Teknik Pembuatan Baja Duplek pada Baja Karbon Rendah Sa 516-70 dengan Pelapisan Elektroda

  Sidiq Ruswanto, Teknik Pembuatan Baja Duplek …………..

  

Teknik Pembuatan Baja Duplek pada Baja Karbon Rendah

Sa 516-70 dengan Pelapisan Elektroda

  Sidiq Ruswanto

  

Jurusan Teknik mesin Politeknik Negeri Jakarta Kampus Baru – UI Depok 16422

Abtract

  

SA 516-70 is a low carbon steel which is used for making of boiler, high pressure tank and heat

exchanger. Steel of SA 516-70 is applied for corrosion and wear resistance equipment. A weld

surfacing can be used to overlay new components to their original dimensions. In this research two

types of electrodes used are Sandvik 25 10 4 LR and Sandvik 29 8 2 LR. Weld surfacing process

was used GTAW process using DCEP. The welding parameter used are as follow: welding current

between 110 A to 112 A, welding voltage between 12 to 13 volt and travel speed between 173 to 191

mm/ minute. The weldments was then conducted hardness testing, metallographic examination,

EDAX. Samples for hardness testing were taken from base metal and to the filler metal layer. EDAX

testing was taken from metal to the outer layer layers. The results that the high hardness value of

356 Hv was Found on at layer 1 using sandvik electrode 29 8 2 LR . The base metal microstructure

was reveled some ferrite and pearlite structure. The cromium dilution using sandvik electrode 29 8

  

2 LR was higher than that of sandvik electrode 25 10 4 LR. From all data investigations was

concluded that the usage of sandvik electrode 29 8 2 LR is better performance than use of sandvik

electrode 25 10 4 LR. Key word : steel, welding and hardness.

  

Abstrak

SA 516-70 adalah baja karbon rendah yang digunakan sebagai material untuk pembuatan boiler,

tangki bertekanan tinggi dan alat penukar panas (heat exchanger). Baja SA 516-70 diaplikasikan

untuk peralatan yang membutuhkan sifat tahan terhadap korosi dan keausan. Dalam penelitian ini,

proses pelapisan permukaan menggunakan dua jenis elektroda, yaitu Sandvik 25 10 4 LR dan

Sandvik 29 8 2 LR. Proses pelapisan permukaan menggunakan proses GTAW (Gas Tungsten Arc

Welding) dengan metode DCEP (). Parameter pengelasan yang digunakan adalah: arus listrik

antara 110 A sampai 112 A, tegangan listrik antara 12 volt sampai 13 volt dan kecepatan

pengelasan antara 173-191 mm/menit. Hasil lasan aHa nkemudian diuji kekerasannya dengan

pengujian metalografi, EDAX (). Sampel untuk uji kekerasan diambil dari daerah perbatasan

logam induk dan lasan. Pada pengujian EDAX sampel yang digunakan diambil dari lapisan lasa.

Nilai kekerasan lasan yang menggunakan elektroda Sandvik 29 8 2 LR pada lapisan luar adalah

356Hv. Struktur mikro dari logam tersebut dibentuk dari ferit dan perlit. Kenaikan prosentase

kromium ditunjukkan pada Sandvik elektrode 29 8 2 LR lebih tinggi dari 25 10 4 LR. Kesimpulan

dari hasil penelitian ini bahwa Sandvik elektroda 29 8 2 LR kinerjanya yang lebih baik daripada

Sandvik elektroda 25 10 4 LR. Kata kunci: baja, pengelasan dan kekerasan.

  paduannya mendekati baja duplex

I. PENDAHULUAN

  standart. Baja SA 516-70 merupakan baja Baja stainless saat ini banyak digunakan yang mempunyai kandungan karbon oleh industri di Indonesia sebagai rendah dan banyak diproduksi dalam material pada tangki , bejana tekan , pipa bentuk lembaran ataupun strip dan bahkan kontruksi jembatan. Keunggulan batangan. Baja ini banyak digunakan stainless steel adalah kandungan pada peralatan yang bersifat korosif,

