Laju korosi baja tahan karat 304 yang telah mengalami pengelasan dalam larutan H2SO4 pH 1 - USD Repository

  

LAJU KOROSI BAJA TAHAN KARAT 304 YANG TELAH

MENGALAMI PENGELASAN DALAM LARUTAN H

  2 SO 4 pH 1

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin disusun oleh :

  

Rois Setiyo Utomo

NIM : 005214109

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

  

FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI

  

CORROSION RATE OF STAINLESS STELL 304 AFTER

WELDING IN SULFURIC ACID pH 1

A FINAL PROJECT

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

  By :

  

Rois Setiyo Utomo

Student number : 005214109

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

  

SAINS & TECHNOLOGI FACULTY

  

TUGAS AKHIR

LAJU KOROSI BAJA TAHAN KARAT 304 YANG TELAH

MENGALAMI PENGELASAN DALAM LARUTAN H

  2 SO

  4 pH 1

  Disusun oleh :

  

Rois Setiyo Utomo

  NIM : 005214109 Telah disetujui oleh :

  Pembimbing I Budi Setyahandana, S.T., M.T. Tanggal : Oktober 2007

  

TUGAS AKHIR

LAJU KOROSI BAJA TAHAN KARAT 304 YANG TELAH

MENGALAMI PENGELASAN DALAM LARUTAN H SO pH 1

  2

  4 Dipersiapkan dan ditulis oleh :

Rois Setiyo Utomo

NIM : 005214109

  Telah dipertahankan didepan panitia penguji pada tanggal 02 Oktober 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat.

  Susunan Panitia Penguji Ketua : Ir. Rines, M.T. ......................

  Sekretaris : Budi Sugiharto, S.T., M.T. ...................... Anggota : Budi Setyahandana, S.T., M.T. ......................

  Yogyakarta, 02 Oktober 2007 Fakultas Sains & Teknologi

  Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  Dekan PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu

  Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya 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, Oktober 2007 Penulis

  Rois Setiyo Utomo

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan bimbingan-Nya hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini, dengan judul “Laju Korosi Baja Tahan Karat 304 Dalam Larutan H

  2 SO 4 pH 1 Setelah Mengalami

  Pengelasan”. Adapun penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains & Teknologi Universitas Sanata Dharma. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis akan meneliti Laju Korosi Baja Tahan Karat (Stainless Steel) 304 dalam

  o

  larutan H

2 SO 4 pH 1 pada suhu 70 C selama 6 jam dilanjutkan pada suhu 29 C selam 18 jam setelah mengalami pengelasan.

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

  1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan bimbingan-Nya selama pengerjaan tugas ini.

  2. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains & Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan dan Ketua Program Studi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  4. Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing utama

  6. Seluruh staf dan laboran jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  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 penulis pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Terima kasih.

  Yogyakarta, September 2007 Penulis

  

UCAPAN SPESIAL :

YESUS KRISTUS

BAPAK & IBU

  

ADEK FRIDA IKA

TEKNIK MESIN ’00’

TIM BTM (YURIS WERENFRIDUS BAUR)

TIM VOLCANO (ABAH WIN, PUR, HADI)

KOS BG (KANG BG SEKELUARGA, BANG KIS, ADNAN, HERU)

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL................................................................................................ i HALAMAN JUDUL (INGGRIS)........................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ iii HALAMAN PERYATAAN ................................................................................... v KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi HALAMAN PERSEMBAHAN .......................................................................... viii DAFTAR ISI.......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi DAFTAR TABEL................................................................................................. xii

  INTISARI............................................................................................................. xiii

  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 Besi dan Baja ............................................................................ 4

