Laju korosi stainless steel 304 dalam larutan HNO3 - USD Repository

  

LAJU KOROSI STAINLESS STEEL 304 DALAM LARUTAN

HNO

  3 TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin disusun oleh :

  

HENDRIKUS DWIJAYANTO WIBOWO SUTARJO

NIM : 045214039

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

  

FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

CORROSION RATE OF STAINLESS STEEL 304 IN HNO

  3 SOLUTION

A FINAL PROJECT

  Submit for The Partial Fulfillment of Requirements to Obtain the Sarjana Technic Degree In Mechanical Engineering

  By :

  

HENDRIKUS DWIJAYANTO WIBOWO SUTARJO

Student number : 045214039

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

  

SCIENCE & TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2011

HALAMAN PERSEMBAHAN

  

Tugas Akhir ini aku persembahkan untuk:

Bapa, Bunda Maria, Yesus Kristus,

Universitas Sanata Dharma,

Keluargaku terutama BAPAK, IBU

  

” Aku Sayang Kalian ” yang telah TUHAN

gunakan untuk memberi motivasi padaku

dalam penyelesaian TUGAS AKHIR ini.

THANKS FOR ALL

  

PERNYATAAN

  Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 12 Januari 2011 Penulis

  Hendrikus Dwijayanto W.S

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Hendrikus Dwijayanto Wibowo Sutarjo Nomor Mahasiswa : 045214039 Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

LAJU KOROSI STAINLESS STEEL 304 DALAM LARUTAN HNO

  3 Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

  kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 12 Januari 2011 Yang menyatakan, Hendrikus Dwijayanto Wibowo Sutarjo

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan bimbingan-Nya hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini, dengan judul “Laju Korosi Stainless Steel 304 Dalam Larutan HNO ”. Adapun penyusunan tugas akhir ini

  

3

  merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains & Teknologi Universitas Sanata Dharma. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis meneliti Laju Korosi Stainless Steel 304

  o

  dalam larutan HNO pada suhu 70 C selama 6 jam dilanjutkan pada suhu 29 C

  3 selam 18 jam.

  Pada kesempatan ini penulis mengucapakan terima kasih atas segala bantuan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik, kepada :

  1. Romo Dr. Ir. P. Wiryono P., S.J., Rektor Universitas Sanata Dharma.

  2. Bapak Yosep Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains & Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  4. Bapak Wibowo Kusbandono S.T., MT., dosen Pembimbing Akademik.

  5. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., dosen pembimbing utama penyusunan Tugas Akhir.

  6. Bapak Doddy Purwadianto S.T., M.T., Kepala Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.

  7. Bapak Martono, Laboran Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.

  8. Bapak Kunto, Laboran Laboratorium Farmasi Universitas Sanata Dharma.

  9. Bapak Intan, Laboran Laboratorium Proses Produksi Universitas Sanata Dharma.

  10. Kedua orang tua penulis Bapak M.Sutarjo. dan Ibu Yuliana Yati.

  11. Kakakku, FX Sulistiyanto W.S., s.Si., APT dan Lice Sabata, A., Md.

  12. Teman-teman.

  13. Rekan-rekan seperjuangan TM 03, TM 04, dan TM 05 maupun dari berbagai angkatan yang telah berbagi suka dan duka serta pendorong semangat saya dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  14. Teman-teman dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

  Penulis menyadari masih banyak kekurangan, demi kesempuranan tugas ini penulis dengan kesungguhan hati dan lapang dada menerima kritik dan saran yang bersifat membangun guna lebih sempurnanya tugas akhir ini. Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca pada umumnya. Terima kasih.

  Yogyakarta,12 Januari 2011 Penulis

  Hendrikus Dwijayanto W.S

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i TITLE PAGE .......................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING……………..……………..…….iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv HALAMAN PERSEMBAHAN .............................................................................. v PERNYATAAN HASIL KARYA……………………………………………… vii KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii DAFTAR ISI ........................................................................................................... .x DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii DAFTAR TABEL .................................................................................................. xv

  INTISARI ............................................................................................................ xvi

  BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

  1.1. Latar Belakang Masalah.................................................................................... 1

  1.2. Tujuan Penelitian .............................................................................................. 1

  1.3. Batasan Masalah ............................................................................................... 2

  1.4. Sistematika Penulisan ....................................................................................... 2

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 4

  2.1. Klasifikasi Stainless Steel ................................................................................. 4

  2.2. Baja Tahan Karat ( Stainlees Steel ) ................................................................. 4

  2.2.1 Austenit Stainless Steel ................................................................................ 5

  2.2.2 Ferritic Stainless Steel .................................................................................. 5

  2.2.3 Martensit Stainless Steel .............................................................................. 5

  2.2.4 Duplex Stainless Steel .................................................................................. 5

  2.3 Pengaruh Unsur Paduan Pada Stainless Steel ................................................. 6

  1. Kromium ( Cr ) ....................................................................................... 6

  2.Nikel ( Ni ) ................................................................................................ 6

  3.Mangan ( Mn ) .......................................................................................... 6

  4.Molybdenum ( Mo ) .................................................................................. 6

  5.Karbon ( C ) .............................................................................................. 6

