Bahan Keluli adalah bahan aloi dengan besi dan karbon sebagai komponen utamanya. Ia adalah salah satu bahan asas yang paling banyak digunakan dan penting dalam industri dan infrastruktur moden. Sifatnya boleh dikawal secara meluas dengan melaraskan kandungan karbon dan menambah unsur mengaloi.

I. Definisi Teras dan Klasifikasi Asas

Keluli pada asasnya adalah bahan berasaskan besi (Fe) dengan karbon (C) sebagai unsur pengaloian utamanya. Variasi halus dalam kandungan karbon memberikan ciri yang sangat berbeza:

1. Keluli Karbon Rendah (C ≤ 0.25%):

   • sifat: Keplastikan, keliatan dan kebolehkimpalan yang sangat baik; mudah dibentuk (cth., mengecap, membongkok); kekuatan yang agak rendah.

   • Aplikasi: Panel badan automotif, rebar pembinaan (cth., Q235), wayar, rivet, kepingan dan bahagian struktur.

2. Keluli Karbon Sederhana (0.25% < C ≤ 0.60%):

   • sifat: Kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi daripada keluli karbon rendah, dengan keplastikan dan keliatan yang dikekalkan. Prestasi boleh dipertingkatkan melalui rawatan haba (cth., pelindapkejutan dan pembajaan).

   • Aplikasi: Komponen jentera (gear, aci, rod penyambung), pengikat berkekuatan tinggi, rel, roda, penempaan.

3. Keluli Karbon Tinggi (C > 0.60%):

   • sifat: Kekerasan tinggi, kekuatan, dan rintangan haus; keplastikan dan keliatan terhad; kebolehkimpalan yang lemah.

   • Aplikasi: Alat pemotong (fail, mata gerudi), spring, wayar berkekuatan tinggi, dadu, gulung.

II. Keluli Aloi: Mengembangkan dan Meningkatkan Prestasi

Menambah unsur pengaloian khusus (cth., kromium (Cr), nikel (Ni), molibdenum (Mo), vanadium (V), mangan (Mn), silikon (Si)) kepada keluli karbon dengan ketara meningkatkan atau memberikan sifat khusus:

• Dipertingkatkan Kekuatan & Ketangguhan: Mo, V, Mn menapis struktur butiran atau membentuk fasa pengukuhan.

• Rintangan Haus yang Dipertingkatkan: Karbon tinggi digabungkan dengan Cr, Mo.

• Rintangan Kakisan yang Lebih Baik: Cr adalah kunci kepada keluli tahan karat (biasanya ≥10.5%); Ni meningkatkan rintangan kakisan dan keliatan.

• Prestasi Suhu Tinggi Unggul: Mo, V, W mengekalkan kekuatan dan rintangan pengoksidaan pada suhu tinggi.

• Kebolehkerasan Dioptimumkan: Cr, Mn, Mo, B mempengaruhi kedalaman pengerasan semasa pelindapkejutan.

III. Domain Utama Keluli Khusus

1. Keluli Tahan Karat: Kandungan Cr kritikal (≥10.5%) membentuk lapisan kromium oksida pasif. Dikelaskan mengikut struktur mikro:

   • Austenit (cth., 304/316: bukan magnetik, rintangan kakisan yang sangat baik).

   • Martensitik (cth., 410/420: boleh dirawat haba untuk kekerasan).

   • Feritik (cth., 430: magnetik).

   • Dupleks (struktur campuran).
     Aplikasi: Kutleri, peranti perubatan, peralatan kimia, pelapisan seni bina.

2. Keluli Alat: Kandungan karbon/aloi yang tinggi untuk kekerasan melampau, rintangan haus, kekerasan panas (mengekalkan kekerasan pada suhu tinggi) dan keliatan seimbang.
   Aplikasi: Alat pemotong, acuan (setem, suntikan), tolok.

