Orang lebih mengenal nama stainless dibanding baja anti karat. Padahal 2 nama ini merujuk pada benda yang sama.

Stainless Steel, dalam metalurgi juga dikenal sebagai baja inox. Baja ini merupakan baja paduan dengan jumlah massa kromium minimum 10,5% berdasarkan massa, dan maksimum 1,2% karbon berdasarkan massa.

Stainless steel adalah baja tahan karat paling terkenal karena ketahanannya terhadap korosi, yang meningkat dengan meningkatnya kandungan kromium. Penambahan molibdenum meningkatkan ketahanan korosi dalam asam dan melawan serangan pitting dalam larutan yang mengandung ion klorida.

Ada banyak tingkatan daya tahan karat dari stainless steel dengan berbagai persentase kandungan kromium dan molibdenum, yang disesuaikan dengan lingkungan yang harus ditanggung oleh paduan tersebut.

Ketahanan stainless steel terhadap korosi dan pewarnaan, perawatan yang rendah, dan kilau yang akrab, membuatnya menjadi bahan yang ideal untuk banyak aplikasi di mana kekuatan baja  dan ketahanan korosi diperlukan.

Stainless steel bisa digulung menjadi lembaran, pelat, batang, kawat, dan tabung.

Tujuan pembentukan untuk digunakan dalam peralatan masak, peralatan makan, instrumen bedah, peralatan utama bahan konstruksi di bangunan besar, peralatan industri (misalnya, di pabrik kertas, pabrik kimia, pengolahan air); dan tangki penyimpanan dan tanker untuk bahan kimia dan produk makanan (misalnya, tanker kimia dan tanker jalan).

Ketahanan korosi stainless steel, kemudahan untuk membersihkan dan mensterilkan uap, dan tidak perlu pelapisan permukaan juga mempengaruhi penggunaannya di dapur-dapur komersial dan pabrik pengolahan makanan.

Ketahanan baja anti karat terhadap korosi

Stainless steel lebih tahan terhadap korosi air garam dibanding paduan aluminium-perunggu atau paduan tembaga-nikel. Stainless steel tidak mengalami korosi yang seragam seperti baja karbon, terutama saat terkena lingkungan basah.

Baja karbon yang tidak terlindungi mudah terserang karat jika terkena kombinasi udara dan kelembaban.Lapisan permukaan karat dari oksida besi yang dihasilkan berpori besar dan rapuh.

Karena oksida besi memiliki volume yang lebih besar daripada bentuk baja nya, lapisan karat ini bersifat mengembang, cenderung mengelupas, yang selanjutnya terlepas dan jatuh, sehingga membuka kembali lapisan baja (di bagian dalam), yang mendasari terjadinya serangan oksidasi lanjutan.

Sebagai perbandingan, stainless steel yang mengandung jumlah logam kromium cukup banyak, akan membentuk lapisan pasivasi yang sangat tipis dan kebal, dimana lapisan ini bertindak sebagai perisai dari serangan oksidasi lanjutan.

Saat lapisan oksida kromium tipis tergores, lapisan krom di bawahnya akan segera membuat lapisan oksida baru, yang membuat stainless steel kembali memiliki perisai terhadap serangan oksidasi lanjutan.

Ketahanan baja anti karat terhadap asam

Larutan asam dapat dikategorikan ke dalam dua kategori umum, asam encer seperti asam klorida dan asam sulfat encer, dan asam pekat seperti asam klorida pekat dan asam sulfat pekat.

Peningkatan kandungan kromium dan molibdenum pada stainless steel memberikan peningkatan resistensi terhadap asam encer, sementara peningkatan kadar kromium dan silikon memberikan peningkatan resistensi terhadap asam pekat.

Asam sulfat adalah salah satu bahan kimia industri yang diproduksi dalam tonase besar. Pada suhu kamar Tipe 304 hanya tahan terhadap 3% konsentrasi asam sulfat, sedangkan Tipe 316 tahan terhadap 3% asam sulfat hingga suhu 50 ° C, dan tahan terhadap konsentrasi 20% asam sulfat pekat pada suhu kamar.