  6. Nitrogen ( N ) ........................................................................................... 7

  2.4. Korosi Pada Logam .......................................................................................... 7

  2.4.1 Korosi Secara Umum ................................................................................... 7

  2.4.2 Jenis-Jenis Korosi Pada Stainless Steel ...................................................... 8

  2.4.2.1. Uniform Corrosion ................................................................................. 9

  2.4.2.2. Pitting Corrosion .................................................................................. 10

  2.4.2.3 Crevice Corrosion ................................................................................ 12

  2.4.2.4 Stress Corrosion Cracking ................................................................... 13

  2.4.2.5 Intergranular Corrosion ........................................................................ 15

  2.4.2.6 Galvanic Corrosion ............................................................................... 16

  2.5. Pengelasan Berperisai Tungsen ( TIG ) ......................................................... 17

  2.6. Las Busur Listrik …………………………………………………………..18

  BAB III METODE PENELITIAN ....................................................................... 21

  3.1. Bagan Alir penelitian ...................................................................................... 21

  3.2. Bahan dan Peralatan ........................................................................................ 22

  3.2.1 Bahan ......................................................................................................... 22

  3.2.2 Peralatan ..................................................................................................... 22

  3.3. Proses Pembuatan HNO pH 0,2 Dan pH 0,5 dan Proses Perendaman ......... 25

  3

  3.4. Analisis Hasil .................................................................................................. 26

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 27

  4.1. Larutan HNO pH 0,5 ..................................................................................... 27

  3

  4.2. Larutan HNO pH 0,2 ..................................................................................... 35

  3

  4.3. Pembahasan ..................................................................................................... 45

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 46

  5.1. Kesimpulan ..................................................................................................... 46

  5.2. Saran ............................................................................................................... 46 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 47 LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pembentukan spontan lapisan oksida ................................................... 8Gambar 2.2 Korosi uniform .................................................................................. 10Gambar 2.3 Ilustrasi pitting corrosion pada SS ..................................................... 12Gambar 2.4 Skema proseskimia pitting corrosion ................................................. 12Gambar 2.5 Ilustrasi crevice corrosion .................................................................. 13Gambar 2.6 Ilustrasi stress cracking corrosion ...................................................... 15Gambar 2.7 Ilustrasi korosi pada butir ................................................................... 16Gambar 2.8 Ilustrasi terjadinya korosi antara dua logam ...................................... 17Gambar 2.9 Alat pengelasan TIG .......................................................................... 18Gambar 2.10 Alat pengelasan busur listrik ............................................................ 20Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ....................................................................... 21Gambar 3.2. Baja Tahan Karat 304 yang dilas ...................................................... 22Gambar 3.3. Larutan HNO pekat 65% ................................................................. 22

  3 Gambar 3.4. Tabung reaksi .................................................................................... 23

Gambar 3.5 pH meter digital.................................................................................. 23Gambar 3.6 Timbangan digital .............................................................................. 24Gambar 3.7 Water bath .......................................................................................... 24Gambar 4.1 Benda uji I mula-mula ........................................................................ 27Gambar 4.2 Keterangan luas benda uji .................................................................. 28Gambar 4.3 Benda uji II mula-mula ...................................................................... 30Gambar 4.4 Gambar benda uji III selama 13 minggu ............................................ 33Gambar 4.5 Gambar benda uji IV selama 12 minggu............................................35Gambar 4.6 Gambar benda uji V selama 12 minggu.............................................38Gambar 4.7 Gambar benda uji VI selama 12 minggu............................................40Gambar 4.8 Grafik laju korosi SS 304 dalam larutan HNO

  3 dengan pH 0,5........43

Gambar 4.9 Grafik laju korosi SS 304 dalam larutan HNO

  3 dengan pH 0,2........43

Gambar 4.10 Grafik laju korosi per bulan pada pH 0,5........................................44Gambar 4.11 Grafik laju korosi per bulan pada pH 0,2........................................44

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data perubahan berat benda uji I pada larutan HNO pH 0,5 ................ 29

  3 Tabel 4.2 Laju korosi benda uji I pada larutan HNO pH 0,5 ............................... 30

  3 Tabel 4.3 Data perubahan berat benda uji II pada larutan HNO pH 0,5 .............. 31

  3 Tabel 4.4 Laju korosi benda uji II pada larutan HNO pH 0,5 .............................. 32

  3 Tabel 4.5 Data perubahan berat benda uji III pada larutan HNO pH 0,5 ............. 34

  3 Tabel4.6 Laju korosi benda uji III pada larutan HNO pH 0,5.............................35

  3 Tabel 4.7 Data perubahan berat benda uji IV pada larutan HNO pH 0,2.............36

  3 Tabel 4.8 Laju korosi benda uji IV pada larutan HNO pH 0,2.............................37

  3 Tabel 4.9 Data perubahan benda uji V pada larutan HNO pH 0,2.......................38

  3 Tabel 4.10 Laju korosi benda uji V pada larutan HNO pH 0,2............................39

  3 Tabel 4.11 Data perubahan berat benda uji VI pada larutan HNO pH 0,2...........41

  3 Tabel 4.12 Laju korosi benda uji VI pada larutan HNO pH 0,2...........................41

  3

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui laju korosi stainless steel 304 dalam larutan HNO . Proses pencelupan dilakukan pada suhu 70 C selama 6 jam

  3

  dilanjutkan dengan suhu 29 C selama 18 jam setiap 7 hari. Hal ini untuk mendekatkan penggunaan stainless steel secara nyata di dalam pemakaian tabung

  99 reaktor SAMOP (Sub Critical Assembly for Mo Prad Action).