  2.1.1. Besi.............................................................................................. 4

  2.1.2. Baja ............................................................................................. 5

  2.1.2.1 Baja Berdasarkan Kandungan Karbon ........................................ 5

  2.1.2.2 Sifat-Sifat Baja ............................................................................ 6

  2.1.2.3 Pengaruh Spesifik Unsur Paduan pada Baja ............................... 8

  2.4. Perlakuan Panas ( Heat Treatment ).......................................................... 14

  2.4.1. Quenching atau Hardening........................................................ 14

  2.4.2. Tempering ................................................................................. 15

  2.4.3. Normalising............................................................................... 15

  2.4.4. Annealing .................................................................................. 15

  2.5. Korosi Pada Logam................................................................................... 16

  2.5.1. Korosi Secara Umum ................................................................ 16

  2.5.2. Jenis-Jenis Korosi Pada Stainless Steel .................................... 17

  2.5.2.1 Uniform Corrosion .................................................................... 18

  2.5.2.2 Pitting Corrosion ....................................................................... 19

  2.5.2.3 Crevice Corrosion ..................................................................... 21

  2.5.2.4 Stress Corrosion Cracking......................................................... 22

  2.5.2.5 Intergranular Corrosion............................................................. 24

  2.5.2.6 Galvanic Corrosion ................................................................... 25

  2.6 Pengelasan Berperisai Tungsen (TIG) ...................................... 26

  BAB III METODE PENELITIAN...................................................................... 28

  3.1. Bagan Alir penelitian ................................................................................ 28

  3.2. Bahan dan Peralatan.................................................................................. 29

  3.2.1 Bahan ........................................................................................ 29

  3.2.2 Peralatan.................................................................................... 30

  3.3. Proses Pembuatan H

  2 SO 4 pH 1 Dan Proses Pencelupan .......................... 31

  3.4. Analisis Hasil ............................................................................................ 33

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................. 34

  4.1. Data Percobaan ......................................................................................... 34

  4.2. Analisis Perhitungan ................................................................................. 36

  BAB V PENUTUP............................................................................................. 45

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram struktur mikro baja karbon ................................................. 10Gambar 2.2 Diagram keseimbangan besi karbon ................................................. 13Gambar 2.3 Pembentukan spontan lapisan oksida................................................ 17Gambar 2.4 Korosi uniform ................................................................................. 19Gambar 2.5 Ilustrasi pitting corrosion pada SS .................................................... 21Gambar 2.6 Skema proseskimia pitting corrosion ................................................ 21Gambar 2.7 Ilustrasi crevice corrosion ................................................................. 22Gambar 2.8 Ilustrasi stress cracking corrosion ..................................................... 23Gambar 2.9 Ilustrasi korosi pada butir.................................................................. 25Gambar 2.10 Ilustrasi terjadinya korosi antara dua logam ................................... 26Gambar 2.11 Alat pengelasan TIG........................................................................ 27Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...................................................................... 28Gambar 3.2.1.1 Baja Tahan Karat 304 yang dilas ................................................ 29Gambar 3.2.1.2 Larutan H

  2 SO 4 pekat 96%........................................................... 29

Gambar 3.2.2.1 Tabung reaksi .............................................................................. 30Gambar 3.2.2.2 pH meter elektrik......................................................................... 30Gambar 3.2.2.3 Timbangan digital ....................................................................... 31Gambar 3.2.2.4 Water bath ................................................................................... 31Gambar 4.1.1 Benda uji mula-mula ...................................................................... 34Gambar 4.1.2 Benda uji setelah mengalami pencelupan sealama 2 minggu ........ 34Gambar 4.1.3 Gambar benda uji ........................................................................... 35

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data laju korosi SS 304 setelah mengalami pengelasan ....................... 35Tabel 4.2.1 Laju korosi SS 304 dalam larutan H

  2 SO 4 pH1 ................................. 42

Tabel 4.2.2 Diagram laju korosi............................................................................ 43

  Tabel 4.2.3.Data Penelitian Yuris W.B spesimen 1.............................................. 44

Tabel 4.2.4 Data Penelitian Yuris W.B spesimen 2.............................................. 44

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui laju korosi Baja Tahan Karat (Stainless Steel) 304 dalam larutan H SO pH 1. Proses pencelupan dilakukan

  2

  4

  pada suhu 70 C selama 6 jam dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam setiap harinya. Hal ini untuk mendekatkan pada penggunaan secara nyata di dalam prakteknya

  Spesimen yang telah mengalami pengelasan TIG dibersihkan dari kerak kemudian diukur, digambar, ditimbang dan dicatat berat awalnya. Selanjutnya spesimen dicelup ke dalam larutan H

  

2 SO

4 pH 1 pada suhu 70 C selama 6 jam dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam setiap harinya selama 3 bulan.