  58 POLITEKNOLOGI VOL. 9 NO. 3, SEPTEMBER 1010 maka perlu dilapis dengan material yang tahan korosi tersebut. Untuk pembuatan baja duplex dari baja SA 516- 70 biasanya digunakan metode peledakan. Pada suatu kontruksi yang terkena korosi atau mengalami keausan tidak mungkin diperbaiki dengan cara peledakan. Untuk itu dicoba dengan cara pelapisan permukaan pada bagian yang tahan korosi dengan metode pengelasan electrode sandvik. Ketebalan lapisan baja duplex setebal 10 mm. Untuk perbaikan harus setebal 10 mm, sedangkan diameter elektrode sebesar 3 mm. Untuk itu proses pengelasan dilaksanakan 3 lapis. Karena perlakuan pemanasan 3 kali, maka baja akan mengalami perubahan sifat mekanik maupun struktur mikronya. Peningkatan kekuatan baja juga dapat dilakukan dengan penambahan unsur- unsur kandungannya. Unsur

• – unsur paduan tersebut diantaranya cromium ( Cr ), wolfram ( W ), molibdenum ( Mo ) dan Mangan ( Mn). Penambahan unsur yang terlalu banyak akan mengakibatkan baj akan mengalami penggetasan pada batas butir. Karena unsur cromium akan mengendap pada batas butir austenit ketika terjadi proses austenisasi berlansung. Tujuan penelitian tentang teknik pembuatan baja duplex pada baja karbon rendah SA 516-70 dengan pelapisan elektroda :
• Arus pengelasan : 110 - 112 A - Kawat pengisi Sandvik 29. 8. 2. LR
• Tegangan : 12
• – 13 Volt - Gas pelindung : Argon - Proses pengelasan : Datar - Pendinginan : udara
• Gerakan elektroda Mundur kekiri
• Posisi pengelasan : 60 derajat terhadap elektroda
• Bahan dasar : Baja SA 516
• – 70
• Kecepatan pengelasan : 173- 191 mm / menit
• Kecepatan aliran gas: 15- 20 liter / menit
• Arus : DC
• Polarity : Negatip Setelah pengelasan masing-masing plat yang telah dilas, dipotong dan selanjutnya dipreparasi menjadi sampel uji kekerasan , metalografi, EDAX . Proses preparasi sampel dilaksanakan di Politeknik Negeri Jakarta.
• Dapat membuat baja duplek dari baja karbon rendah.
• Dapat menggambarkan peubahan struktur mikro yang terjadi
• Memperoleh cara perbaikan komponen Exchanger dan runner pada turbin air yang sangat sensitif terhadap korosi dan keausan.

  Pengelasan dilaksanakan di PT Sarana Sanggar Baja. Material yang akan dilas baja plat SA 516-70 dengan ketebalan 10 mm , lebar 6 inch serta panjangnya 6 inch.

  Gambar 1. Ukuran Plat. ¹¹ Banyaknya plat dua ( 2 ) buah ,

  dimana satu dilas dengan elektroda Sandvik 29 8 2 LR dan elektroda Sandvik 25 10 4 LR. Masing -masing plat dilas tiga lapis . Besarnya diameter kawat las yang digunakan adalah sebesar 1, 6 mm . Jenis mesin las yang digunakan Miller, USA dengan model SRH- 222 (FL).

  Parameter- parameter pengelasan yang digunakan sebagai berikut :

  & 25. 10. 4. LR

II. METODE PENELITIAN. Pengelasan.

  III. HASIL PENELITIAN. Masukan Panas.

  Dari proses pengelasan pada sandvik 29 8 2 LR dengan arus 110 Amper , tegangan 12 Volt , kecepatan antara 17, 6

• Garis AB menunjukan dilusi
• Gambar 2 Diagram schaeffler
• filler 29 8 2 LR
• Garis AC menunjukan dilusi filler 25 10 4 LR
• Titik A, merupakan absis & ordinat
• – 70
• Titik B, merupakan absis & ordinat
• Titik C, merupakan absis & ordinat
• Titik D, merupakan dilusi 50 % filler 25 10 4 LR
• Titik E, merupakan dilusi 50 % filler 29 8 2 LR
• – 70 Kro m % Mo % Si % Ni % C % Mn % Cu

  Dari nilai krom ekivalen dan nikel ekivalen selanjutnya dilihat pada diagram Schaeffler , kemudian dicari daerah aman untuk pengelasan baja tahan karat.

