater. , vol. 1, pp. 1–5, 2018.
[7] D.  A.  Fadare,  T.  G.  Fadara,  and  O.  Y. Akanbi,  “Effect  of  Heat  Treatment  on
Mechanical Properties and Microstructure of  NST  37-2  Steel,” J.  Miner.  Mater. Charact.  Eng. ,  vol.  10,  no.  3,  pp.  299– 308, 2011.
[8] M.  Odnobokova,  A.  Belyakov,  N. Enikeev,  D.  A.  Molodov,  and  R. Kaibyshev,  “Annealing  Behavior  of  a 304L  Stainless  Steel  Processed  by  Large Strain  Cold  and  Warm  Rolling,” Mater.
Sci.  Eng.  A ,  vol.  689,  no.  February,  pp. 370–383, 2017.
[9] F.  Yang,  H.  Luo,  C.  Hu,  E.  Pu,  and  H. Dong,  “Effects  of  Intercritical  Annealing
Process  on  Microstructures  and  Tensile Properties  of  Cold-Rolled  7Mn  Steel,” Mater. Sci. Eng. A , vol. 685, pp. 115–122, 2017.
[10] D.  B.  Santos et  al. ,  “Effect  of  Annealing on  the  Microstructure  and  Mechanical Properties  of  Cold  Rolled  Fe-24Mn-3Al- 2Si-1Ni-0.06C  TWIP  Steel,” Mater.  Sci. Eng.  A ,  vol.  528,  no.  10–11,  pp.  3545–
3555, 2011.
[11] P.  Kusakin,  A.  Belyakov,  C.  Haase,  R.
Kaibyshev, and D. A. Molodov, “Microstructure Evolution
and Strengthening  Mechanisms  of  Fe-23Mn- 0.3C-1.5Al  TWIP  Steel  During  Cold Rolling,” Mater. Sci. Eng. A , vol. 617, pp.
52–60, 2014.
[12] P.  Nordala,  R.  Othman,  and  A.  B.  Ismail,
“Effect of Rolling Reduction on Microstructure  and  Mechanical  Properties of  Plain  Low  Carbon  Steel,”  vol.  701,  pp.
187–194, 2016.
[13] Z. Larouk and H. Bouhalais, “Recrystallization  Behavior  of  a  Low Carbon  Steel  Wire,” Phys.  Procedia ,  vol. 2, no. 3, pp. 1223–1229, 2009.