  Hasil dari penelitian menunjukkan adanya penyusutan berat spesimen, hal ini terlihat jelas pada minggu pertama sampai minggu ke- III, dengan laju korosi

• 5 -5 -5

  4.1666.10 gram/jam, 2,3809.10 gram/jam dan 1,190.10 gram/jam. Dan tidak terjadi pengurangan berat pada minggu ke-IX sampai minggu ke-XII, sehingga laju korosi 0 gram/jam.

  ABTRACTION

  This examination purpose to discovered corrosion rate Stainless Steel 304 in sulfuric acid pH 1. Immerse process do in 70 C temperature for 6 hours and than in 29 C temperature for 18 hours every day.This point to aplicate use for real condition in the practise.

  Specimen atfer TIG welding cleaned from crust and than measured, drawing, balanced, and record the first weight. And than specimen immerse to sulfuric acid pH1 in 70 C temperature for 6 hours and than in 29 C temperature for 18 hours every day for 3 month.

  The result examination showing decreasing of specimen wight, this point

• 5

  show clearly in first week until third week, with corrosion rate 4,1666.10

• 5 -5

  gr/hours, 2,3809.10 gr/hours and 1,190.10 gr/hours. And there is no wight

  th th decrease in 9 until 12 ,until corrosion rate 0 gr/hours.

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 hingga 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 H

2 SO 4 dengan pH 1 terhadap laju korosi Stainless Steel 304 yang telah mengalami pengelasan.

1.2. Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah :

  1. Mengetahui laju korosi Stainless Steel 304 yang telah mengalami pengelasan dalam lingkungan H SO dengan pH 1 .

  2

  4

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. Proses pembuatan larutan H

  2 SO 4 dengan pH 1 dengan kondisi awal H

  2 SO

  4 pekat 96 %.

  3. Benda kerja yang akan diteliti dimasukkan ke dalam tabung kimia berisi larutan H

2 SO 4 dengan pH 1. Kemudian tabung ditutup 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, dan pengelasan TIG yang dilakukan.

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

  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 Besi dan Baja

  Dengan pesatnya teknologi manfaat nuklir yang dahulunya dipakai sebagai senjata perang maka sekarang nuklir banyak dimanfaatkan untuk mencukupi kebutuhan manusia. Pemanfaatan iptek 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 merupakan bahan yang memiliki banyak keunggulan terutama mengenai ketangguhan, keuletan dan ketahanan terhadap korosi. Karena keunggulan tesebut, dari tahun ke tahun penggunaan baja semakin meningkat.

  Baja Tahan Karat (Stainless Steel) sangat cocok untuk pembuatan tabung- tabung reaksi untuk reaksi-reaksi nuklir. Contoh penggunaan Stainless Steel adalah

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

2.1.1. Besi

  Besi merupakan elemen logam penyusun utama pada baja. Pada suhu 1539ºC, besi cair mulai membeku. Pada pendinginan selanjutnya, larutan padat menunjukkan titik henti pada 1400ºC dan pada suhu ini besi mengalami perubahan susunan kristal. Besi

  910ºC disebut dengan susunan ∂. Besi dengan suhu 910 – 768 ºC disebut besi β. Besi dengan suhu 768ºC sampai suhu kamar disebut besi

  α.

2.1.2. Baja

  Untuk mendapatkan baja, harus dilakukan serangkaian proses peleburan bijih besi yang merupakan hasil tambang yang dilebur dalam dapur tinggi untuk mendapatkan besi mentah (pig iron). Besi mentah hasil dapur tinggi masih mengandung unsur-unsur C, Si, Mn, P dan S dengan jumlah yang cukup besar.

  Kandungan-kandungan unsur tersebut perlu dikurangi agar diperoleh baja yang sesuai dengan keinginan. Proses pembuatan baja dapat diartikan sebagai proses yang bertujuan untuk mengurangi kadar C, Si, Mn, P, dan S dari besi mentah lewat proses oksidasi peleburan.