  Spesimen yang telah mengalami pengelasan TIG dan busur listrik dibersihkan dari kotoran kemudian diukur, digambar, ditimbang dan dicatat berat awalnya. Selanjutnya spesimen dicelup di dalam larutan HNO pH 0,2 dan 0,5

  3

  pada suhu 70 C selama 6 jam dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam setiap 7 hari selama 3 bulan. Pencatatan berat dilakukan setiap minggu.

  Hasil penelitian menunjukkan adanya penyusutan berat pada semua specimen. Hal ini terlihat jelas pada laju korosi pH 0,5 pada las busur listrik 0,105

  2

  2

  gram/dm /bulan, untuk laju korosi tanpa las adalah 0,026 gram/dm /bulan. Pada

  2

  pH 0,2 pada las busur listrik adalah 0,045 gram/dm /bulan pada pH 0,2 tanpa las

  2

  0,02 gram/dm /bulan. Benda uji yang telah mengalami pengelasan dibanding dengan benda uji yang tidak mengalami pengelasan terjadi perbedaan laju korosi yang signifikan.

  

ABSTRACT

  This research purpose to find out corrosion rate Stainless Steel 304 in sulfuric acid. Immerse process do in 70 C temperature for 6 hours and than in

  29 C temperature for 18 hours every day. This condition aim to get closer to the actual use in the manufacture of tubes of reactor SAMOP (Sub Critical Assembly

  99 for Mo Prad Action).

  Specimen atfer TIG welding and electric arc welding cleaned from crust and than measured, drawing, balanced, and record the first weight. And than specimen innerse to sulfuric acid pH 0,2 and 0,5 in 70 C temperature for 6 hours and than in 29 C temperature for 18 hours every day for 3 month. Weight recording has done every week.

  The survey findings show heavy shrinkage sample, it is well visible on the corrosion pH 0.5 in electric arc welding of 0.105 gram/dm2/month for corrosion

  2

  0.026 gram/dm /month without welding and pH 0.2, arc welding of 0.045

  2

  2

  gram/dm /month, pH 0.2 no Las 0.02 gram/dm /month. Specimen that has been welded have significant differences in corrosion rate compare to specimen that have not weld..

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Berkembangnya jaman dan teknologi mempengaruhi keanekaragaman kebutuhan manusia. Penerapan teknologi di negara- negara industri maju dengan pesat. Hampir semua peralatan dan mesin- mesin industri serta komponen komponennya dirancang sedemikian rupa sehingga dapat diketahui kekuatan maksimum dan umur pakainya. Hal ini membutuhkan waktu penelitian dan ketelitian yang tinggi. Serangkaian proses kimia diperlukan untuk mendapatkan baja dengan sifat mekanik yang diinginkan, misalnya : keuletan, ketangguhan, kekerasan, tahan korosi dan lain-lain. Dalam tugas akhir ini penulis melakukan penelitian pengaruh larutan HNO dengan pH 0,2 dan 0,5 terhadap laju korosi Stainless Steel 304.

3 Stainless steel jenis ini digunakan untuk tabung Reaktor SAMOP (Sub

  ଽଽ

  Critical Assembly for Prad Action). Selanjutnya, parameter suhu, ܯ݋ waktu dan keasaman, semua dibuat menyerupai kondisi operasi reaktor

  SAMOP yang sesungguhnya.

1.2 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui laju korosi Stainless Steel 304 yang telah mengalami pengelasan dalam lingkungan HNO

  3 dengan pH 0,2 dan 0,5 .

1.3 Batasan Masalah

  Judul dari Tugas Akhir yang penulis susun sebenarnya bisa mencakup permasalahan yang luas, maka agar pembahasannya tidak terlalu banyak dan lebih terarah, maka penulis memberikan batasan permasalahan sebagai berikut:

1. Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah stainless steel tipe 304 yang telah mengalami pengelasan.

  2. dengan pH 0,2 dan 0,5 dengan

  3 Proses pembuatan larutan HNO kondisi awal HNO pekat 65 %.

  3 3.

  Benda uji yang akan diteliti dimasukkan ke dalam tabung kimia berisi larutan HNO dengan pH 0,2 dan 0,5. Kemudian tabung ditutup

  3 supaya gas dari larutan tidak mengkorosi lingkungan sekitar.

1.4 Sistematika Penulisan

  Penulisan Tugas Akhir ini akan dibagi dalam beberapa bagian, yaitu : 1.

Bab I membahas mengenai latar belakang penelitian, batasan masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penulisan.

  2. Bab II membahas mengenai tinjauan pustaka yang berisi klasifikasi besi dan baja, sifat-sifat baja, pengaruh unsur spesifik pada baja, struktur mikro besi dan baja, jenis-jenis korosi, pengelasan TIG, dan pengelasan busur listrik yang dilakukan.

3. Bab III membahas mengenai metode penelitian yang berisi skema penelitian, bahan yang digunakan, alat-alat yang digunakan.

