## KARAKTERISTIK SIFAT MEKANIK BAJA LATERIT MELALUI PROSES PENGERJAAN DAN PERLAKUAN PANAS

## CHARACTERISTICS OF MECHANICAL PROPERTIES FOR STEEL LATERITE THROUGH HOT WORKING AND HEAT TREATMENT PROCESS
Bintang Adjiantoro *) , Adil Jamali, Rahardjo Binudi, Muhammad Yunan Hasbi
Pusat Penelitian Metalurgi dan Material - LIPI Gedung 470, Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, 15314 Email: Rade005@lipi.go.id *) Diterima: 23 September 2016 Direvisi: 14 November 2016
Disetujui: 6 Desember 2016

## ABSTRAK
Baja berbasis bijih nikel laterit berpotensi diaplikasikan dalam infrastruktur yang membutuhkan sifat tangguh karena kandungan Ni yang dimiliki yaitu sebesar 2-3%. Dalam studi ini telah dilakukan penelitian mengenai sifat mekanik terhadap lima jenis komposisi as-cast baja laterit hasil proses dekarburisasi Nickel Pig Iron (NPI).  Baja laterit hasil as-cast dengan  lima jenis komposisi terlebih dahulu dilakukan homogenisasi dengan proses anil pada suhu  900  °C.  Spesimen  baja  kemudian  dilakukan  pengerolan  panas hingga menjadi pelat  dengan  ketebalan  6  mm dari tebal awal 40 mm. Proses pengerolan dilakukan pada suhu 980 °C dengan tiga tahap reduksi yaitu 60%, 40% dan  30%.  Setelah  proses  pengerolan  panas  dilakukan,  pelat  didinginkan  di  udara  dan  kemudian  dilakukan  uji kekerasan  dan  uji  tarik.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  mampu  bentuk  baja  laterit  cukup  baik  dengan  tidak ditunjukkannya  keretakan  pada  sampel.  Hasil  uji  kekerasan  dan  uji  tarik  juga  menunjukkan  kecenderungan peningkatan  pada  tiap  sampel  baja  dengan  nilai  optimal  mencapai  238,5  HB  dan  779  N/mm 2 .  Ditinjau  dari pengamatan struktur mikro, paduan Ni memicu penghalusan butir dalam fenomena rekristalisasi.
Kata kunci : baja laterit, pengerolan panas, uji kekerasan, uji tarik, rekristalisasi

## ABSTRACT
Steel laterite potentially meet the national infrastructure demand that requires toughness properties because of  Ni  content  is  about  2-3%.  In  this  study,  there  were  five  types  composition  of  the  as-cast  steel  laterite  from decarburises  Nickel  Pig  Iron  (NPI)  process.  Five  types  of  compositions  as-cast  steel  were  prepared  for homogenizing  process  at  900  °C  and  subsequently  hot  rolled  into  the  size  6,5  mm  thick  from  40  mm.  Hot  rolled process conducted at 980 °C with three stages of reduction. The first stage was 60%, 40% the second and last stage was  30%.  Samples  subsequently  cooled  in  the  air  and  prepared  for  hardness  test  and  tensile  test.  Results  of  hot rolled  process  showed  that  the  formability  of  steel  laterite  quite  well  with  no  crack  during  hot  rolled.  Increased mechanical  properties  of  steel  promoted  by  hot  rolled  process  with  optimum  results  238,5  HB  and  779  N/mm 2 respectively.  Metallography  observation  obtained  show  that  Ni  was  promoted  grain  refining  on  recrystallization phenomena.
Keywords : steel laterite, hot roll, hardness test, tensile test, recrystallization