2.1.2.1 Baja Berdasarkan Kandungan Karbon

  Berdasarkan kadar karbon baja dibagi menjadi 3 yaitu:

  a. Baja karbon rendah (<0,3%) Semakin sedikit unsur karbon yang ada maka semakin mendekati sifat besi murni. Baja karbon rendah ditinjau dari kekuatannya memiliki sifat sedang, liat, serta tangguh. Baja ini mudah di mesin dan mampu las.

  b. Baja karbon sedang (0,3% - 0,6%) Baja ini lebih keras dari baja karbon rendah, dan sifatnya juga lebih kuat dan tangguh tetapi kurang liat. Sifat baja karbon sedang dapat diubah c. Baja karbon tinggi (0,6% - 1,4%) Memiliki sifat lebih keras tapi kurang liat dan tangguh. Maka, untuk mempertinggi ketahanan terhadap aus dengan cara heat treatment dan untuk mengurangi sifat getasnya di temper. Baja jenis ini dipergunakan untuk pembuatan pegas, alat-alat pertanian dan lain-lain.

  AISI (American Iron and Steel Institute) dan SAE (Societi of Automotive

  Engineers ) memberi kode untukbaja karbon biasa dengan seri 10xx. Dua angka terakhir menunjukan kandungan karbon (C) dalam baja tersebut.

  Sebagai contoh : seri 1050 berarti baja karbon dengan kandungan C sebesar 0,50 % berat. Seri 1080 berarti baja karbon dengan kandungan karbon sebesar 0,80 % berat.

2.1.2.2 Sifat-Sifat Baja

  1. Malleability / dapat ditempa Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat dengan mudah dibentuk, baik dalam keadaan dingin maupun panas tanpa terjadi retak (misal menggunakan hammer atau dirol). Ductility / ulet 2.

  Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat dibentuk dengan tarikan tanpa menunjukkan gejala putus.

  3. Toughness / ketangguhan Adalah kemampuan suatu logam untuk dibengkokkan beberapa kali tanpa mengalami retak.

  Hardness / kekerasan 4.

  Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat menahan penetrasi logam lain

  5. Strength / kekuatan Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat menahan gaya yang bekerja atau kemampuan untuk menahan deformasi

  Weldability / mampu las 6.

  Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat mudah dilas, baik menggunakan las listrik, karbit, atau gas.

  Corrosion resistance / tahan korosi 7.

  Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat menahan korosi atau karat akibat kelembaban udara, zat-zat kimia, dan lain-lain.

  8. Machinability / mampu mesin Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat dikerjakan dengan mesin (misal mesin bubut, frais, dan lain-lain).

  9. Elasticity / kelenturan Adalah kemampuan suatu logam untuk kembali ke bentuk semula tanpa mengalami deformasi plastis yang permanen.

  10. Britlleness / kerapuhan Adalah sifat logam yang mudah retak dan pecah. Sifat ini berhubungan dengan kekerasan dan merupakan kebalikan dari ductility.

2.1.2.3 Pengaruh Spesifik Unsur Paduan pada Baja

  Unsur paduan Sulfur ( S ) dan Phospor ( P ) a.

  Semua baja mengandung unsur S dan P. Unsur-unsur S dan P ini sebagian berasal dari kotoran terbawah biji besi sebelum diolah dalam dapur tinggi.

  Kadar S dan P harus dibuat sekecil mungkin karena unsur S dan P akan menurunkan kualitas dari baja. Kadar S dalam jumlah banyak menjadikan baja rapuh pada suhu tinggi (panas) sedangkan unsur P menjadikan baja rapuh pada suhu rendah (dingin). Kadang-kadang unsur P perlu ditambahkan pada baja agar mudah dikerjakan dengan mesin perkakas dan agar mendapatkan ukuran tatal lebih kecil ketika dikerjakan dengan mesin otomatis.

  Unsur paduan Mangan ( Mn ) b.