  4. Bab IV membahas mengenai hasil penelitian dan pembahasan yang berisi data dan perhitungan laju korosi benda uji.

  5. Bab V membahas mengenai kesimpulan yang diambil dari perhitungan dan data yang ada, serta saran-saran yang diajukan oleh penulis.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1. Klasifikasi Stainless Steel

  Dengan pesatnya perkembangan teknologi, manfaat nuklir yang dahulunya dipakai sebagai senjata perang maka sekarang nuklir banyak dimanfaatkan untuk mencukupi kebutuhan manusia. Pemanfaatan teknologi nuklir memiliki banyak keunggulan oleh adanya sifat radiasi yang mudah dideteksi sampai kadar yang sangat rendah, berdaya tembus besar dan dapat dikendalikan baik arah, luas berkas maupun energi partikelnya. Baja tahan karat (stainless steel) sangat cocok untuk pembuatan tabung-tabung reaksi untuk reaksi-reaksi nuklir. Contoh penggunaan stainless steel adalah tabung

  ଽଽ Reaktor SAMOP (Sub Critical Assembly for Prad Action).

  ܯ݋

  2.2. Baja Tahan Karat ( Stainless Steel )

  Baja tahan karat (stainless steel) adalah paduan antara besi (Fe) dengan kandungan Cr minimal 12 %. Reaksi oksidasi antara oksigen (O

  2 ) dengan

  chrom (Cr) membentuk protektif layer (lapisan pelindung anti korosi). Untuk memperbaiki sifat-sifat stainless steel sesuai dengan aplikasinya maka unsur- unsur lain juga ditambahkan. Unsur-unsur lain yang ditambahkan antara lain Ni (nickel), Mo (molibdenum), Co(copper), Ti (titanium) yang berfungsi untuk meningkatkan ketahanan terhadap temperatur serta korosi.

  Golongan utama baja tahan karat (stainless steel) adalah austenit, ferrit, martensit, duplex.

  2.2.1 Austenit Stainless Steel Komposisi austenit stainless steel antara 18% Cr dan 8% Ni atau biasa disebut sebagai baja tahan karat delapan belas delapan. Baja tahan karat austenit ketahanan karatnya lebih baik, mampu bentuk dan mampu las. Jenis ini sering digunakan pada berbagai industri kimia, untuk bahan konstruksi, perabot dapur, turbin, mesin jet, mobil, komponen berputar, bangunan kapal,reactor atom, dan sebagainya.

  2.2.2 Ferritic Stainless Steel Kadar chrom sekitar 16% sampai 18% dan kadar nickel sekitar 2%.

  Ketahanan korosi kurang begitu baik dan relatif sulit untuk difabrikasi atau dimachining. Sifat yang menguntungkan dari baja tahan karat ferit adalah tanpa kandungan Ni sulit untuk terjadi retakan korosi tegangan.

  2.2.3 Martensit Stainless Steel Komposisi baja tahan karat martensit adalah 12%-13% Cr dan

  0,1%-0,3% C. Kadar Cr antara 12%-13% merupakan batas terendah untuk ketahanan asam. Baja tahan karat martensit mempunyai ketahanan panas yang baik, dengan pengerasan dan penemperan dapat diperoleh sifat-sifat mekanik yang baik. Baja tahan karat jenis ini digunakan untuk alat potong dan perkakas.

  2.2.4 Duplex Stainless Steel Baja tahan karat jenis duplex mempunyai fasa ganda yaitu fasa austenit dan ferit. Umumnya mempunyai komposisi 12% Cr + 5% Ni +

  1,5% Mo + 0,03% C. Memiliki sifat kombinasi antara sifat austenite dan ferit yang saling menutupi. Sebagai contoh, tegangan mulur yang rendah dari sifat austenit diperbaiki dengan adanya sifat ferit. Dan keuletan rendah dari sifat ferit diperbaiki oleh sifat austenit. Ketahanan korosi pada umumnya melebihi baja 18-8, terutama baja yang mempunyai kadar Cr tinggi dan mengandung Mo sangat baik dalam ketahanan korosi lubangnya sehingga baja ini dapat dipakai untuk penukar panas yang menggunakan air laut.

2.3 Pengaruh Unsur Paduan Pada Stainless Steel

  Dalam aplikasi, stainless steel selain dibutuhkan sebagai logam yang tahan terhadap korosi juga dibutuhkan sifat tambahan guna meningkatkan sifat mekaniknya. Peningkatan sifat mekanik ini tergantung pada sejumlah unsur yang terkandung dalam stainless steel. Unsur-unsur tambahan dalam stainless steel antara lain sebagai berikut :

  1. Kromium (Cr) berguna untuk membentuk lapisan pasif untuk melindungi dari korosi.

  2. Nikel (Ni) sebagai penstabil austenit, meningkatkan sifat mekanik, meningkatkan ketahanan korosi pada lingkungan asam mineral.

  3. Mangan (Mn) membantu fungsi Ni.

  4. Molybdenum (Mo) sebagai penstabil lapisan pasif dalam lingkungan yang mengandung banyak ion klorida (Cl - ), seperti lingkungan air laut (NaCl).

  5. Karbon (C) meningkatkan kemampuan dikeraskan (hardenability) dari material Stainless Steel.

  6. Nitrogen (N) membentuk duplex stainlees steel dengan meningkatkan terbentuknya austenit, meningkatkan sifat mekanik Stainless Steel.