## PENDAHULUAN
Pengembangan  industri  baja  nasional Indonesia  menghadapi  kendala  dan  tantangan besar  berupa  keterbatasan  bijih  besi  berkadar tinggi.  Salah  satu  dampak  keterbatasan  tersebut
adalah  impor  bahan  baku  yang  dilakukan  PT Krakatau  Steel  untuk  memenuhi  kapasitas produksi.  Keberadaaan  bijih  laterit  dengan cadangan  miliaran  ton  diharapkan  akan  dapat mengatasi  kendala  dan  tantangan  ini  [1]. Kandungan  besi  dalam  bijih  limonit  yaitu
35-45%  dan  kandungan  nikel  antara  0,8-1,5%. Bila diproses menjadi baja, maka akan diperolah baja  dengan  kandungan  nikel  antara  2-3% dimana  nikel  merupakan  pemadu  utama  untuk menghasilkan beberapa keunggulan seperti kekuatan tinggi, ketahanan korosi atau cuaca, dan sifat  mampu  las  yang  baik.  Bahkan  kandungan nikel  dalam  baja  juga  menimbulkan  sifat kriogenik,  yaitu  ketahanan  material  pada  suhu sangat  rendah  [2].  Dengan  keunggulan  tersebut, daya  saing  industri  baja  berbasis  bijih  laterit berpotensi dalam mendukung kamandirian industri  baja  nasional  dan  mampu  bersaing merebut  pasar  ditingkat  global  [3].  Salah  satu solusi untuk mencapai hal tersebut adalah dengan melakukan riset seluas-luasnya mengenai potensi baja  laterit  secara  komprehensif ditengah minimnya informasi tentang baja laterit.
Mekanisme  penguatan  baja  secara  umum bisa  dilakukan  melalui  beberapa  metode  seperti pengurangan ukuran butir, pemaduan, pengerasan regangan  dan  proses  anil  [4,5].  Metode yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini  adalah pengurangan ukuran menggunakan metode pengerolan panas. Untuk memudahkan terjadinya deformasi plastis, dilakukan proses pembentukan logam  dalam  kondisi  panas  yang  disebut  dengan proses pengerjaan panas (hot working) [5,6]. Pengaruh yang ditimbulkan akibat pengerjaan  panas  mengenai  sifat  mekanik  dan struktur mikro akan dibahas lebih lanjut.

## BAHAN DAN METODE
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah  baja  laterit  yang  diperoleh  dari  hasil dekarburisasi  NPI.  Dalam  penelitian  ini  lima jenis  komposisi as-cast baja  laterit  dengan dimensi 350x50x40  mm (p x l x t), dilakukan uji mampu  bentuk  ( formability )  melalui  proses pengerolan  panas  hingga  menjadi  pelat  dengan ukuran  tebal  akhir  (tn)  6mm.  Bentuk  balok  baja laterit ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. As Cast Baja Laterit Bentuk Balok Berukuran 350x50x40 mm.
Sebelum  proses  pengerolan  panas,  sampel baja  dibersihkan  permukaannya  dari  lapisan oksida  dan  slag  melalui  proses scarfing . Kemudian  sampel  dihomogenisasi  menggunakan tungku jenis muffle agar diperoleh struktur mikro yang  homogen  dengan  cara  dipanaskan  pada suhu  900°C  selama  2  jam.  Proses  pengerolan panas  dilakukan  menggunakan  mesin hot  roll jenis two  high pada  suhu  980°C  dengan  tiga tahap reduksi. Reduksi tahap pertama 60%, tahap ke  dua  40%  dan  tahap  ke  tiga  30%.  Setelah proses pengerolan panas berakhir, pelat didinginkan  di  udara.  Diagram  alir  penelitian ditunjukkan pada Gambar 2.
Pengujian mekanik terdiri dari uji tarik dan uji  kekerasan.  Alat  yang  digunakan  untuk melakukan  uji  tarik  yaitu  UPM  1000  dan  uji kekerasan menggunakan Brinell HB-30. Pengamatan  struktur  mikro  dilakukan  dengan menggunakan  mikroskop  optik  merk  Olympus DP  yang  dilengkapi  kamera  CCD71  Olympus BX51M  pada  perbesaran  500x.  Sampel  di  etsa dengan Nital 3% (3% HNO 3 - 97% etil alkohol).

## Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Uji Komposisi Dan Mampu Bentuk
Komposisi  kimia  dari  masing-masing sampel ditunjukkan pada Tabel 1. Dari komposisi tersebut,  unsur  paduan  paling  tinggi  adalah  Ni. Hal  ini  merupakan  keuntungan  yang  diperoleh ketika  mengolah  baja  menggunakan  bijih  nikel laterit  bila  dihadapkan  pada  tingginya  harga logam paduan Ni. Pada proses dekarburisasi NPI, jumlah  volume  oksigen  dan  waktu  hembus oksigen  sangat  berpengaruh  terhadap  komposisi
baja  yang  dihasilkan.  Semakin  banyak  jumlah oksigen yang dihembuskan, persen berat sebagian  besar  unsur  paduan  akan  mengalami penurunan.  Hal  tersebut  disebabkan  karena unsur-unsur  paduan  tersebut  bereaksi  dengan oksigen  membentuk  oksida  logam  (MnO,  SiO 2 , 2Cr 2 O 3 , 2NiO) [7].
Tabel 1. Komposisi Kimia As-Cast Baja Laterit
Komposisi Kimia As-Cast Baja Laterit Kode A B C D E C 0,036 0,1385 0,2209 0,1669 0,1412 Si 0,0004 0,0007 0,1666 0,2299 0,2122 S 0,0612 0,0437 0,0552 0,0498 0,0357 P 0,0710 0,0439 0,0450 0,0545 0,0298 Mn 0,0121 0,0422 0,1157 0,4359 0,4545 Ni 2,6829 2,6060 2,6817 2,6549 2,5583 Cr 0,1665 0,3087 0,9347 0,9012 1,3562 Mo 0,0097 0,0111 0,0098 0,0088 0,0116 V 0,0015 0,0049 0,0138 0,0141 0,0191 Cu 0,0391 0,0438 0,0411 0,0429 0,0534 W 0,000 0,000 0,0000 0,0000 0,0044 Ti 0,0014 0,0020 0,0027 0,0024 0,0037 Sn 0,0043 0,0043 0,0039 0,0039 0,0049 Al 0,0245 0,2899 0,2501 0,3103 0,1366 Pb 0,0019 0,0071 0,0054 0,0055 0,0184 Nb 0,0016 0,0038 0,0035 0,0041 0,0097 Zr 0,0020 0,0050 0,0043 0,0042 0,0089 Zn 0,0076 0,0099 0,0128 0,1616 0,1219 Fe 96,880 96,439 95,438 94,954 94,819
Gambar  3  menunjukkan  penampakan visual  terhadap  pelat  baja  laterit  hasil  proses pengerolan panas.  Secara umum, mampu bentuk logam  adalah  kemampuan  material  menerima deformasi  yang  berada  dibawah  batas  deformasi material  tersebut.  Kondisi  tersebut  ditunjukkan dengan  tidak  terjadinya  kegagalan  pada  material hasil pengerolan, baik retak ataupun patah.
Gambar 3. Pengamatan Visual Permukaan Pelat Baja As-Cast Hasil Proses Pengerolan Panas dengan Tebal Akhir  6,5 mm

