Baja
Meski dalam rentang konsentrasi campuran yang rendah besi dan karbon membentuk baja, namun dapat terbentuk berbagai macam struktur metalurgi yang berbeda dengan sifat yang sangat berbeda pula. Memahami sifat-sifat ini sangat penting dalam produksi baja. Pada suhu ruangan, bentuk besi yang paling stabil adalah struktur body-centered cubic (BCC) yang disebut ferrit atau besi-. Besi ini merupakan logam lunak
yang hanya dapat melarutkan karbon dalam konsentrasi kecil, tidak lebih dari 0021 wt% pada 723 °C (1.333 °F), dan hanya 0005% pada 0 °C (32 °F). Pada 910 °C besi murni berubah menjadi struktur face-centered cubic (FCC), yang disebut austenit atau besi-. Struktur FCC austenit dapat melarutkan karbon lebih banyak, sampai 2.1% (karbonnya 38 kali ferrit) pada 1.148 °C (2.098 °F), yang disebut besi tuang (cast iron).
Ketika baja dengan kandungan karbon kurang dari 0.8% dipanaskan, maka fase austenitic (FCC) campuran mencoba berubah menjadi fase ferrit (BCC), menghasilkan karbon yang berlebih. Kandungan karbon didalamnya tidak lagi pas didalam struktur austenit FCC. Salah satu cara untuk kandungan karbon supaya bisa terlepas dari austenit tersebut adalah dengan menggunakan reaksi pengendapan solusi
cairan material tersebut menjadi sementit, sehingga tersisa besi fasa BCC disekitarnya yang disebut ferit yang kandungan karbonnya lebih rendah. Kedua solusi ini, ferit dan sementit, mengendap secara bersamaan dan membuat sebuah struktur berlapis yang disebut pearlit, dinamai begitu karena kesamaanya dengan material ibu segala mutiara. Dalam sebuah komposisi hypereutectoid
(kandungan karbon diatas 0.8%), karbon tersebut akan mengendap terlebih dahulu dengan bentuk sebagai sementit, masuk kedalam bulir pinggiran austenit sampai presentase karbon didalam bulir berkurang hingga mencapai komposisi eutektoid (0.8% karbon), disaat bersamaan struktur pearlit terbentuk. Untuk baja yang memiliki komposisi hypoeutektoid (kandungan karbon dibawah 0.8%), ferit
akan terbentuk didalam bulir-bulir besi hingga komposisi lainnya akan naik hingga mencapai 0.8% bagian karbon, dimana struktur pearlit akan terbentuk pada saat yang bersamaan. Contoh tersebut berasumsi bahwa proses penyiraman terjadi perlahan, memberikan waktu yang cukup untuk migrasi karbon dalam cairan solusi.
Dengan meningkatnya kecepatan penyiraman, karbon akan memiliki waktu yang lebih sedikit untuk membentuk karbit pada pinggiran bulir namun akan menghasilkan pearlit yang semakin halus dan halus dalam jumlah besar di dalam struktur bulir tersebut; itulah alasannya kenapa karbit disebar berjauhan dan berfungsi sebagai pencegah cacat didalam bulir tersebut, menghasilkan
perkerasan struktur baja. Pada pendinginan kecepatan sangat tinggi yang dihasilkan oleh proses penyiraman, kandungan karbon tidak sempat lagi bermigrasi tapi terkunci ditengah-tengah permukaan austenit dan membentuk martensit. Martensit ialah sebuah bentuk karbon dan besi yang disupersaturasi juga sangat tertekan dan terbebani sehingga sangatlah keras namun rapuh dan tidak
elastis. Tergantung dari kandungan karbonnya, fase martensitik sendiri terdiri dari beberapa bentuk. Dibawah 0.2% kandungan karbon, maka akan terbentuk kristal BCC ferit, tapi pada kandungan karbon yang lebih tinggi martenit akan membentuk struktur tetragonal terpusat (BCT). Tidak ada aktifasi energi panas untuk perubahan wujud dari austenit ke martensit. Lebih dari itu, tidak ada perubahan komposisional sehingga atom-atom penyusun biasanya tidak berganti pasangan.
Martensit memiliki kepadatan yang lebih rendah dari austenit karena mengembang ketika terjadi pendinginan, jadi perubahan wujud yang terjadi antara mereka hanyalah perubahan volume. Dalam hal ini, pengembangan terjadi. Beban internal dari penggembungan ini biasanya berwujud kompresi fisik terhadap kristal martensite dan tekanan terhadap ferit sisanya, dan pergeseran yang cukup banyak pada
keduanya.Apabila penyiraman tidak dilaksanakan dengan benar, beban internal dalam baja tersebut akan mengakibatkan pecahnya struktur ketika pendinginan. Paling minimal hal ini akan menyebabkab perkerasan kerja dan ketidaksempurnaan lainnya. Sangat umum terjadinya getas penyiraman untuk terbentuk ketika baja diberi perlakuan penyiraman air, meskipun tidak selalu terlihat mata.