  29 Lapisan 2 220 27, 7 x 10 ^-2

  29 Lapisan 1 356 10, 4 x 10 ^-2

  25 Lapisan 3 204 43, 2 x 10 ^-2

  25 Lapisan 2 233 28,7 x 10 ^-2

  25 Lapisan 1 250 9,0 x 10 ^-2

  25 P 121 143,7 x 10 ^-2

  Kode Sampel Kekerasan H _V Keausan mm ² /mm

  Dari data hasil pengujian mekanis didapatkan bahwa :

  Tabel 3. Hasil Uji Mekanik.

  Hasil Uji Mekanik.

  Data grafik di atas tampak bahwa dilusi 50 % menggunakan filler sandvik 29 8 4 LR terletak pada daerah A + M + F . Daerah ini merupakan daerah aman untuk pengelasan baja tahan karat, sedangkan untuk 50 % dilusi menggunakan filler sandvik 25 10 4 LR terletak pada daerah A + F.

  filler 25 10 4 LR

  filler 29 8 2 LR

  Gambar 2. Diagram Schaeffler.

  25 4 0, 5 9, 5 0, 03 0, 9 0, 025 Krom Ek. = 29, 75 Nikel Ek. = 10, 75

  % N

  % Ni % C % Mn

  Krom % Mo 5%S i

  2 0,5 8, 5 0, 03 0, 9 0, 3 Krom Ek. = 31,25 Nikel Ek. = 9, 85 Sandvik 25 10 4 LR

  % C % Mn % N 28,5

  Krom % Mo % Si % Ni

  = 0, 385 Nikel Ek. = % Ni + % C x 30 + 0, 5 % Mn = 7, 14 Sandvik 29 8 2 LR

  0, 03 0, 01 0, 23 0, 02 0, 22 0, 04 0,02 Krom Ek. = % Cr + % Mo + % Si x 1,5 + 0,5 % Nb.

  Tabel 2. Cr Ekivalen & Ni Ekivalen. Baja SA 516

  Estimasi ferrit dengan perhitungan diagram Schaeffler untuk menentukan krom dan nikel ekivalen ( lihat rumus persamaan ekivalen ).

  Lapisan Las L 1 L2 L3 L1 L2 L3 Heat Imput 450 422 440 457 505 466 Krom dan Nikel Ekivalen.

  Tabel 1. Masukan Panas.

• . Nilai kekerasan tertinggi didapatkan pada daerah lapisan las pertama ( 1 ), baik pada filler sandvik 25 10 4 LR sebesar 250 HV maupun sandvik 29 8 2 LR. sebesar 356 HV. Hal ini dikarenakan daerah las ini mendapat pemanasan ketika pengelasan lapisan berikutnya ( temper ) , tidak terjadi pembentukan fasa baru melainkan terbentuk Karbida krom . Karbida krom mempunyai nilai kekerasan tinggi.

POLITEKNOLOGI VOL. 9 NO. 3, SEPTEMBER 1010 Disamping mempunyai nilai _{Grafik Kekerasan Vs Keausan S29} kekerasan tinggi , juga mempunyai _{m 200} nilai _{/m 2} Logam Induk ₁₅₀ kehilangan luasan permukaan paling _m kecil , untuk filler sandvik 25 10 100 _m Lap 2 Lap 3

  60 sampai 18, 8 cm / menit dan sandvik 25 10 4 LR dengan arus 112 Amper, tegangan 13 Volt kecepatan 17, 3 sampai 19, 1 cm / menit , maka besarnya masukan panas seperti yang terlihat pada Tabel 1 di bawah.