## Pengujian Mekanik dan Metalografi
Deformasi  pada  suhu  tinggi  menyebabkan logam  bersifat  lunak  dan  akan  tetap  lunak meskipun  dideformasi  karena  tidak  adanya pengerasan  regangan,  bahkan  terjadi  peristiwa pelunakan  yang  terus  menerus  selama  proses deformasi panas [7,8].
Peningkatan  sifat  mekanik  yang  terjadi pada  spesimen  dipengaruhi  oleh  pembentukan butir  baru  akibat  fenomena  rekristalisasi,  proses termomekanik  dan  proses  pendinginan  setelah deformasi  plastis.  Perbaikan  struktur  mikro  ini terjadi  pada  saat  pemanasan  awal (preheat) sebelum  proses  deformasi  serta  pada  saat dideformasi.  Perlu  diketahui  bahwa  benda  coran memiliki  berbagai  kelemahan  atau  kekurangan. Selama  proses  pembekuan  kemungkinan  besar terjadi  segregasi  baik  secara  mikro  ataupun makro, yaitu tidak  homogennya komposisi  kimia akibat  pembekuan  yang  tidak  merata  [4]. Segregasi  tersebut  akan  berpengaruh  pada  sifat mekanik baja. Peningkatan kekuatan luluh terjadi akibat pengaruh rekristalisasi statik selama proses hot roll . Dari hasil pengujian tarik (Gambar 4 dan Gambar  5)  dan  pengujian  kekerasan  (Gambar  6) menjelaskan  bahwa  tegangan  luluh  berada  pada kondisi  ketika  batas  butir  mengalami  dislokasi hingga  mencapai  kepadatan  kritisnya.  Dari Gambar  4  dapat  disimpulkan  bahwa  hampir keseluruhan  sampel  memiliki  elongasi  yang cenderung  kecil  ditunjukkan  dengan  pendeknya daerah plastis pada grafik.
Gambar 4. Grafik Uji Tarik Sampel Hasil Pengerolan
Dengan  kata  lain,  sampel  memiliki kekerasan  tinggi.  Semakin  padat  butir  semakin keras  material  tersebut  dan  juga  menyebabkan tegangan luluh menjadi meningkat [9].
Gambar 5. Grafik Kekuatan Luluh, Kekuatan Tarik dan Elongasi Spesimen Baja Laterit.
Gambar 6. Grafik Nilai Kekerasan Spesimen Baja Laterit
Selain  pengerjaan  panas,  peningkatan  sifat mekanik  juga dipengaruhi  oleh komposisi  kimia, yaitu  salah  satunya  unsur  Si.  Ketika  Si  larut dalam  besi  maka  akan  memiliki  kecenderungan memperkuat.  Pada  umumnya  Si  hanya  sejumlah kecil  (±  0.20%)  hadir  dalam  baja  dan  digunakan sebagai deoxidizer ,  unsur  Si  akan  meningkatkan kekuatan  ferit  dan  ketika  bersinergi  dengan paduan  lain  (seperti  Ni)  dapat  membantu meningkatkan  ketangguhan   dan   kekerasan [8].
Spesimen  dalam  penelitian  ini  tergolong  dalam baja  karbon  rendah  sehingga  tidak  akan berpengaruh  terhadap  pembentukan  karbida meskipun  terdapat  unsur  paduan  pembentuk karbida  (Cr,  W,  Mo,  Ti). Unsur  paduan  paling dominan  dalam  spesimen  yaitu  unsur  Ni.  Pada baja, unsur Ni bermanfaat meningkatkan ketangguhan  [10].  Dengan  adanya  Ni,  fasa austenit lebih stabil.
Berdasarkan  diagram    keseimbangan  Fe- Ni,  Ni  larut  dalam  Fe  membentuk  sel  satuan  fcc (penstabil  austenit)  dan  menurunkan  suhu eutektoid  [11].  Dari  Gambar  7  dapat  dilihat bahwa  mayoritas  struktur  mikro  yang  dihasilkan setiap  spesimen  menunjukkan  terbentuknya  fasa ferit  dan  perlit  dengan  persebaran  yang  berbeda- beda.  Untuk  spesimen  A  daerah  ferit  dan  perlit dapat  dibedakan  secara  jelas.  Untuk  spesimen  B dan  C  terbentuk  fasa  ferit  (ditunjukkan  bagian terang, Gambar 7) dan spesimen D dan E hampir sama  dengan  spesimen  A,  namun  yang  paling dominan  yaitu  fasa  perlit  yang  ditunjukkan  pada bagian yang gelap.
Judul Gambar 7. B A Pearlit Ferrite 447 487 636 779 736 362 383 547 592 678 38 36 24 26 28 0 500 1000 A B C D E Ko d e Sp es im e n ε (%) σ y (MPa) σ u (MPa) 177,4 199,6 247,6 238,5 251,6 0 100 200 300 A B C D E Ko d e S p e si m e n Kekerasan (HRB)
Gambar 7. (lanjutan) Struktur Mikro Spesimen A, B,C,D dan E  Hasil Proses  Pengerolan Panas.
Pembesaran 500x, Etsa Nital 3%.
Kondisi  yang  berbeda-beda  tersebut  bisa disebabkan oleh perbedaan komposisi kimia pada masing-masing  spesimen  sehingga  berpengaruh terhadap  mekanisme  transformasi  fasa  pada  saat proses  pengerjaan  dan  perlakuan  panas.  Hal tersebut  juga  diperkuat  dengan  perbedaan  sifat mekanik pada tiap-tiap spesimen uji.
Khusus  Ni  selain  meningkatkan  kekuatan ferit  juga  memicu  terjadinya  rekristalisasi  yang
mengakibatkan penghalusan butir setelah dideformasi  panas.  Keuntungan  tersebut  biasa digunakan  dalam  baja  paduan  rendah  untuk meningkatkan  ketangguhan  dan hardenability [8].

