Pekerja Keras dengan Sentuhan yang Lembut

KARENA ada benda itu, piano dapat menghasilkan musik, pesawat jet menghasilkan dentuman sonik, arloji berdetik, motor berderum, gedung menjulang ke langit, dan jembatan gantung tetap tergantung. Benda apakah itu?

Itu adalah baja. Baja merupakan bagian yang terpenting dari konstruksi berskala besar. Kapal-kapal besar yang terbuat dari baja mengarungi tujuh samudra. Pipa yang terbuat dari baja menyalurkan minyak dan gas hingga ratusan kilometer dari sumur-sumur di tempat yang jauh. Namun, dalam kehidupan kita sehari-hari, masih jauh lebih banyak lagi kegunaan benda ini. Perhatikan, misalnya, ban bersabuk baja pada bis yang Anda naiki dalam perjalanan ke tempat kerja, atau tali baja yang menaikkan dan menurunkan lift di gedung apartemen Anda. Perhatikan juga sendi-sendi pada kaca mata Anda dan sendok baja yang Anda gunakan untuk mengaduk secangkir teh. Ada ribuan kegunaan yang dimiliki logam yang tahan lama sekaligus lembut ini. Bagaimana cara pembuatannya, dan apa yang membuatnya begitu berguna?

Karbon dan Kristal

Baja adalah suatu aloi, atau campuran, dari dua kolaborator yang sangat bertolak belakang—besi dan karbon. Besi murni bersifat lembut, jika dibandingkan dengan kebanyakan logam, sehingga tidak cocok untuk aplikasi keras. Karbon bukan logam. Intan dan jelaga merupakan bentuk-bentuk lain dari unsur ini. Namun, jika sejumlah kecil karbon dicampur dengan besi tuangan, hasilnya adalah bahan yang sangat berbeda dari karbon dan jauh lebih kuat daripada besi.

Kunci pembuatan baja adalah sesuatu yang disebut kristal. Tahukah Anda bahwa besi terdiri dari kristal? * Sebenarnya, semua logam padat terdiri dari kristal, dan komposisi kristal inilah yang membuat logam padat memiliki kegunaan, kilap, dan sifat-sifat lainnya. Namun, kristal besi memiliki kelebihan.

Efek pada Baja

Pada proses pembuatan baja, besi tuangan dicampur dengan unsur-unsur lain. Seraya campuran ini memadat, besi melarutkan bahan-bahan lain, sehingga bahan-bahan itu terserap masuk ke dalam struktur-struktur kristalnya. Logam-logam lain juga melakukan hal yang sama. Lalu, apa keistimewaan besi?

Besi lain dari yang lain karena struktur kristalnya dapat diubah oleh panas meskipun masih padat. Karakteristik ini memungkinkan kristal-kristal besi diubah dari bentuk yang relatif tertutup ke bentuk yang lebih terbuka dan kemudian sebaliknya. Bayangkanlah sebuah rumah yang dibangun dengan baik, yang tembok-temboknya bergerak-gerak ke samping kanan dan kiri serta lantainya ke atas dan ke bawah, sementara Anda duduk di ruang tamu. Hal seperti itulah yang terjadi di dalam kristal-kristal besi sewaktu logam itu dipanaskan dengan temperatur tinggi tanpa dilelehkan dan kemudian didinginkan.

Jika ada karbon sewaktu perubahan ini berlangsung, aloi yang keras dapat menjadi lunak, atau yang lunak menjadi keras. Para pembuat baja memanfaatkan faktor ini dan menyesuaikan keras-lunaknya produk mereka melalui proses pemanasdinginan seperti quenching (pemadaman), tempering (pengokohan), dan annealing (penyepuhlindapan). * Namun, masih banyak lagi yang harus dilakukan.