Ada berbagai perlakuan panas yang biasa digunakan pada proses pengolahan baja. Perlakuan panas yang paling sering digunakan adalah, quenching, dan tempering. Annealing adalah perlakuan panas terhadap baja yang dilakukan dengan memanaskan baja hingga temperatur cukup tinggi untuk membuat baja lunak. Proses ini terjadi dalam tiga tahapan, pemulihan, rekristalisasi, dan penumbuhan butir. Temperatur yang dibutuhkan untuk annealing bergantung pada jenis annealing dan kandungan elemen campuran dalam baja.
Quenching dan tempering awalnya melibatkan pemanasan baja hingga fasanya berubah menjadi austenit lalu dilakukan pendinginan menggunakan media pendingin oli atau air. Penurunan temperatur yang tiba-tiba menghasilkan struktur martensit yang keras dan getas. Baja lalu diproses melalui proses tempering yang merupakan salah satu jenis dari annealing. Pada proses ini sebagian dari struktur martensit akan berubah
menjadi sementit, atau untuk mengurangi tegangan internal dan cacat dalam baja, sehingga baja lebih ulet dan lebih tahan terhadap keretakan.
Pengertian proses ereksi pada konstruksi baja secara umum adalah suatu proses yang terdiri dari perakitan komponen baja sehingga menjadi satu kesatuan yang dilaksanakan di lapangan. Proses ereksi terdiri dari proses pengangkatan dan menempatkan komponen baja ke posisi yang diinginkan, kemudian menghubungkan mereka bersama-sama.
Setelah besi melalui proses peleburan dari bijih, besi tersebut akan mengandung karbon yang berlebih. Untuk menjadikannya baja yang normal, perlu dilelehkan dan diproses ulang untuk mengurangi kandungan karbonnya hingga mencapai jumlah yang diinginkan, maka setelah itu elemen-elemen lain dapat ditambahkan. Cairan ini lalu dituang secara terus-menerus membentuk lempeng besi panjang atau
dituang menjadi batangan baja. Sekitar 96% baja dituang secara kontinu dan 4 %nya diproduksi dalam wujud batangan ingot.
Batangan-batangan ingot ini kemudian dipanaskan didalam lubang peluruh dan digulung ketika masih panas menjadi lempengan, billet, atau billet tempa. Lempengan akan digulung panas atau dingin menjadi lembaran logam atau pelat. Billet yang bersuhu dingin atau panas digulung menjadi batangan, tongkat, dan kabel. Tempaan digulung dingin atau panas menjadi baja struktural, seperti I-beam dan besi rel. Dalam
sebuah pabrik baja modern proses-proses ini terjadi di dalam sebuah jalur perakitan, bijih besi masuk dan produk baja keluar. Kadang setelah baja tersebut selesai digulung kemudian diberi perlakuan panas untuk peningkatan kekuatan, tetapi jarang dilaksanakan.
Produksi baja menurut negara tahun 2007 Sudah biasa terdengar sebutan "industri besi dan baja" sebagai suatu kesatuan, tetapi dari perspektif sejarah mereka adalah produk yang berbeda. Industri baja sering digunakan sebagai indikator perkembangan ekonomi, dikarenakan peran baja untuk memenuhi kebutuhan infrastruktur dan perkembangan ekonomi secara menyeluruh.
Tahun 1980, lebih dari 500000 pekerja di industri baja. Pada tahun 2000, pekerja di industri baja menurun hingga 224000.
Perkembangan ekonomi di India dan Tiongkok yang pesat mengakibatkan peningkatan permintaan baja pada tahun belakangan ini. Antara tahun 2000 hingga 2005, permintaan dunia terhadap baja meningkat sekitar 6%. Sejak tahun 2000, beberapa perusahaan baja Tiongkok dan India telah menjadi perusahaan besar di industri ini, seperti Tata Steel, Shanghai Baosteel Corporation dan Grup Shagang. Produsen baja terbesar di dunia adalah ArcelorMittal.
Pada tahun 2005, British Geological Survey menyatakan bahwa Tiongkok adalah produsen baja terbesar di dunia, sekitar sepertiga produksi baja dunia berasal dari Tiongkok, disusul oleh Jepang, Russia dan Amerika Serikat.