2.4 Korosi Pada Logam

2.4.1 Korosi Secara Umum

  Stainless steel (SS) secara mendasar bukanlah logam mulia seperti halnya emas (Au) & platina (Pt) yang hampir tidak mengalami korosi karena pengaruh kondisi lingkungan, sementara SS masih mengalami korosi. Daya tahan korosi SS disebabkan karena adanya lapisan yang tidak terlihat (invisible layer) yang terjadi akibat oksidasi SS dengan oksigen yang akhirnya membentuk lapisan pelindung anti korosi (protective layer).

  Sumber oksigen bisa berasal dari udara maupun air. Material lain yang memiliki sifat sejenis antara lain titanium (Ti) dan juga aluminium (Al).

  Secara umum protective layer terbentuk dari reaksi kromium + oksigen secara spontan membentuk krom-oksida. Jika lapisan oksida S tergores/terkelupas, maka protective layer akan segera terbentuk secara spontan, tentunya jika kondisi lingkungan cukup mengandung oksigen (Gambar 2.1). Walaupun demikian kondisi lingkungan tetap menjadi penyebab kerusakan protective layer tersebut. Pada keadaan dimana

  protective layer tidak dapat lagi terbentuk, maka korosi akan terjadi.

  Banyak media yang dapat menjadi penyebab korosi, seperti halnya udara, cairan/ larutan yang bersifat asam/basa, gas-gas proses (misalnya gas asap hasil buangan ruang bakar atau reaksi kimia lainnya), logam yang berlainan jenis dan saling berhubungan dan sebagainya.

Gambar 2.1 Pembentukan spontan lapisan oksida

2.4.2 Jenis-Jenis Korosi Pada Stainless Steel

  Meskipun alasan utama penggunaan stainless steel adalah ketahanan korosinya, tetapi pemilihan stainless steel yang tepat harus disesuaikan dengan aplikasi yang tepat pula. Pada umumnya, korosi menyebabkan beberapa masalah seperti :

  1. Terbentuknya lubang-lubang kecil/halus pada tangki dan pipa-pipa sehingga menyebabkan kebocoran cairan ataupun gas.

  2. Menurunnya kekuatan material disebabkan penyusutan atau pengurangan ketebalan atau volume material sehingga kekuatan juga menurun, akibatnya dapat terjadi retak, bengkok, patah dan sebagainya.

  3. Penampilan permukaan material menjadi tidak menarik disebabkan kerak karat ataupun lubang-lubang

  4. Terbentuknya karat-karat yang mungkin mengkontaminasi zat atau material lainnya, hal ini sangat dihindari khususnya pada proses produksi makanan. Secara umum korosi pada stainless steel dapat dikategorikan sebagai berikut. :

  1. Uniform Corrosion

  2. Pitting Corrosion

  3. Crevice Corrosion

  4. Stress Corrosion Cracking

  5. Intergranular Corrosion

  6. Galvanic Corrosion

2.4.2.1 Uniform Corrosion

  Uniform corrosion terjadi disebabkan rusaknya sebagian atau seluruh protective layer pada SS sehingga SS secara merata akan berkurang/aus terlihat pada (Gambar 2.2). Korosi ini terjadi umumnya disebabkan oleh cairan atau larutan asam kuat maupun alkali panas. Asam hidroklorit dan asam hidrofluor adalah lingkungan yang perlu dihindari SS apalagi dikombinasikan dengan temperatur serta konsentrasi yang cukup tinggi.

Gambar 2.2 Korosi uniform yang menyebabkan berkurangnya dimensi permukaan benda secara merata. (Sumber: Surdia, T., Saito, S.)

2.4.2.2 Pitting Corrosion

  Korosi berupa lubang-lubang kecil sebesar jarum, dimana dimulai dari korosi lokal (bukan seperti uniform corrosion). Pitting corrosion ini awalnya terlihat kecil dipermukaan SS tetapi semakin membesar pada bagian dalam SS yang tersaji pada (Gambar 2.3). Korosi ini terjadi pada beberapa kondisi pada lingkungan dengan PH rendah, temperatur moderat, serta konsentrasi klorida yang cukup tinggi (misal NaCl atau garam di air laut).

  Pada konsentrasi klorida yang cukup tinggi, awalnya ion-ion klorida merusak protective layer pada permukaan SS terutama permukaan yang cacat.

  Timbulnya cacat ini dapat disebabkan oleh kotoran sulfida, retak-retak kecil akibat penggerindaan, pengelasan, penumpukan kerak, penumpukan larutan padat. Proses kimia yang terjadi saat pitting korosi ini dapat dilihat dalam (Gambar 2.4). Umumnya SS berkadar krom (Cr), molybdenum (Mo) dan nitrogen (N) yang tinggi cenderung lebih tahan terhadap pitting corrosion.

  Pada industri petrokimia korosi ini sangat berbahaya karena menyerang permukaan dan penampakan visualnya sangat kecil, sehingga sulit untuk diatasi dan dicegah terutama pada pipa-pipa bertekanan tinggi. Ketahanan material terhadap pitting korosi jenis ini di formulasikan sbb : PREN = %Cr + (3,3 x %Mo) + (16 x %N)

  Satu hal yang menyebabkan pitting corrosion sangat serius bahwa ketika lubang kecil terbentuk, maka lubang ini akan terus cenderung berkembang (lebih besar dan dalam) meskipun kondisi SS tersebut sangat tertutup atau tidak dapat tersentuh sama sekali. Oleh karena itu dalam mendesain material untuk lingkungan kerja yang besar kemungkinan terjadinya pitting korosi digunakan nilai PREN, sebagai acuan. Contohnya bila dibandingkan antara SS austenitik seperti 304, 316L, dan SS super- austenitik seperti UR 6B. SS 304 memiliki komposisi (dalam %): < 0,015 C,