  Semua baja mengandung mangan , karena mangan sangat diperlukan dalam pembuatan baja. Kadar mangan lebih kecil dari 0,6 % tidak dianggap sebagai unsur paduan karena tidak mempengaruhi sifat baja secara menyolok. Unsur mangan dalam proses pembuatan baja berfungsi sebagai deoksider (pengikat O

  2

  ) sehingga proses peleburan dapat berlangsung secara baik. Kadar mangan rendah dapat juga menurunkan kecepatan pendinginan kritis. c. Unsur paduan Nikel ( Ni ) Unsur nikel memberi pengaruh yang sama, yaitu menurunkan suhu kritis dan kecepatan pendinginan kritis. Apabila kadar Ni cukup banyak maka akan menjadikan baja austenit pada suhu kamar. Ni membuat struktur butiran halus sehingga menaikan keuletan baja.

  d. Unsur pada Silikon ( Si ) Unsur silikon selalu terdapat dalam baja. Unsur silikon menurunkan laju perkembangan gas sehingga mengurangi sifat berpori baja. Silikon akan menaikkan tegangan tarik baja dan menurunkan pendinginan kritis.Unsur silikon harus selalu ada dalam baja walaupun dalam jumlah yang sangat kecil hal ini dikarenakan akan memberikan sifat mampu las dan mampu tempa pada baja.

  e. Unsur paduan Cromium (Cr) Unsur cromium dapat memindahkan titik eutektik ke kiri. Cromium dan korbon akan membentuk carbida yang akan menaikan kekerasan baja. Cromium akan menaikan kemampuan potong dan daya tahan alat perkakas, tetapi menurunkan keuletan. Cromium akan menurunkan kecepatan pendinginan kritis dan menaikan suhu kritis baja. Unsur paduan Cobalt (Co) f.

  Pada umumnya unsur cobalt digunakan bersama-sama unsur paduan lainya. Cobalt menaikan daya tahan aus dan menghalangi pertumbuhan butiran. g. Unsur paduan Tungstem (W), Molibden (Mo), Vanadium (V) Seperti Cr, unsur - unsur ini akan membentuk carbida dalam baja yang akan menaikan kekerasan, kemampuan potong dan daya tahan aus baja. Unsur-unsur ini juga memberikan daya tahan panas pada alat perkakas yang bekerja dengan kecepatan tinggi. Unsur-unsur ini tidak begitu mempengaruhi kecepatan pendinginan baja tetapi menaikan titik eutektik baja. Unsur paduan ini terutama digunakan pada pahat baja HSS (High Speed Steel).

  h. Karbon (C) Karbon merupakan unsur utama pada baja. Dengan Fe maka akan membentuk Fe 3 C (sementit). Peningkatan kadar karbon akan menambah kekerasan baja. Di atas 0,83 % C, kekuatan baja akan turun, meskipun kekerasan baja bertambah.

Gambar 2.1 Diagram struktur mikro baja karbon

  

( Sumber : Tata Surdia, Shinroku Saito, Pengetahuan Bahan Teknik hal 71 )

  Perubahan-perubahan yang diakibatkan perbedaan kadar karbon tersaji pada

gambar 2.1. Dengan naiknya kadar karbon (%C), maka bertambah besar pula noda flek hitam (flek perlit), akibat dari itu berkurang pula flek putih (ferrit = besi murni). Pada saat kadar karbon mencapai 0,85% maka besi dalam keadaan jenuh terhadap karbon. Struktur seperti itu disebut perlit lamellar, yaitu campuran yang sangat halus dan berbentuk batang-batang kristal. Campuran kristal tersebut terdiri dari ferrit dan sementit. Apabila kadar karbon nilainya bertambah besar, maka sementit akan berkurang dan flek-flek perlit akan bertambah.

2.2. Struktur Mikro

2.2.1. Diagram Fasa Besi Karbida

  Pada paduan besi karbon terdapat fasa karbida yang disebut sementit dan juga grafit. Grafit lebih stabil daripada sementit. Titik-titik penting yang tersaji pada gambar diagram 2.2 adalah :

  A : Titik cair besi B : Titik pada cairan yang ada hubungannya dengan reaksi peritektik.

  

H : Larutan pada δ yang ada hubungannya dengan reaksi peritektik.

  Kelarutan maksimum adalah 0,10%.

  J : Titik peritektik. Selama pendinginan austenit pada komposisi J, fasa γ

  terbentuk dari larutan padat δ pada komposisi H dan cairan pada komposisi B.