## KESIMPULAN
Baja  laterit  memiliki  kandungan  Ni  dari bijih sehingga bisa diaplikasikan sebagai baja Ni (infrasturktur)  tanpa  melakukan  penambahan unsur  Ni.  Proses  pengerolan  panas  yang dilakukan terhadap baja laterit menghasilkan baja dengan  mampu  bentuk  yang  baik  dengan  tidak ditunjukkannya  cacat  setelah  dideformasi.  Sifat mekanik  dipengaruhi  oleh  berbagai  faktor  yaitu pengurangan  ukuran  butir,  pemaduan  larutan padatan,  pengerasan  regangan  dan  proses  anil. Dari  proses  pengerolan  panas  dan  pengaruh komposisi  kimia,  spesimen  baja  menghasilkan nilai  optimum  kekerasan  dan  pengujian  tarik masing-masing  adalah 251,6  HB  dan    779  N/mm 2 . Fasa  yang  terbentuk  dari  masing-masing  sampel yaitu fasa ferit dan perlit.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  ucapkan  terima  kasih  kepada P2MM  –  LIPI,  Bapak  Ir.  Yusuf  dan  mahasiswa PKL  dari  Universitas  Lampung  serta  semua pihak  yang  telah  berkontribusi  dalam  penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Astuti,  W.  et  al., Pembuatan  Nickel  Pig Iron  (NPI)  Dari  Bijih  Nikel  Laterit Indonesia Menggunakan Mini Blast Furnace .  Prosiding  InSINas,  pp.66–71, 2012. [2] Binudi,  R.  &  Adjiantoro,  B., Pengaruh Unsur  Ni,  Cr  dan  Mn  Terhadap  Sifat Mekanik  Baja  Kekuatan  Tinggi  Berbasis Laterit . MAJALAH ILMU DAN TEKNOLOGI, 2013.
[3] Yang, C.-W., Williams, D.B. & Goldstein, J.I., A revision of the Fe-Ni phase diagram at low temperatures (<400 °C) . Journal of Phase Equilibria, 17(6), pp.522–531, 1996.
[4] Chen,  F.  &  Cui,  Z., Mesoscale  simulation of  microstructure  evolution  during  multi- stage  hot  forging  processes .  iopscience, 045008, 2012.
[5] D.M. Stefanescu, ASM METALS

## C
D

## E
HANDBOOK, 1988.
[6] Degarmo,  E.P.,  Kohser,  R.  a &  Klamecki,
B.E., Materials and Process in Manufactoring . Materials  and  Process  in Manufactoring , p.383, 2003.
[7] Ebrahimi,  G.R.  &  Javdani,  M., Effect  of Thermo-Mechanical Parameters on Microstructure and Mechanical Properties of Microalloyed Steels ., pp.454–458, 2010.
[8] Habashi,  F., Handbook  of  Extractive Metallurgy , 1997.
[9] Yusuf  &  Herianto,  E., Pembuatan  Besi Nugget  dari  Pasir  Besi  dan  Bijih  Besi
Laterit:  Tantangan  dan  Kemungkinan
Keberhasilannya .  Majalah Ilmu Dan Teknologi, 2008.
[10] Doherty,  R., Primary  Recrystallization ,
2001.
[11] Lange, K. & McGraw, Handbook of Metal Forming , 1985.
[12] Higgins,  R., Engineering  Metallurgy .
Applied Physical Metallurgy, 1993.
[13] Humphreys, F. & Hatherly, M.,
Recrystallisation  and  Related  Annealing Bacterial  Adhesion .  Molecular  and  eco- Anheftungsniechanismen wurden fur Falle. elsevier , 653, pp.5–6, 2004.
[14] Karbasian,  H.  &  Tekkaya,  A.E., Journal of  Materials  Processing  Technology  A review  on  hot  stamping .  Journal  of Materials  Processing  Tech . ,  210(15), pp.2103–2118, 2010.