NANO TECHNOLOGY FOR STEEL

Penerapan Nanoteknologi pada Baja

Sumber: Berita Iptek Topik: Kimia   Tags: Nanoteknologi, teknologi nano

Tren dan perhatian dunia terhadap teknologi nano sangat tinggi akhir-akhir ini. Begitu pula di riset dan industri bahan seperti besi dan baja. Riset dan pengembangan teknologi nano untuk material baja yang dilakukan oleh negara Jepang merupakan riset pertama kali di dunia. Riset ini dikenal dengan nama STX-21 yang dilakukan oleh National Institute for Materials Science (NIMS), dan Supermetal Project dikoordinir oleh New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). Untuk STX-21, proyek besar yang telah memasuki tahapan ke dua ini dimulai sejak tahun 1997 dan mempunyai target utama yaitu meningkatkan kekuatan bahan dan umur pakai dua kali lipat. Salah satu keberhasilannya adalah meningkatkan kekuatan baja level 400MPa menjadi 800MPa tanpa menambah unsur campuran logam selain elemen dasarnya. Kelebihan lain dari baja ini selain kekuatannya adalah mudahnya proses daur ulang dari material ini, karena tidak perlu mereduksi/menghilangkan unsur lain dari baja tersebut. Teknologi nano yang diaplikasikan pada material baja ini adalah proses pengecilan butir kristal baja sampai level submikro. Percobaan di laboratorium berhasil memperkecil butir baja sampai 0.2 mikrometer (1/10 pangkat minus 6 meter) dan inilah butir terkecil yang ada di dunia. Tetapi, proses produksi di industri hanya mampu mengecilkan butir sampai 1 mikrometer dan ini merupakan terobosan besar, karena teknologi dan proses yang ada sekarang ini (dikenal dengan Thermomechanical Process (TMCP)) tidak mampu memperkecil butir dibawah 3~5mikrometer. Di bidang baja yang banyak digunakan sebagai material struktur, bangunan dan konstruksi, besar butir kristal mempunyai pengaruh sangat besar untuk sifat mekanika, baik kekuatan dan ketangguhannya. Pada umumnya, ketangguhan dan duktilitas logam akan menurun bila kekuatannya meningkat, tapi hal ini tidak berlaku untuk pengecilan butir kristal. Kekuatan dan ketangguhan akan meningkat bersamaan bila butir diperkecil. 

Proses konvensional TMCP yang banyak diaplikasikan di industri baja mampu memperkecil butir kristal sampai 3 mikrometer tapi besar butir ini adalah ukuran terkecil yang mampu diproduksi oleh proses ini. Prinsip proses pengecilan butir adalah (1) memperbanyak tempat nukleasi, (2) meningkatkan daya dorong (driving force) nukleasi dan (3) menurunkan kecepatan pertumbuhan butir. Penyediaan tempat nukleasi sangat ditentukan oleh besar reduksi dan suhu proses rolling. Semakin besar reduksi dan semakin rendah suhu rolling maka semakin besar kecepatan nukleasi. Tetapi, reduksi dan suhu rolling pada proses TMCP hanya 20% dan 700~800 derajat celcius, dan hal ini yang menyebabkan limit butir kristal yang dihasilkan hanya sampai 3 mikrometer. 

Teknologi nano yang mampu mengecilkan butir sampai 1mikrometer dikenal dengan Proses suhu rendah dan deformasi besar. Proses ini dilakukan pada suhu di bawah 700 derajat dan 50% reduksi setiap pass. Sekarang ini ada 3 tipe dalam proses ini, yaitu (a) pengecilan butir austenit pada suhu rendah (daerah austenit yang metastabil), (b) rekristalisasi ferit dan (c) reversi austenit oleh panas hasil deformasi. Meskipun mekanisme pengecilan butir pada setiap tipe berbeda tapi ketiganya mempunyai kesamaan yaitu reduksi yang sangat besar sehingga membuat defek yang akan menjadi tempat nukleasi, dan juga suhu rendah yang menyebabkan pemulihan defek itu terhambat. 

Pengaplikasian baja hasil teknologi nano ini untuk material struktur dan konstruksi merupakan hal yang terpenting setelah keberhasilan memproduksinya. Ini adalah target pada riset dan pengembangan baja hasil teknologi nano yang dikenal dengan baja ultra (ultra steel). Percobaan untuk mengaplikasikan baja ini dilakukan bekerjasama dengan Japanese Society of Steel Construction (JSSC). Baja yang direncanakan akan digunakan untuk bahan konstruksi dan bangunan memasuki tahap uji coba. Untuk bahan konstruksi, baja ini digunakan sebagai mur (bolt) dan bahan jembatan konstruksi baja serta untuk meningkatkan sisi ekonomis dan ketahanan.