Sewaktu unsur-unsur lain—seperti mangan, molibdenum, nikel, vanadium, silikon, timbel, krom, boron, tungsten, atau sulfur—dicampurkan, baja tidak  hanya menjadi keras atau lembut tetapi juga kuat, pejal, mudah dibentuk, antikarat, dapat dikerjakan dengan mesin, lentur, magnetis, nonmagnetis—dan masih banyak lagi. Sama seperti seorang pemanggang roti menyesuaikan adonan dan temperatur panggangannya untuk membuat berbagai jenis roti, pembuat logam memvariasikan aloi dan proses pemanasdinginan untuk membuat ribuan macam baja yang keserbagunaannya tak tertandingi. Rel baja dengan aman menanggung kereta barang seberat 12.000 ton, sementara bantalan poros baja yang berukuran sangat kecil menopang roda penyeimbang arloji.

Pembuatan Baja—Dulu dan Sekarang

Berabad-abad yang lalu, para pembuat logam membentuk besi menjadi perkakas dan senjata. Mereka menemukan bahwa besi yang dilelehkan (besi yang dipisahkan dari bebatuan yang mengandung mineral yang disebut bijih besi) memiliki tingkat cemaran (impurity) yang membuat besi kuat dan keras. Mereka juga mendapati bahwa merendam sebuah perkakas besi dalam air dapat membuatnya lebih keras lagi. Dewasa ini, tanur-tanur besar telah menggantikan perapian pandai besi; dan mesin-mesin gilas raksasa telah menggantikan palu serta landasannya. Namun, mesin-mesin modern tetap mengikuti langkah-langkah dasar seperti yang dilakukan oleh seorang penempa yang kekar zaman dahulu. Mereka (1) melelehkan besi, (2) mencampur bahan-bahan aloi, (3) membiarkan baja mendingin, dan (4) membentuk baja dengan memanasdinginkannya.

Perhatikan jumlah bahan pada kotak. Meskipun jumlah ini sangat banyak, sebuah pabrik baja dapat memproses semuanya dalam satu hari. Pabrik baja mencakup daerah yang sangat luas, dan di sana terdapat bukit-bukit bijih besi yang diperlukan untuk membuat baja.

Logam yang Menakjubkan dalam Berbagai Bentuk

Kegunaan baja terlihat di banyak tempat yang tidak kita duga. Anda dapat menemukannya di balik tutup piano besar. Kawat di dalamnya, salah satu baja terkuat, menghasilkan musik yang indah. Baja mangan Hadfield digunakan untuk membuat penghancur batu besar, dan semakin keras baja itu memecahkan batu, semakin kuatlah baja itu. Baja antikarat dibuat menjadi pisau bedah, tong anggur, dan mesin es krim. Seperti jumlah rambut di kepada Anda, kegunaan baja banyak sekali, tak terhitung.

Setiap tahun, hampir 800.000.000 ton baja dihasilkan di seluruh dunia. Tak akan ada baja tanpa besi, dan kebetulan, besi merupakan salah satu unsur yang paling melimpah di bumi. Karena batu bara dan batu kapur juga tersedia dengan limpah, tampaknya baja akan terus tersedia.

Jadi, kali lain Anda menjahit menggunakan jarum logam atau melempar kail dengan alat pancing, atau kali lain Anda menggunakan kunci Inggris atau membuka gembok pintu gerbang, atau kali lain Anda mengendarai mobil atau membajak sawah, pikirkan tentang campuran yang luar biasa dari besi dan karbon yang memungkinkan dilakukannya semua pekerjaan ini.

[Catatan Kaki]

[Kotak di hlm. 23]

Bahan-bahan untuk membuat 10.000 ton baja

6.500 ton batu bara

13.000 ton bijih besi

2.000 ton batu kapur

2.500 ton rongsokan baja

400.000.000 galon air

80.000 ton udara

 [Kotak/Gambar di hlm. 24, 25]

Bagaimana Baja Dibuat

Beberapa perincian dihilangkan demi kesederhanaan gambar

Proses pembuatan baja memerlukan panas. Dengan menggunakan termometer sebagai tanda penunjuk, marilah kita mengikuti prosesnya.

▪ 1400°C. Tanur-tanur besar memanggang batu bara dalam ruang-ruang kedap udara, menguapkan bahan-bahan yang tidak diinginkan tanpa menghancurkan potongan-potongannya. Arang yang dihasilkannya disebut kokas, yang menyuplai panas dan karbon yang dibutuhkan dalam proses selanjutnya.