  Sidiq Ruswanto, Teknik Pembuatan Baja Duplek …………..

  29 Lapisan 3 175 33,1 x 10 ^-2

• 2 2 n _{a Lap 1}

  4LR sebesar 9,0 x 10 ( mm / mm ) _{s u e a 50} dan untuk sandvik 29 8 2LR sebesar _K 10, 4 10 ( mm / mm ). _{121 356 220 175 Kekerasan Hv}

• . Nilai kekerasan tertinggi didapat pada lapisan pertama sandvik 29 8 2 LR Gambar 4.Grafik Kekerasan Vs Keausan 29 8 2LR , sedangkan nilai ketahanan

  Pengujian Metallografi

  terhadap aus terbesar adalah pada Pengujian metalografi yaitu dengan sandvik 25 10 4 LR. Hasil uji pengamatan mikrostruktur bahan di kekerasan antara logam induk dengan bawah mikroskop optik material SA 516 tiap lapisan las sangat berbeda,

• – 70 baik yang mengalami pengelasan yaitu ada peningkatan kekerasan.

  maupun tidak, diperoleh gambar sebagai Kemungkinan ini disebabkan oleh berikut: pengaruh pengelasan dan pendinginan cepat dengan udara.

  Proses perlakuan panas pengelasan menyebabkan ukuran butir kristal menjadi besar dan merata , selain itu kesempatan atom karbon berdifusi juga sangat besar . Pada proses pendinginan yang sangat cepat dengan udara , dapat mengakibatkan timbulnya rekristalisasi dan perubahan ukuran butir. . Ukuran

  Gambar 5. Logam Induk (500 X)

  butir yang terkecil pada daerah pengelasan mempunyai nilai kekerasan yang paling besar ( lapisan 1) . _{m 200} Grafik Kekerasan Vs Keausan S25 _{m m m 2 / 100 150} Logam Induk _{a n} Lap 3 _{s u 50} Lap 2 _{K e a} Lap 1 _{121 250 233 204 Kekerasan Hv} Gambar 6. HAZ Filler Sandvix 25 10 4 LR ( 500 X) Gambar 3.Grafik Kekerasan Vs Keausan 25 10 4LR

  Sidiq Ruswanto, Teknik Pembuatan Baja Duplek …………..

  Pada gambar 5 menunjukan daerah base

  metal ( logam induk ), dengan

  pembesaran 500 X. Hasil mikro struktur logam induk terlihat bahwa fasa yang ada terdiri dari ferrit dan pearlit. Ferrit ditunjukan oleh warna terang sedangkan perlit ditunjukan oleh warna gelap pada hasil foto mikro. Hasil struktur mikro diperoleh didaerah logam induk menunjukan tetap bersetruktur mikro ferit

  Gambar 7. HAZ Filler Sandvix 29 8 2 LR (500 X) dan perlit yang terdistribusi secara acak.

  Setruktur mikro logam induk ini hampir sama dengan material standar SA 516- 70 sebelum mengalami proses pengelasan. Pada Gambar merupakan daerah inti las dengan pembesaran 500 X. Butir- butir pada las pertama lebih kecil dan teratur. Pada gambar tampak adanya fasa austenit, sehingga mempunyai harga

  Gambar 8. LAPISAN LAS-1 Sandvix 25 10 4 LR (500 X)

  kekerasan paling besar untuk masing- masing jenis filler.. Batas butir yang terjadi nampak lebih besar . Ukuran butir lapisan ke dua tampak lebih besar dibandingkan dengan base metal.Pada lapisan las 3 ( paling atas ) butirannya besar dan tidak teratur dibandingkan dengan lapisan las ke dua dan ke satu..

  Daerah antara base metal dengan lapisan pertama ( HAZ ). Pada daerah ini seperti

  Gambar 9. LAPISAN LAS-1 Sandvix 29 8 2 LR (500 X)

  yang ditunjukkan oleh Gambar 6 dan 7, merupakan daerah yang paling tidak setabil dibandingkan dengan daerah pengelasan yang lain, batas butir yang terjadi merupakan pertemuan antara kristal- kristal dengan ukuran yang berbeda. Batas butir merupakan pemisah antara butir yang berbeda ukuran sel

• – satuannya. Dengan demikian batas batas butir merupakan daerah yang orientasi atom- atomnya tidak teratur, sehingga daerah ini merupakan daerah

  Gambar 10. LAPISAN LAS-2 Sandvix 25 10 4 LR (500 X)

  sangat tinggi energinya. Karena energi Hasil struktur mikro diperoleh dengan tinggi , maka pada batas butir mudah mikroskop optik seperti ditunjukkan oleh terjadi pembentukan reaksi- reaksi Gambar 5. sampai dengan 10. pembentukan senyawa termasuk krom karbida.

  Dari foto makro tersebut tidak tampak adanya retak pada lapisan hasil

  Hasil EDAX.

  pengelasan. Data hasil EDAX dapat dilihat :

  62 POLITEKNOLOGI VOL. 9 NO. 3, SEPTEMBER 1010

  Tabel 4. Data Hasil EDAX Tiap Antar Lapisan Grafik Dilusi Molibdenum Sandvik 25 10 4 LR. _%

  USR _{m 3 u} Sand-25 % C % Si %Cr %Mn % Fe % Ni % Mo _{n 2 d e 1} Sand-29 _{L 2 L 1- L 2 H A Z} LKS _{0.27 0.31 0.37 0.70 0.45 0.52 14.50 13.95 0.65 0.80 0.41 0.40 76.83 75.99 97.76 5.65 6.42 2.09 1.92 o M li b H A Z Las1/2 Las2/3 Daerah Antar Lasan}

• – L 3 Tabel 5. Data Hasil EDAX Tiap Antar Lapisan Sandvik 29 8 Gambar 13. Grafik Dilusi Molibdenum 2 LR.

  Dari ke tiga grafik dilusi unsur utama

  USR % C % Si % Cr %Mn % Fe % Ni % Mo

  pada masing

• – masing filler tampak

  LKS _{L 1- L 2 H A Z 0.19 0.34 0.48 0.39 15.36 9.28 0.81 0.62 89.33 80.11 2.19 0.90} bahwa : _{L 2 0.34 0.40 27.61 0.37 66.90 2.55}

_1.84

* Kromium.

• – L 3

  Pada dilusi antar lapisan chromium Dari data unsur antar lapisan Tabel 4. didapatkan bahwa , filler Sandvik 25 dan 5. di atas, untuk unsur utama hasil 10 4 LR untuk daerah HAZ sangat kecil pengelasan menggunakan elektroda dan antara las 1 dengan las 2 cukup sandvik 25 10 4 LR dan menggunakan besar serta daerah las 2 dengan daerah las elektroda sandvik 29 8 2 LR dapat 3 mengecil lagi. Untuk menggunakan dibuat grafik dilusi. _{Grafik Dilusi Krom} Filler Sandvik 29 8 2 LR baik pada daerah HAZ , las 1 dengan las 2 Serta las 2 dengan las 3 cukup besar ( 1,7 X ). _{% 30} San25 _{K rom 10 15 20 25} * Nikel. ₅ Dilusi nikel hasil pengelasan

  San29 _{H s A Z 2 /3} menggunakan elektroda sandvik 25 10 4 _La LR , dari grafik tampak bahwa : pada _{POSISI LAS} Lapisan las 1 dengan las 2 cukup besar sebesar 5.65% dan pada lapisan Las 2

  dengan las 3 sebesar 6.42 % . Sedangkan Gambar 11. Grafik Dilusi Krom. dilusi pada sandvik 29 8 2 LR untuk lapisan las 1 dengan lapisan las 2 sebesar

  Grafik Dilusi Nikel

  2.19 % dan untuk las 2 dengan las 3 sebesar 2.55 %. Secara keseluruhan

10 Sand-25

  _{% l} dilusi pada hasil pengelasan _e Sand-29

  5 _{N k i}

  menggunakan elektroda sandvik 25 10 4 LR lebih besar dibandingkan dengan hasil pengelasan menggunakan elektroda

  H A Z Las1/2 Las2/3

  sandvik 29 8 2 LR. Hal ini disebabkan

  Daerah Antar Lasan

  nikel merupakan unsur penyetabil paduan baja karbon.