Dengan demikian Tipe 304 jarang digunakan dalam kontak dengan asam sulfat. Tipe 904L dan Alloy 20 tahan terhadap asam sulfat pada konsentrasi yang lebih tinggi di atas suhu kamar. Asam klorida dalam segala konsentrasi akan merusak semua jenis stainless steel, dan harus dihindari.

Semua jenis stainless steel kebal terhadap serangan dari asam fosfat dan asam nitrat pada suhu kamar. Pada konsentrasi tinggi dan peningkatan suhu, serangan akan terjadi, oleh karena itu diperlukan baja stainless paduan yang lebih tinggi.

Secara umum, asam organik kurang korosif dibandingkan asam mineral seperti asam klorida dan asam sulfat. Karena berat molekul asam organik yang meningkat akan menurunkan korosifitasnya. Asam format memiliki berat molekul terendah dan merupakan asam kuat. Tipe 304 dapat digunakan untuk asam format meskipun cenderung akan menghitamkan larutan.

Asam asetat mungkin yang paling penting secara komersial dari asam organik, dan Tipe 316 umumnya digunakan untuk menyimpan dan menangani asam asetat.

Ketahanan Terhadap Basa

Baja tahan karat Tipe 304 dan 316 tidak terpengaruh oleh salah satu basa lemah seperti amonium hidroksida, bahkan dalam konsentrasi tinggi dan pada suhu tinggi.

Stainless steel yang terpapar pada basa alkali kuat seperti natrium hidroksida pada konsentrasi tinggi dan suhu tinggi akan mengalami penipisan dan retak lokal. Peningkatan kandungan kromium dan nikel memberikan peningkatan resistensi tarhadap basa kuat seperti soda api.

Semua grade dari stainless steel tahan terhadap kerusakan akibat senyawa organik aldehid dan amina, meskipun dalam kasus terakhir Tipe 316 lebih disukai daripada 304; selulosa asetat akan merusak 304 kecuali suhunya dijaga tetap rendah.

Lemak dan asam lemak hanya memengaruhi Tipe 304 pada suhu di atas 150 ° C (302 ° F), dan Tipe 316 di atas 260 ° C (500 ° F), sedangkan Tipe 317 tidak terpengaruh pada semua suhu. Jenis 316L diperlukan untuk pemrosesan urea.

Ketahanan baja anti karat terhadap Korosi terlokalisasi

Korosi yang terlokalisasi dapat terjadi dalam beberapa cara, mis. korosi lubang, korosi celah dan retak korosi tegangan. Serangan terlokalisasi tersebut paling umum terjadi disebabkan serangan ion klorida.

Peningkatan kandungan kromium, molibdenum dan nitrogen memberikan peningkatan ketahanan terhadap korosi yang terlokalisasi, dan dengan demikian meningkatkan kadar ketahanan terhadap ion klorida membutuhkan baja tahan karat paduan yang lebih tinggi.

Desain dan teknik fabrikasi yang baik dikombinasikan dengan pemilihan paduan yang tepat dapat mencegah korosi tersebut. Korosi yang terlokalisasi mungkin sulit diprediksi karena tergantung pada banyak faktor, termasuk salah satunya konsentrasi ion klorida.

Korosi Galvanik

Korosi galvanik (juga disebut ‘korosi tempelan logam berbeda’) mengacu pada kerusakan korosi yang disebabkan ketika dua bahan berbeda digabungkan dalam cairan elektrolit yang bersifat korosif. Elektrolit yang paling umum adalah air, mulai dari air tawar hingga air laut.

Ketika pasangan galvanik terbentuk (akibat tempelan antar 2 jenis logam), salah satu logam dalam pasangan (yang lebih rektif) menjadi anoda korban, dan mengalami korosi yang lebih cepat dari logam yang kurang reaktif.