3. Keluli Struktur Kekuatan Tinggi: Komposisi yang dioptimumkan dan proses lanjutan (cth., Pemprosesan Terkawal Termo-Mekanikal - TMCP) memberikan kekuatan tinggi (kekuatan hasil ≥550MPa) sambil memastikan kebolehkimpalan dan keliatan.
   Aplikasi: Jambatan, bangunan pencakar langit, jentera berat, kapal, kapal tekanan.

IV. Kelahiran Keluli: Dari Bijih kepada Bahan

Pembuatan keluli adalah proses perindustrian yang kompleks:

1. Pembuatan besi: Bijih besi (oksida besi) dikurangkan dengan kok dalam relau letupan, menghasilkan besi babi cair (karbon tinggi: ~3-4%, ditambah dengan kekotoran seperti Si, Mn, P, S).

2. Pembuatan keluli: Tugas utama: mengurangkan karbon dan menghilangkan kekotoran. Kaedah utama:

   • Relau Oksigen Asas (BOF): Oksigen yang ditiup ke dalam besi cair mengoksida karbon/kotoran; kecekapan tinggi.

   • Relau Arka Elektrik (EAF): Mencairkan keluli sekerap menggunakan elektrik; fleksibel, sesuai untuk kitar semula.

   • Penapisan Sekunder: Penyahgasan selanjutnya, penyingkiran kemasukan, pelarasan komposisi di luar relau untuk ketulenan yang unggul.

3. Casting: Dipejal menjadi jongkong atau terus dibuang ke dalam papak, bilet atau bunga.

4. Membentuk: Bentuk tuangan mengalami penggulungan panas/sejuk (pinggan, kepingan, bahagian, wayar), penempaan, dsb., untuk mencapai dimensi dan sifat akhir.

V. Aplikasi Di Mana-mana: Dunia yang Dibina di Atas Keluli

Keluli meresap setiap aspek kehidupan moden:

• Pembinaan & Infrastruktur: Rangka pencakar langit, rangka kerja jambatan, palang tetulang konkrit (rebar), penyokong terowong, saluran paip (air, gas, minyak).

• Pengangkutan: Badan automotif, casis, bahagian enjin; badan kapal, geladak; gerabak kereta api, trek; gear pendaratan pesawat, komponen enjin (keluli aloi).

• Industri Tenaga: Platform minyak/gas, saluran paip; peralatan loji kuasa (dandang, turbin, kapal tekanan); menara turbin angin, kotak gear; menara penghantaran.

• Pembuatan Jentera: Alat mesin, gear, galas, aci, rod penyambung, pengikat, spring.

• Kehidupan Harian: Rangka perkakas, alat memasak (keluli tahan karat), perkakasan perabot, instrumen/implan perubatan.

• Alat & Acuan: Alat pemotong, tolok, mati.

VI. Kelebihan Prestasi Teras

Penguasaan berterusan keluli berpunca daripada gabungan sifatnya yang unik:

• Kekuatan Tinggi: Menanggung beban besar; membolehkan struktur yang teguh.

• Keplastikan & Keliatan yang Baik: Boleh dibentuk menjadi bentuk yang kompleks; menahan kesan.

• Kebolehkerjaan Cemerlang: Dituang dengan mudah, ditempa, digulung, dikimpal, dimesin.

• Ketahanan & Ketahanan: Dilanjutkan hayat perkhidmatan dengan penggunaan/penyelenggaraan yang betul.

• Gred Pelbagai & Sifat Boleh Laras: Pelarasan komposisi dan proses menghasilkan julat prestasi yang luas.

• Pengeluaran Matang & Skala Ekonomi: Teknologi yang mantap, kos efektif, bekalan yang banyak.

• Kebolehkitar semula: Mudah dipisahkan secara magnetik; 100% boleh dikitar semula tanpa had – bahan yang mampan.

Keluli telah menjadi bahan asas utama yang menyokong masyarakat perindustrian moden kerana prestasi komprehensif yang sangat baik dan kebolehlarasan yang luas. Melalui pengoptimuman komposisi berterusan dan inovasi proses, keluli terus memenuhi keperluan kejuruteraan baharu dan mempunyai kelebihan ketara dalam kemampanan.