  N : Titik transformasi dari besi δ dan ke besi γ, titik transformasi A 4 dari besi murni.

  

C : Titik eutektik, selama pendinginan fasa γ dengan komposisi E dan sementit

  pada komposisi F (6,67% C) terbentuk dari cairan pada komposisi C. Fasa eutektik ini disebut ledeburit.

  

E : Titik yang menyatakan fasa γ, ada hubungan dengan reaksi eutektik. Kelarutan

  maksimum dari karbon 2,14%. Paduan besi karbon sampai komposisi ini disebut baja.

  G : Titik transformasi besi

  γ dari dan ke besi α. Titik transformasi A

  3 untuk besi.

  P : Titik yang menyatakan ferit, fasa α, ada hubungan dengan reaksi eutectoid.

  Kelarutan maksimum dari karbon kira-kira 0,02%.

  

S : Titik eutectoid. Selama pendinginan, ferit pada komposisi P dan sementit

  pada komposisi K (sama dengan F) terbentuk simultan dari austenit pada komposisi S. Reaksi eutectoid ini dinamakan rekasi A

  1 dan fasa eutectoid ini disebut perlit.

  

GS : Garis yang menyatakan hubungan antara temperatur dengan komposisi,

  dimana mulai terbentuk ferit dari austenit. Garis ini dinamakan garis a 3 .

  

ES : Garis yang menyatakan hubungan antara temperatur dengan komposisi, di

mana mulai terbentuk sementit dari austenit. Garis ini dinamakan garis A cm .

  A 2 : Titik transformasi magnetic untuk besi atau ferit. A : Titik transformasi magnetic untuk sementit.

Gambar 2.2 Diagram keseimbangan besi karbon ( Sumber : Tata Surdia, Shinroku Saito, Pengetahuan Bahan Teknik 1987,Hal. 70).

  Baja yang berkadar karbon sama dengan komposisi eutectoid dinamakan baja eutectoid. Yang berkadar karbon kurang dari komposisi eutectoid dinamakan baja hypoeutectoid. Sedangkan yang berkadar karbon lebih dari komposisi eutectoid dinamakan baja hypereutectoid.

  2.3. Pengujian Bahan

  Pengujian bahan dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat bahan, seperti : Sifat mekanis dan fisis 1.

  2. Sifat kimia. Pengujian mekanis dapat dibedakan menjadi dua yaitu :

  1. Pengujian yang bersifat tidak merusak (non destruktif) dan Pengujian yang bersifat merusak benda uji (destruktif) seperti uji 2. tarik, uji impak, uji kelelahan, dan uji kekerasan.

  2.4. Perlakuan Panas ( Heat Treatment )

  Perlakuan panas pada baja dimaksudkan untuk memberikan sifat-sifat yang lebih baik dengan proses baja dipanaskan sampai suhu tertentu dalam waktu tertentu, serta proses pendinginannya dengan cara tertentu pula. Pemanasan baja menggunakan dapur yang pada umumnya berupa dapur listrik atau dapur gas.

  Perlakuan panas pada baja dapat berupa : Quenching atau Hardening

  a)

  b) Tempering Normalising

  c)

  d) Annealing

  2.4.1. Quenching atau Hardening

  Proses ini dilakukan dengan cara memanaskan baja di atas suhu kritis dan ditahan dalam waktu tertentu kemudian didinginkan secara cepat. Baja yang sudah diquenching mempunyai struktur martensit yang dapat membuat baja menjadi lebih keras. Hal ini juga menaikkan tegangan dalam sehingga baja menjadi getas. Media yang digunakan sebagai pendingin dapat tergantung dari jenis baja dan lamanya pemanasan dapat berupa air, solar, oli, dan minyak. Perlakuan panas ini bertujuan untuk membuat baja menjadi keras.

  2.4.2. Tempering

  Proses ini dilakukan dengan cara memanaskan baja di bawah suhu kritis dalam waktu tertentu dan kemudian didinginkan secara perlahan (dilakukan di luar tungku dengan laju pendinginan 150 - 200ºC). Tujuan dari proses tempering adalah untuk mengurangi tegangan dalam dan mengubah susunan, sehingga menghasilkan baja yang lebih ulet dan lunak. Perlakuan panas ini biasanya dilakukan pada baja yang sudah mengalami proses quenching.