Baja tahan karat, karena ketahanannya terhadap korosi relatif baik terhadap kebanyakan logam lain, termasuk baja dan aluminium, menjadi katoda yang mempercepat korosi logam anodik. Contohnya adalah korosi paku keling aluminium pengikat lembaran stainless steel dalam kontak dengan air.

Korosi pada suhu tinggi (penskalaan)

Pada suhu tinggi semua logam yang ada pada stainless steel bereaksi dengan gas panas. Campuran gas suhu tinggi yang paling umum adalah udara, dan oksigen adalah komponen udara yang paling reaktif.

Ketahanan baja karbon terbatas pada suhu 900 ° F (480 ° C) di udara. Kromium dalam stainless steel bereaksi dengan oksigen untuk membentuk skala kromium oksida yang mengurangi difusi oksigen ke dalam material.

Kandungan minimum 10,5% kromium dalam baja stainless steel memberikan ketahanan terhadap suhu 1.300 ° F (700 ° C), sedangkan 26% kromium memberikan ketahanan hingga suhu 2.200 ° F (1.200 ° C).

Tipe 304, grade paling umum dari stainless steel dengan kromium 18% tahan terhadap suhu hingga 1.600 ° F (870 ° C).

Gas-gas lain seperti sulfur dioksida, hidrogen sulfida, karbon monoksida, klor, dll, juga menyerang stainless steel. Resistensi terhadap gas-gas lain tergantung pada jenis gas, suhu dan kandungan paduan dalam stainless steel tersebut.

Listrik dan magnet

Seperti baja, stainless steel adalah konduktor listrik yang relatif buruk, dengan konduktivitas listrik yang jauh lebih rendah daripada tembaga.

Baja tahan karat feritik dan martensit bersifat magnetis. Baja tahan karat austenitik bersifat non-magnetik, namun pengerasan kerja dapat membuat baja stainless austenitik sedikit bersifat magnetis.

 Stainless steel secara umum dibagi dalam 5 kelompok besar, yaitu :

Stainless steel Feritik (Feritic)

Stainless steel jenis ini didasarkan pada konten chromium dengan jumlah karbon yang kecil, biasanya kurang dari 0,10%. Baja ini memiliki struktur mikro yang mirip dengan baja karbon dan baja paduan rendah.

Feritik biasanya terbatas digunakan untuk bagian yang relatif tipis, karena kurangnya ketangguhan dalam pengelasan. Namun, di mana pengelasan tidak diperlukan, stainless jenis feritik menawarkan berbagai aplikasi.

Stainless steel jenis feritik tidak dapat dikeraskan menggunakan perlakuan panas. Baja Chromium tinggi dengan tambahan Molibdenum dapat digunakan dalam kondisi yang cukup agresif seperti air laut.

Baja feritik juga dipilih karena ketahanannya  terhadap retak korosi tegangan. Feritik tidak bisa dibentuk seperti baja tahan karat austenitik. Stainless steel feritik bersifat magnetis.

Baja tahan karat feritik mengandung antara 10,5% dan 27% kromium dengan sangat sedikit atau tanpa nikel. Mikrostruktur ini hadir pada semua suhu karena penambahan kromium. Seperti baja tahan karat austenitik, feritik tidak dapat diperkeras dengan perlakuan panas.

Feritik tidak dapat diperkuat oleh pekerjaan dingin pada tingkat yang sama dengan baja tahan karat austenitik. Feritik bersifat magnetis seperti baja karbon.

Stainless steel Austenitik (Austenitic)

Baja stainless steel ini adalah jenis stainless steel yang paling umum digunakan. Mikrostruktur mereka berasal dari penambahan Nikel, Mangan, dan Nitrogen. Struktur ini membuat baja austenitik memiliki kombinasi karakteristik kemampuan las dan sifat mampu bentuk.

Ketahanan korosi dapat ditingkatkan dengan menambahkan Chromium, Molybdenum dan Nitrogen. Austenitik tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas.

