Penerapan Nanoteknologi pada Baja

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.
http://www.kamusilmiah.com/kimia/penerapan-nanoteknologi-pada-baja/


Worldwide attention to trends and nano technology is very high lately. Similarly, in research and industrial materials such as iron and steel. Research and development of nano technology for steel materials by the state of Japan is the world's first research. This research is known as STX-21 conducted by the National Institute for Materials Science (NIMS), and Supermetal Project coordinated by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). For STX-21, a major project that has entered the second phase was started since 1997 and has the main target is to increase material strength and life time doubled. One of his success is to increase the level of steel strength 400MPa to 800MPa without adding alloy elements other than basic elements. Another advantage of this steel in addition to its power is simply the process of recycling this material, because it does not need to reduce / eliminate other elements of the steel. Nanotechnology applied to materials, steel is steel grain refinement process until submikro level. Experiments in the laboratory successfully minimize the grain of steel to 0.2 micrometers (one tenth the power of minus six yards) and this is the smallest grain in the world. However, in the production process is only able to shrink the grain industry up to 1 micrometer and this is a huge breakthrough, because the technologies and processes that exist today (known as Thermomechanical Process (TMCP)) are not able to reduce the grain under 3 ~ 5mikrometer. In the field of steel are widely used as structural materials, building and construction, have the effect of crystal grain size is very large for mechanical properties, good strength and toughness. In general, toughness and ductility of metal will decrease as power increases, but this does not apply to the downsizing of the crystal grains. Strength and toughness will be increased simultaneously when the grain is reduced.
TMCP that many conventional processes applied in the steel industry is able to reduce the crystals to 3 micrometers, but this grain size is the smallest size that can be produced by this process. The principle of grain refinement process is (1) reproduce the nucleation, (2) increase the driving force (driving force) nucleation and (3) reducing the grain growth velocity. Provision where nucleation is determined by the large temperature reduction and rolling process. The greater the reduction and the lower the rolling temperature, the greater the speed of nucleation. However, the rolling reduction and temperature on TMCP process only 20% and 700 ~ 800 degrees centigrade, and this causes the resulting crystals limit only up to 3 micrometers.
Nano technology is able to shrink the grain until 1mikrometer process known as low temperature and large deformation. This process is carried out at temperatures below 700 degrees and 50% reduction per pass. Now there are three types in this process, namely (a) austenite grain refinement at low temperature (metastable austenite region), (b) recrystallization of ferrite and (c) reversion of austenite by hot deformation results. Although the mechanism of grain refinement on each type is different but all three have in common is a very great reduction of making the defect which will be the place of nucleation, and also a low temperature that causes the defect recovery was hampered.
The application of nano technology is the result of steel for construction materials and structures are of crucial importance after the success of reproduction. It is targeted at research and development of nano technology that results of steel known as steel ultra (ultra steel). Attempt to apply the steel was carried out in cooperation with the Japanese Society of Steel Construction (JSSC). Steel is intended to be used for construction and building materials into the testing stage. For construction materials, steel is used as a nut (bolt) and construction of steel bridge materials and to improve the economic side and resilience.
http://www.kamusilmiah.com/kimia/penerapan-nanoteknologi-pada-baja/