  2.4.3. Normalising

  Proses ini dilakukan dengan cara memanaskan baja di atas suhu titik ubah atas. Baja dipanaskan perlahan sampai suhu pemanasan yang terletak di antara 20 - 30ºC di atas suhu pengerasan dan ditahan beberapa saat kemudian didinginkan perlahan. Perlakuan ini bertujuan untuk memperbaiki atau menghilangkan struktur butiran kasar pada baja. Dengan kata lain normalising bertujuan untuk mengembalikan struktur baja ke keadaan normal.

2.4.4. Annealing

  Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja pada suhu 30 - 50ºC di atas garis GSE pada diagram Fe-C. Baja hypoeutectoid dipanaskan pada suhu 30 - 50ºC di atas garis GS. Sedangkan baja hypereutectoid dipanaskan pada suhu 30 - 50ºC di atas garis SE pada diagram Fe-C. Proses annealing bertujuan untuk membuat baja menjadi lebih plastis dan liat. Sehingga baja yang keras dapat dikerjakan melalui permesinan atau pengerjaan dingin.

2.5 Korosi Pada Logam

2.5.1. 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 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 digores/terkelupas, lingkungan cukup mengandung oksigen (Gambar 2.3). 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 (misal gas asap hasil buangan ruang bakar atau reaksi kimia lainnya), logam yang berlainan jenis dan saling berhubungan dan sebagainya.

Gambar 2.3 Pembentukan spontan lapisan oksida

2.5.2. Jenis-Jenis Korosi Pada Stainless Steel

  Meskipun alasan utama penggunaan stainless steel adalah ketahanan korosinya, tetapi pemilihan stainless steel yang tepat mesti 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/ pengurangan ketebalan/ volume material sehingga 'strength' 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 sbb. :

  

  

  

  

  

  

2.5.2.1 Uniform Corrosion

  Uniform corrosion terjadi disebabkan rusaknya seluruh atau sebagian protective layer pada SS sehingga SS secara merata akan berkurang/aus terlihat pada 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 2.4 Korosi uniform yang menyebabkan berkurangnya dimensi permukaan benda secara merata.

2.5.2.2 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 2.5. Korosi ini terjadi pada beberapa kondisi pada lingkungan dengan PH rendah, temperature 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 2.6. 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 maka UR B6 memiliki ketahanan akan pitting korosi paling kuat sedangkan 304 memiliki ketahanan pitting korosi yang terlemah.

Gambar 2.5 IIustrasi pitting corrosion pada material SS.Gambar 2.6 Skema proses kimia yang terjadi saat pitting corrosion menyerang dan terus merusak logam SS.

2.6.2.3 Crevice Corrosion

  Korosi jenis ini sering terjadi di daerah yang kondisi oksidasi terhadap krom (Cr) SS sangat rendah atau 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 yang sangat sempit (celah, sudut, takik dsb) seperti disajikan pada gambar 2.7. Crevice Corrosion dapat dipandang sebagai pitting corrosion yang lebih berat/ hebat dan terjadi pada temperature dibawah temperature moderate 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 2.7 Ilustrasi crevice corrosion yang menyerang saat 2 material bertemu dan membentuk celah sempit, sehingga terjadi perbedaan kandungan oksigen yang

  menyebabkan korosi.

2.5.2.4 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 misal pada pin, baut-mur dengan welding dan sebagainya. Ilustrasi dari korosi ini dapat dilihat pada gambar 2.8. 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

  C bahkan dengan kadar klorida yang sangat sedikit sekalipun (beberapa ppm). SS yang cocok korosi ini adalah austenitic SS disebabkan kadar Nikel-nya (Ni) relative tinggi. Grade 316 tidak lebih tahan secara siknifikan dibanding 304. Duplex SS (misal 2205/ UR 45N) lebih tahan dibanding 304 atau 316 bahkan sampai temperatur

  o

  aplikasi 150 C 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 2.8 Ilustrasi stress-cracking-corrosion akibat adanya tegangan sisa dan