Baja austenitik standar rentan terhadap retak korosi tegangan. Baja austenitik dengan kandungan nikel yang lebih tinggi akan meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi tegangan.

Austenitik secara umum bersifat non-magnetik, tetapi biasanya menunjukkan beberapa respons magnetik, yang tergantung pada komposisi dan pengerasan kerja baja.

Stainless steel jenis austenitik adalah keluarga terbesar dari segala jenis stainless steel, dan merupakan sekitar dua pertiga dari seluruh produksi baja stainless steel.

Stainless steel jenis Austenitik dibagi lagi menjadi dua sub-kelompok, seri 200 dan seri 300.

  • Seri 200 adalah paduan kromium-mangan-nikel, yang memaksimalkan penggunaan mangan dan nitrogen untuk meminimalkan penggunaan nikel. Karena penambahan nitrogen, mereka memiliki kekuatan fisik sekitar 50% lebih tinggi dari stainless steel seri 300. Stainless steel 201 sulit dikerjakan melalui kerja dingin; Tipe 202 adalah stainless steel serba guna.
  • Series 300 adalah paduan kromium-nikel, yang mencapai mikrostruktur austenitic mereka hampir secara eksklusif dengan paduan nikel, beberapa kelas dengan paduan sangat tinggi mencakup peningkatan kandungan nitrogen untuk mengurangi kebutuhan nikel. Seri 300 adalah grup terbesar dan paling banyak digunakan. Grade yang paling dikenal adalah Tipe 304, juga dikenal sebagai 18/8 dan 18/10 untuk komposisi 18% kromium dan masing-masing 8% / 10% nikel. Stainless steel austenitic yang paling umum kedua adalah Tipe 316. Penambahan molibdenum 2% memberikan ketahanan yang lebih besar terhadap asam dan terhadap korosi lokal yang disebabkan oleh ion klorida.

Versi rendah karbon, misalnya 316L atau 304L, digunakan untuk menghindari masalah korosi yang disebabkan oleh pengelasan. “L” berarti bahwa kandungan karbon paduan di bawah 0,03%, yang mencegah sensitisasi (pengendapan kromium karbida pada batas butir) yang disebabkan oleh suhu tinggi saat terjadinya pengelasan.

Martensit

Baja ini mirip dengan baja feritik yang didasarkan pada Chromium, tetapi memiliki tingkat karbon yang lebih tinggi hingga 1%. Ini memungkinkan martensit untuk dikeraskan seperti baja karbon dan baja paduan rendah. Martensit digunakan di mana diperlukan syarat kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap korosi pada skala yang sedang.

Martensit lebih umum ditemukan dalam produk lama daripada dalam bentuk lembaran dan piring. Martensit umumnya memiliki kemampuan las dan formabilitas yang rendah. Martensit pun bersifat magnetis.

Stainless steel jenis martensit menawarkan berbagai sifat dan digunakan sebagai baja rekayasa stainless, baja perkakas stainless, dan baja tahan creep.

Martensit bisa digolongkan ke dalam 4 kategori berikut :

  1. Grade Fe – Cr – C: Mereka adalah kelas pertama yang digunakan dan mereka masih banyak digunakan dalam aplikasi rekayasa dan tahan aus.
  2. Grade Fe-Cr-Ni-C: Pada grade ini, sebagian Karbon digantikan oleh Nikel. Mereka menawarkan ketangguhan yang lebih tinggi dan ketahanan korosi yang lebih tinggi.
  3. Grade EN 1.4542 (a.k.a.17 / 4PH), grade yang paling dikenal, menggabungkan pengerasan martensit dan pengerasan presipitasi. Grade ini mencapai kekuatan tinggi dan ketangguhan yang baik dan digunakan di luar angkasa di antara aplikasi lain.
  4. Grade resisitasi creep: penambahan kecil Nb, V, B, Co meningkatkan kekuatan dan ketahanan creep hingga sekitar 650 ° C.