  18.5 Cr, 12 Ni sedangkan untuk SS 316L memiliki komposisi : < 0,030 C,

  17.5 Cr, 13,5 Ni, 2,6 Mo. SS super-austenitik UR 6B memiliki komposisi : < 0,020 C, 20 Cr, 25 Ni, 4,3 Mo, dan 0,13 N. Dengan komposisi yang berbeda maka nilai PREN untuk masing-masing SS adalah: 304 = 18, 316L = 26, dan UR B6 = 37. Dengan demikian UR B6 memiliki ketahanan akan pitting korosi paling kuat sedangkan 304 memiliki ketahanan pitting korosi yang terlemah.

Gambar 2.3 IIustrasi pitting corrosion pada material SS. (Sumber: Surdia, T., Saito, S.)Gambar 2.4 Skema proses kimia yang terjadi saat pitting corrosion menyerang dan terus merusak logam SS. (Sumber: Surdia, T., Saito, S.)

2.4.2.3 Crevice Corrosion

  Korosi jenis ini sering terjadi di daerah yang kondisi oksidasi terhadap krom (Cr) SS sangat rendah bahkan tidak ada sama sekali (miskin oksigen). Sering pula terjadi akibat desain konstruksi peralatan yang tidak memungkinkan terjadinya oksidasi tersebut misal celah antara gasket/packing, celah yang terbentuk akibat pengelasan yang tidak sempurna, sudut-sudut yang sempit, celah/sudut antara 2 atau lebih lapisan metal, celah antara mur/baut dsb. Peristiwa korosi ini terjadi di daerah yang sangat sempit (celah, sudut, takik dsb) seperti disajikan pada (Gambar 2.5). Crevice Corrosion dapat dipandang sebagai pitting corrosion yang lebih berat/hebat dan terjadi pada temperatur di bawah temperature moderat yang biasa menyebabkan pitting corrosion. Cara untuk menghindari masalah ini, salah satunya dengan membuat desain peralatan lebih 'terbuka' walaupun kenyataannya sangat sulit untuk semua aplikasi.

Gambar 2.5 Ilustrasi crevice corrosion yang menyerang saat 2 material bertemu dan membentuk celah sempit, sehingga terjadi perbedaan kandungan oksigen

  yang menyebabkan korosi. (Sumber: Surdia, T., Saito, S.)

2.4.2.4 Stress Corrosion Cracking

  Dalam kondisi kombinasi antara tegangan (baik tensile, torsion, compressive maupun thermal) dan lingkungan yang korosif maka SS cenderung lebih cepat mengalami korosi. Karat yang mengakibatkan berkurangnya penampang luas efektif permukaan SS menyebabkan tegangan kerja (working Strees) pada SS akan bertambah besar. Korosi ini dapat terjadi pula misalnya pada pin, baut-mur dengan lubangnya/ dudukannya, SS yang memiliki tegangan sisa akibat rolling, bending, welding dan sebagainya. Ilustrasi dari korosi ini dapat dilihat pada (Gambar 2.6). Korosi ini meningkat jika part yang mengalami stress berada di lingkungan dengan kadar klorida tinggi seperti air laut yang temperaturnya cukup tinggi. Sebagai akibatnya aplikasi SS dibatasi untuk menangani cairan panas bertemperatur di atas 50

  0C bahkan dengan kadar klorida yang sangat sedikit sekalipun (beberapa ppm). SS yang cocok korosi ini adalah austenitic SS disebabkan kadar Nikel- nya (Ni) relatife tinggi. Grade 316 secara siknifikan tidak lebih tahan dibanding 304. Duplex SS (misal 2205/UR 45N) lebih tahan dibanding 304 atau 316, bahkan sampai temperature aplikasi 150ºC dan super duplex akan lebih tahan lagi terhadap stress corrosion cracking. Pada beberapa kasus, korosi ini dapat dikurangi dengan cara penembakan permukaan logam dengan butir pasir logam, atau juga meng-annealing setelah SS selesai proses permesinan, sehingga dapat mengurangi tegangan pada permukaan logam.

Gambar 2.6 Ilustrasi stress-cracking-corrosion akibat adanya tegangan sisa dan lingkungan korosif. (Sumber: Surdia, T., Saito, S.)

2.4.2.5 Intergranular Corrosion

  Korosi ini disebabkan ketidaksempurnaan mikrostruktur SS. Ketika austenic SS berada pada temperatur 425-850º C (temperatur sensitasi) atau ketika dipanaskan dan dibiarkan mendingin secara perlahan (seperti halnya sesudah welding atau pendinginan setelah annealing) maka karbon akan menarik krom untuk membentuk partikel kromium karbida (chromium

  carbide ) di daerah batas butir (grain boundary) struktur SS. Formasi

  kromium karbida yang terkonsentrasi pada batas butir akan menghilangkan/mengurangi sifat perlindungan kromium pada daerah tengah butir. Sehingga daerah ini akan dengan mudah terserang oleh korosi (Gambar 2.7). Umumnya SS dengan kadar karbon kurang dari 2 % relative tahan terhadap korosi ini. Ketidaksempurnaan mikrostruktur ini diperbaiki dengan menambahkan unsur yang memiliki daya tarik terhadap karbon lebih besar untuk membentuk karbida, seperti Titanium (missal pada SS 321) dan Niobium (misal pada SS 347). Cara lain adalah dengan menggunakan SS berkadar karbon rendah yang ditandai indeks 'L' -low carbon steel- (misal 316L atau 304L). SS dengan kadar karbon tinggi akan tahan terhadap korosi jenis ini asalkan digunakan pada temperatur tinggi pula (misal 304H, 316H, 321H, 347H).