  Gambar 12. Grafik Dilusi Nikel

• *Molibdenum

  Dilusi unsur molibdenum hasil pengelasan menggunakan elektroda sandvik 25 10 4 LR relatip stabil pada lapisan las 1

• – las 2 dan las 2 – las 3 dibandingkan dengan hasil pengelasan menggunakan elektroda sandvik 29 8 2 LR yang mempunyai nilai dua kali lipat

  Sidiq Ruswanto, Teknik Pembuatan Baja Duplek …………..

  antara lapisan las 1- las 2 dengan lapisan V. DAFTAR ACUAN. las 2

  ASME, Section II Part A, New York, – las 3.

  2001

IV. KESIMPULAN

  ASME, Section IX, New York 2001 Dari data-data yang diperoleh

  C. E. Jackson, The Science of Arc sebagaimana pembahasan pada bagian 3 Welding, April 1960 p 1255, diatas, dapat ditarik kesimpulan sebagai June 1960, p 2255. berikut:

  Dewi Chandra R. G., Pengetahuan Bahan Masukan panas yang diberikan adalah Teknik, Politeknik Press, 2001. 450 Joule/ cm pada pengelasan

  Harjanto G., Pesawat Pendingin dan menggunakan filler Sandvik 25 10 4 LR, Pemanas, Gajah Mada Press, sedangkan untuk pengelasan Yogyakarta, 1980. menggunakan filler Sandvik 29 8 2 LR

  Herman W Pollack, Material Science and sebesar 505 Joule/ cm. Memberikan Metallurgy, 3 th ,1981. pengaruh sifat mekanis lasan, yaitu :

  Howard B Cary, Modern Welding Technology, 3 th ed, Englewood

  Kekerasan. Untuk nilai kekerasan Cliffs, 1994. maksimum hasil pengelasan

  M. Hikam, Kuliah Lab. Advance, menggunakan sandvik 29 8 2 LR sebesar Program Studi Material Science, 356 Hv yang terletak pada lapisan las ke- Pascasarjana U I, 2001. 1; Sedangkan nilai kekerasan hasil

  M. Surur, Praktikum Uji Keras, pengelasan menggunakan filler Sandvik Laboratorium Mekanik Jurusan Mesin 25 10 4 LR sebesar 250 Hv terletak pada Politeknik Negeri Jakarta, Depok, las ke-1 pula, sehingga lasan ke-1 2001. memiliki nilai kekerasan yang paling

  Metal Handbook, Vol 8, 8 th Ed. A S M, tinggi.

  U S A, 1973. Secara struktur mikro didapatkan hasil

  Sindo Kou, Welding Technology, sebagai berikut : John and Welly and Sons, New York, 1987.

  Metallography . Untuk Logam induk

  Welding Journal, Publikasi oleh AWS, terlihat dominasi dari pearlite dan ferrite, edisi May 1986. yang dimiliki oleh baja karbon rendah SA516-70. Pada inti las lapisan 1 sampai dengan 3 terlihat penyebaran karbida sebagai reaksi dari krom dan karbon, struktur austenit terlihat dari dilusi filler yang digunakan. Pada wilayah terkena panas (HAZ) terlihat cukup banyak karbida krom yang merata juga muncul sedikit fase martensite dan austenite.

  10 4 LR . Filler sandvik 29 8 2 LR pada lapisan ke tiga mempunyai unsur khrom melebihi unsur krom pada baja tahan karat sebagai pelapis baja karbon rendah SA 516 – 70. Dari pengujian EDAX diperoleh unsur utama setelah pengelasan adalah unsur Cr, Ni dan molibden mendekati unsur paba baja Stenless Steel.

  64