2.5.2.5 Intergranular Corrosion

  Korosi ini disebabkan ketidak sempurnaan mikrostruktur SS. Ketika austenic

  o

  SS berada pada temperature 425-850 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 2.9). Umumnya SS dengan kadar karbon kurang dari 2 % relative tahan terhadap korosi ini. Ketidak sempurnaan mikrostruktur ini diperbaiki dengan menambahkan unsur yang memiliki daya tarik terhadap Karbon lebih besar untuk membentuk karbida, seperti Titanium (misal pada SS 321) dan Niobium (misal pada SS 347). Cara lain adalah dengan menggunakan SS berkadar karbon rendah yang di tandai indeks 'L' - low carbon steel- (misal 316L atau 304L). SS dengan kadar karbon tinggi juga akan tahan terhadap korosi jenis ini asalkan digunakan pada temperatur tinggi pula (misal 304H, 316H, 321H, 347H)

Gambar 2.9 Ilustrasi korosi pada butir akibat terjadinya sensitasi krom (Cr).

2.5.2.6 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 body tangki, hasil welding dengan benda kerja) dan atau terendam dalam larutan elektrolit, sehingga dissimilar 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 2.10. 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 :

  " Perbedaan ke-mulia-an dissimilar material " Rasio luas permukaan dissimilar material, dan konduktifitas larutan

Gambar 2.10 Ilustrasi terjadinya korosi antara dua logam yang berbeda jenis keaktifannya (logam A dan B).

2.6 Pengelasan Berperisai Tungsen (TIG)

  Proses ini merupakan suatu metode pengelasan dengan jalan dimana suatu busur api listrik dipertahankan di antara 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 2.11 Alat pengelasan TIG

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Bagan Alir penelitian

  Bagan alir penelitian ditunjukkan di dalam gambar 3.1 : Benda Uji

  (Stainless Steel 304 yang telah di las TIG)

  Larutan H

  2 SO 4 96 %

  Pekat Analisis Pengambilan Data

2 SO

  (ditimbang) Kesimpulan &

  Saran Analisis &

  Perhintungan Pembuatan Larutan H

  4

  pH 1 Pencelupan Benda Uji ke dalam Larutan H

  2 SO 4 pH 1

  pada suhu 70 C selama 6 jam dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam. Dilakukan secara periodik selama 3 bulan

3.2. Bahan dan Peralatan

3.2.1 Bahan

  a. Spesimen / benda uji Bahan yang digunakan sebagai spesimen adalah baja tahan karat 304, dengan komposisi : Cr = 18,358 %, Ni = 8,408 %, C = 0,047 %, Fe = 70,47 %

Gambar 3.2.1.1 Baja Tahan Karat 304 Yang Dilas

  b. Larutan H

2 SO 4 pekat 96 %.

  Larutan H

2 SO 4 pekat 96 % ini dibeli dari toko kimia MULTI KIMIA Jln C.

  Simanjuntak Yogyakarta.

3.2.2 Peralatan

  Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

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

Gambar 3.2.2.1 Tabung Reaksi

  b. pH Meter Elektrik Digital, milik Laboratorium Analisis, Jurusan Farmasi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Gambar 3.2.2.2 pH meter Digital c. Timbangan Elektrik Digital, milik Laboratorium Analisis dan Instrumen, Jurusan Farmasi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Gambar 3.2.2.3 Timbangan Digital

  d. Water Bath dan Termometer , milik Laboratorium Analisis, Jurusan Farmasi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

Gambar 3.2.2.4 Water Bath

3.3. Proses Pembuatan Larutan H

  

2 SO

4 pH 1 Dan Proses Pencelupan

  Proses pembuatan larutan H

  2 SO 4 pH 1 dari larutan H

  2 SO 4 pekat 96 % Langkah-langkah dalam proses tersebut :

  1. Peralatan dan bahan yang disiapkan :

• Tabung reaksi
• Larutan H

  2 SO 4 pekat 96 %

• Pipet - pH Meter Elektrik Digital - Aquades

  2. Dalam keadaan normal kadar H SO = 0,1 N = 4,9 gr/ltr maka untuk

  2