Gambar 2.7 Ilustrasi korosi pada butir akibat terjadinya sensitasi krom (Cr).

  (Sumber: Surdia, T., Saito, S.)

2.4.2.6 Galvanic Corrosion

  Galvanic corrosion terjadi disebabkan sambungan dissimilar material (2 material yang berbeda terhubung secara elektris/ tersambung misal baut dengan mur, paku keling/rivet dengan bodi tangki, hasil welding dengan material tersebut menjadi semacam sambungan listrik. Mekanisme ini disebakan satu material berfungsi sebagai anoda dan yang lainnya sebagai katoda sehingga terbentuk jembatan elektrokimia tersaji pada (Gambar 2.8). Dengan terjadinya hubungan elektrik tersebut maka logam yang bersifat anoda akan lebih mudah terkorosi. Urutan tersebut ditunjukkan pada seri elektrokimia logam berikut . Logam deret sebelah kiri cenderung menjadi anoda (mudah berkarat) sementara logam sebelah kanan cenderung menjadi katoda. Galvanic corrosion ini tergantung pada :

  1. Perbedaan ke-mulia-an dissimilar material

  2. Rasio luas permukaan dissimilar material, dan konduktifitas

Gambar 2.8 Ilustrasi terjadinya korosi antara dua logam yang berbeda jenis keaktifannya (logam A dan B). (Sumber: Surdia, T., Saito, S.)

2.5 Pengelasan Berperisai Tungsen (TIG)

  Proses ini merupakan suatu metode pengelasan dengan jalan dimana suatu busur api listrik dipertahankan diantara sebuah elektroda tungsen yang bukan mampu habis yang pada hakekatnya berdiri sendiri, dalam suatu atmosfer argon murni, dengan atau tanpa tambahan kecil gas-gas berfaedah lain. Perisai gas mencegah kontaminasi logam las oleh udara. Permukaan paduan alumunium ditutupi oleh lapisan oksida tahan api bertitik lebur tinggi yang harus dihilangkan sebelum suatu las yang memuaskan dapat dibuat. Suatu kawat pengisi dapat juga ditambahkan pada tepi depan genangan cairan untuk membentuk las. Ini merupakan salah satu sifat busur api arus bolak-balik sehingga menghilangkan oksida yang kuat selama proses pengelasan. Proses pengelasan TIG dipakai bila diperlukan las yang rapi, berkualitas tinggi, dan ekonomis untuk ketebalan sampai 6 mm. Untuk ketebalan yang lebih dari 6 mm, biasanya digunakan pengelasan MIG, atau proses pengelasan busur api logam lainnya. Lubang-lubang akar, di dalam sambungan pipa dengan atau tanpa sisipan yang mampu lebur dimasuki dengan menggunakan pengelasan TIG karena penetrasi dapat dikontrol untuk memberikan suatu akhir siraman yang halus.

Gambar 2.9 Alat pengelasan TIG

2.6 Las Busur Listrik

  Las busur listrik adalah salah satu cara menyambung logam dengan jalan menggunakan nyala busur listrik yang diarahkan ke permukaan logam yang akan disambung. Pada bagian yang terkena busur listrik tersebut akan mencair, demikian juga elektroda yang menghasilkan busur listrik akan mencair pada ujungnya dan merambat terus sampai habis. Logam cair dari elektroda dan dari sebagian benda yang akan disambung tercampur dan mengisi celah dari kedua logam yang akan disambung, kemudian membeku dan tersambunglah kedua logam tersebut. Mesin las busur listrik dapat mengalirkan arus listrik cukup besar tetapi dengan tegangan yang aman (kurang dari 45 volt). Busur listrik yang terjadi akan menimbulkan energi panas yang cukup tinggi sehingga akan mudah mencairkan logam yang terkena. Besarnya arus listrik dapat diatur sesuai dengan keperluan dengan memperhatikan ukuran dan type elektrodanya. Pada las busur, sambungan terjadi oleh panas yang ditimbulkan oleh busur listrik yang terjadi antara benda kerja dan elektroda. Elektroda atau logam pengisi dipanaskan sampai mencair dan diendapkan pada sambungan sehingga terjadi sambungan las. Mula-mula terjadi kontak antara elektroda dan benda kerja sehingga terjadi aliran arus, kemudian dengan memisahkan penghantar timbullah busur.

  Energi listrik diubah menjadi energi panas dalam busur dan suhu dapat mencapai 5500 °C. Ada tiga jenis elektroda logam, yaitu elektroda polos, elektroda fluks dan elektroda berlapis tebal. Elektroda polos terbatas penggunaannya, antara lain untuk besi tempa dan baja lunak. Biasanya digunakan polaritas langsung. Mutu pengelasan dapat ditingkatkan dengan memberikan lapisan fluks yang tipis pada kawat las. Fluks membantu melarutkan dan mencegah terbentuknya oksida-oksida yang tidak diinginkan.