▪ 1650°C. Kokas, bijih besi, dan batu kapur dinaikkan ke atas tanur dan dituang ke dalam tanur itu, yang berisi udara yang dipanaskan sampai temperatur yang sangat tinggi. Kokas terbakar, dan dalam temperatur yang sangat tinggi ini, bahan yang tidak diinginkan di dalam bijih besi bercampur dengan batu kapur, membentuk produk sampingan yang disebut terak. Kokas dan bahan-bahan lainnya mencair dan mengendap di bagian dasar tanur. Terak, yang mengambang di permukaan besi, dialirkan ke dalam kontainer untuk dibuang. Cairan besi mengalir ke dalam kendaraan-kendaraan botol yang mengangkut muatan mereka yang mendidih ke stasiun berikutnya.

▪ 1650°C. Sembilan puluh ton rongsokan logam yang telah dipilih dengan cermat dimasukkan ke dalam bejana berbentuk buah pir setinggi 9 meter yang di kenal sebagai tanur oksigen basa. Sebuah gayung  besar menuangkan cairan besi panas ke atas rongsokan logam itu, menimbulkan loncatan bunga-bunga api seraya sebuah pipa yang didinginkan air diturunkan ke dalam bejana. Dari pipa itu, dengan suara bergemuruh, keluarlah suatu semburan oksigen murni berkecepatan supersonik, yang segera mendidihkan logam seperti sup di atas kompor yang panas. Terjadilah reaksi-reaksi kimia. Dalam waktu kurang dari sejam, tanur itu telah selesai mengerjakan tugasnya, dan 300 ton baja cair dituang ke dalam gayung-gayung pengangkut. Aloi dicampurkan. Cairan panas ini masuk ke mesin-mesin pencetak. Baja pun mulai dibentuk.

▪ 1200°C. Baja yang merah membara terus-menerus dimampatkan di antara roda-roda penggilas hingga mencapai ketebalan yang diinginkan. Penggemblengan ini membuat logam menjadi keras, sangat keras sehingga sudah tidak bisa lagi dibentuk.

▪ Temperatur ruang. Baja telah dibentuk, dipotong, digiling pada temperatur tinggi, digiling pada temperatur ruang, dan bahkan dimandikan dalam cairan asam. Baja telah dipanaskan lagi berulang-ulang. Akhirnya, temperatur turun untuk seterusnya. Cairan baja telah berubah menjadi tumpukan pelat baja. Sebuah pabrik logam segera membentuknya menjadi pipa untuk sebuah kompleks perkantoran.

Karena sebagian besar peralatan di pabrik baja terbuat dari logam yang sama, mengapa peralatan-peralatan itu tidak ikut meleleh sewaktu melakukan pekerjaannya? Permukaan bagian dalam tanur, kendaraan botol, dan gayung dilapisi dengan bata-bata yang terbuat dari bahan tahan panas. Lapisan ini, yang tebalnya 1 meter, melindungi tanur oksigen basa. Namun, karena terus-menerus menanggung panas yang luar biasa, bata-bata itu tetap harus diganti secara rutin.

[Gambar]

(Untuk keterangan lengkap, lihat publikasinya)

1. PEMBUATAN BESI

1400°C Batu bara → Panggangan kokas

↓

1650°C Bijih besi → TANUR

Batu kapur → SEMBUR

↓

Lelehan besi

2. PEMBUATAN BAJA ↓

1650°C Besi tua

Kapur dan fluks

Oksigen

↓

BASA OKSIGEN TANUR

3.PENDINGINAN ↓

PEMBENTUKAN BERKESINAMBUNGAN

Bongkah besi

Baja setengah jadi (”billet”)

Lempeng

4. PENYELESAIAN ↓

1200°C Penggilasan baja (batangan atau balok)

Galvanisasi (melapisi baja dengan zink)

Penggilasan dingin

Penggilasan panas

Temperatur ruang

[Gambar]

Perhatikan ukuran orang-orang

[Keterangan Gambar di hlm. 23]

All photos on pages 23-5 except watch: Courtesy of Bethlehem Steel