Stainless steel jenis martensit yang memiliki kandungan karbon tinggi, sebagian besar digunakan untuk alat pemotong: Peralatan Makan, Baja Pisau Cukur, Pisau Blender, dll. Pisau Swiss Army juga terbuat dari baja stainless martensit.

Mengganti sebagian kandungan karbon dalam stainless steel martensit menggunakan nitrogen merupakan perkembangan yang cukup baru dalam industri pembuatan stainless steel jenis martensit.

Kelarutan terbatas nitrogen dalam cairan baja panas telah ditingkatkan oleh proses PESR (Pressure Electroslag Refining), di mana peleburan dilakukan di bawah tekanan nitrogen yang tinggi. Saat ini konten 0,4% N dalam paduan stainless steel jenis martensit telah bisa dicapai, yang membuat tingkat kekerasan / kekuatan serta ketahanan korosi yang lebih tinggi.

Karena PESR mahal, konten N yang lebih rendah tetapi signifikan telah dicapai dengan menggunakan proses AOD standar.

Martensit bersifat magnetis dan tidak tahan korosi seperti baja tahan karat feritik dan austenitik, karena umumnya disebabkan kandungan kromiumnya yang rendah.

Dupleks

Stainless steel jenis ini memiliki struktur mikro yang kira-kira 50% feritik dan 50% austenitik, meskipun dalam paduan komersial rasionya mungkin 40/60. Mereka dicirikan oleh kromium tinggi (19-32%) dan molibdenum (hingga 5%) dan kandungan nikel lebih rendah daripada baja tahan karat austenitik.

Baja tahan karat duplex memiliki kekuatan kira-kira dua kali lipat dibandingkan baja tahan karat austenitik. Mikrostruktur campurannya memberikan peningkatan ketahanan terhadap retak korosi tegangan klorida dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik Tipe 304 dan 316.

Ini memberi baja dupleks kekuatan yang lebih tinggi daripada baja feritik atau austenitik. Baja dupleks tahan terhadap korosi retak tegangan. Baja yang disebut “lean duplex” diformulasikan untuk memiliki ketahanan terhadap korosi yang sebanding dengan baja austenitik standar, tetapi dengan peningkatan kekuatan dan ketahanan terhadap retak korosi akibat stress.

Baja “Superduplex” telah meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap semua bentuk korosi dibandingkan dengan baja austenit standar. Mereka dapat dilas dan memiliki sifat formabilitas sedang. Baja dupleks bersifat magnetis tetapi tidak setinggi tingkat feritik, martensitik dan PH, karena adanya fase austenitik 50% sebagai campurannya.

Precipitation Hardening / Pengerasan presipitasi (PH)

Baja ini dapat mengembangkan kekuatan yang sangat tinggi dengan menambahkan unsur-unsur seperti Tembaga, Niobium dan Aluminium ke baja. Dengan perlakuan panas “penuaan” yang sesuai, partikel yang sangat halus terbentuk dalam matriks baja, yang memberikan kekuatan pada bahan.

Baja ini dapat dikerjakan dengan mesin untuk membuat bentuk yang sangat rumit dan membutuhkan toleransi sangat baik. Baja Pengerasan presipitasi berbeda dengan pengerasan konvensional dan temper pada baja martensit, di mana distorsi lebih merupakan masalah. Ketahanan korosi baja PH sebanding dengan baja austenitik standar.

Proses produksi Stainless Steel

Sebagian besar produksi baja nirkarat dunia diproduksi oleh proses berikut

  • EAF (Electric Arc Furnace) tempat skrap baja stainless, skrap besi dan paduan ferro lainnya (Fe Cr, Fe-Ni, Fe Mo, Fe Si) dilebur. Logam cair kemudian dituang ke sendok dan dipindahkan ke AOD
  • AOD (Argon Oxygen Decarburization) memungkinkan penghilangan karbon dalam baja cair dan penyesuaian komposisi lainnya untuk mencapai komposisi kimia baja yang diinginkan