  Tetapi kawat las berlapis merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam berbagai pengelasan komersil

Gambar 2.10 Mesin las busur listrik

BAB III METODE PENELITIAN

  3

  (ditimbang)

  Pengambilan Data Berat mula-mula

  pH 0,2 dan 0,5 pada suhu 70 C selama 6 jam dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam. Dilakukan secara periodik selama 3 bulan

  3

  Larutan HNO

  pH 0,2 dan 0,5 Pencelupan Benda Uji ke dalam

  3.1 Bagan Alir penelitian

  Bagan alir penelitian ditunjukkan di dalam Gambar 3.1 :

  Analisis & Perhitungan

  Kesimpulan & Saran

  Berat setelah 7 hari (ditimbang)

  65% pekat Pengambilan Data

  3

  Benda Uji (stainless steel 304) benda uji 1 dan 4 tidak mengalami pengelasan. Benda uji 2,3,5,6 mengalami pengelasan. Larutan HNO

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

  Pembuatan Larutan HNO

  3.2

3 Baha an dan Pera alatan

  3.2.1

1 Bahan

  1. Spesim men / benda u uji Bahan yang digun nakan sebaga ai spesimen n adalah stai inless steel 304, de engan komp posisi : Cr = 18,358% %, Ni = 8,4 408%, C = 0,047% %, Fe = 70,47 7%

  1

  

Ga ambar 3.2. St ainless steel 3 304 yang dila as

2. Larutan n HNO 65% %.

  2

  3 Larutan n HNO 65% % ini dibeli dari laborat torium jurus san farmasi

  3 Univers sitas Sanata Dharma Yo ogyakarta.

Gambar 3.3 3. Larutan HN NO 65%.

  ₃

  3.2.2 2 an Peralata

  P Peralatan yan ng digunakan n dalam pen nelitian ini ad dalah :

  1. Tabung Reaksi, milik Laboratorium Analisis, Jurusan Farmasi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Gambar 3.4 Tabung Reaksi

  2. pH meter Elektrik Digital, milik Laboratorium Analisis, Jurusan Farmasi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Gambar 3.5 pH meter Digital

  3. Timbangan Elektrik Digital, milik Laboratorium Analisis dan Instrumen, Jurusan Farmasi Universitas Sanata Dharma,

  1 Yogyakarta, dengan ketelitian sampai gram. 1000

Gambar 3.6 Timbangan Digital

  4. Water Bath dan Thermometer , milik Laboratorium Analisis, Jurusan Farmasi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Gambar 3.7 Water Bath

  4. pH 0,2 dan 0,5 Dan Proses

  3 Proses Pembuatan Larutan HNO Perendaman

  Proses pembuatan larutan HNO pH 0,2 dan 0,5 dari larutan HNO

  3

  3 pekat 65% dilakukan pencampuran dengan aquades.

  Langkah-langkah dalam proses tersebut : 1.

  Peralatan dan bahan yang disiapkan : a.

  Tabung reaksi

  b. 65%

3 Larutan HNO c.

  Pipet d. pH Meter Elektrik Digital e. Aquades 2.

  = 63 gr/ltr HNO

  3

  3 Dalam keadaan normal kadar 1 normalitas (N) HNO

  murni. Maka untuk memperoleh larutan HNO dengan pH 0,2 dari

  3

  larutan HNO 65 % dengan berat jenis 1,39 diambil 34,23 ml. Ini

  3

  diperoleh dari :

  − , ²

  pH 0,2 = 10 N = 0,631 N

  100

  1 , 631

  63 Maka, × × × = 43,9 ml/ltr

  65 1 ,

  39 Untuk memperoleh larutan HNO pH 0,5 dari larutan HNO 65 %

  

3

  3

  dengan berat jenis 1,39 diambil 22,05 ml. Ini diperoleh dari :

  − , ⁵

  pH 0,5 = 10 N = 0,3162 N

  100

  1 Maka, , 3162 63 = 22,05 ml/ltr × × ×

  65 1 ,

  39 kemudian HNO 65 % dimasukan ke dalam tabung reaksi dan

  3 ditambahkan aquades sedikit demi sedikit sampai volumenya 1 liter.

  Kemudian diukur pHnya dengan menggunakan pH meter.

  3. Spesimen dimasukkan ke dalam masing-masing tabung reaksi yang telah berisi Larutan HNO pH 0,2 dan 0,5.

  3

  4. Tabung reaksi dimasukkan ke dalam water bath yang telah diatur suhunya.

  5. Proses pencelupan dilakukan pada suhu larutan dalam tabung 70 C selama 6 jam dan suhu 29 C selama 18 jam. Hal ini untuk mendekatkan pada penggunaan secara nyata di dalam prakteknya.

  6. Dalam waktu 1 minggu spesimen diambil, dikeringkan dan ditimbang.

  Setelah itu spesimen dicelup ke dalam larutan yang sama dengan volume sama yaitu 1 liter. Karena adanya penguapan maka setiap hari perlu ditambahkan larutan untuk menjaga pH dan kejenuhannya.

5. Analisis Hasil

  Secara garis besar, penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan laju korosi Stainless Steel 304 yang telah mengalami pengelasan TIG & busur listrik dalam larutan HNO pH 0,2 dan 0,5 pada suhu 70 C selama 6 jam

  3 dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam.