Pengaruh korosi baja tahan karat 304 dalam larutan H2SO4 pH 1 - USD Repository

  PENGARUH KOROSI PADA BAJA TAHAN KARAT 304 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 :

  Yuris Werenfridus Baur NIM : 005214098 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

CORROSION RATE OF STAINLESS STELL 304

  

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 :

  

Yuris Werenfridus Baur

Student number : 005214098

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

  

SAINS & TECHNOLOGI FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

  

TUGAS AKHIR

LAJU KOROSI STAINLESS STEEL 304 DALAM LARUTAN

H

  2 SO

  4 DENGAN pH 1

  Disusun oleh :

  

Yuris Werenfridus Baur

  NIM : 005214098 Telah disetujui oleh :

  Pembimbing I Budi Setyahandana, S.T., M.T. Tanggal : 04 Oktober 2007

  

TUGAS AKHIR

LAJU KOROSI STAINLESS STEEL 304 DALAM LARUTAN

H

  2 SO

  4 DENGAN pH 1

  Dipersiapkan dan ditulis oleh :

  

Yuris Werenfridus Baur

  NIM : 005214098 Telah dipertahankan didepan panitia penguji pada tanggal 02 Oktober 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat.

  Susunan Panitia Penguji Ketua : Budi Sugiharto, S.T., M.T.

  Sekretaris : Ir. Rines, M.T. Anggota : Budi Setyahandana, S.T., M.T.

  Yogyakarta, 04 Oktober 2007 Fakultas Sains Dan 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, 04 Oktober 2007 Penulis

  Yuris Werenfridus Baur

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan bimbingan- Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang berjudul “Laju korosi pada Stainless Steel 304 dalam larutan H

  2 SO 4 dengan pH 1 yang bersuhu o

  70 C”. Adapun penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis akan meneliti tentang ketahanan Stailess Steel 304 terhadap laju korosi dalam larutan asam (H SO ) dengan derajat keasaman (pH) = 1, pada suhu

  2

  4 o o

  70 C selama 6 jam dan dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam secara periodik.

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

  1. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., Dekan Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

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

  3. Budi Setyahandana, S.T., M.T. Dosen Pembimbing utama penyusunan Tugas Akhir.

  4. Seluruh staf dan laboran jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata

  Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan ini karena keterbatasan dan pengetahuan untuk itu penulis mengharap 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, 20 September 2007 Penulis

  

UCAPAN SPESIAL :

THE CHRIST

PAPI DAN MAMI

THE BAUR FAMILY

  

TEKNIK MESIN ’00’

TIM BTM (ROIS)

TEMAN-TEMAN KOS WIRATA DAN KOS DEWI

ANTO COMPUTER

SOGEN COMPUTER

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i HALAMAN JUDUL (INGGRIS)........................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iii PERNYATAAN ......................................................................................................v KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi HALAMAN PERSEMBAHAN .......................................................................... viii DAFTAR ISI.......................................................................................................... ix

  INTISARI ............................................................................................................. xii ABSTRACT......................................................................................................... xiii

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

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

  1.2 Tujuan Penelitian .........................................................................................2

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

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

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................3

  2.1 Klasifikasi Besi Dan Baja ............................................................................3

  2.1.1 Besi ...............................................................................................3

  2.1.2 Baja ...............................................................................................3

  2.1.2.1 Baja Berdasarakan Kandungan Karbon ........................................4

  2.1.2.2 Sifat-Sifat Baja..............................................................................5

  2.1.2.3 Pengaruh Spesifik Unsur Paduan pada Baja .................................6

  2.2 Struktur Mikro .............................................................................................9

  2.21 Diagram Fasa Besi Karbida ..........................................................9

  2.3 Pengujian Bahan ........................................................................................12

  2.4 Perlakuan Panas (Heat Treatment).............................................................12

  2.4.1 Quenching atau Hardening..........................................................13

  2.4.3 Normalising.................................................................................13

  2.4.4 Annealing ....................................................................................14

  2.5 Stailess Steel (Baja Tahan Karat)...............................................................14

  2.5.1 Klasifikasi Stainless Steel ...........................................................14

  2.5.1.1 Austenitic Stainless Steel ............................................................15

  2.5.1.2 Ferritic Stainless Steel.................................................................15

  2.5.1.3 Martensitic Stainless Steel ..........................................................15

  2.5.1.4 Duplex Stainless Steel.................................................................16

  2.5.1.5 Precipitation Hardening Steel .....................................................16

  2.5.2 Pengaruh Unsur Paduan Dalam Stailess Steel ............................17

  2.6 Korosi.........................................................................................................18

  2.6.1 Korosi Secara Umum ..................................................................18

  2.6.2 Jenis-Jenis Korosi Pada Stainless Steel ......................................19

  2.7 Kategori Korosi Pada Stinless Steel ..........................................................20

  2.7.1 Pitting Corrosion .........................................................................20

  2.7.2 Crevice Corrosion .......................................................................21

  2.7.3 Stress Corrosion Cracking ..........................................................22

  2.7.4 Intergranular Corrosion...............................................................24

  2.7.5 Galvanic Corrosion .....................................................................25

  BAB III METODE PENELITIAN.....................................................................27

  3.1 Bagan Alir Penelitian .................................................................................27

  3.2 Bahan Dan Peralatan..................................................................................28

  3.2.1 Bahan ..........................................................................................28

  3.2.2 Peralatan......................................................................................29

  3.3 Proses Pembuatan Larutan H

  2 SO 4 pH = 1 Dan Proses Pencelupan...........30

  3.4 Analisis Hasil .............................................................................................32

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................33

  4.1 Data Percobaan ..........................................................................................33

  BAB V PENUTUP............................................................................................38

  5.1 Kesimpulan ................................................................................................38

  5.2 Saran ..........................................................................................................38 LAMPIRAN...........................................................................................................39

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui ketahanan Stainless Steel 304 terhadap laju korosi dalam larutan asam (H SO ) dengan derajat keasaman (pH) =

  2

  4

  1. Jenis dari spesimen ini merupakan bahan dasar dari tabung reaksi yang akan digunakan dalam dunia Kedokteran.

  o

  Spesimen direndam dalam larutan H

  2 SO 4 yang bersuhu 70 C selama 6 jam o

  dan dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam secara periodik dalam waktu 12 minggu, dan setiap minggu dilakukan pengambilan data dengan cara ditimbang. Derajat keasaman dan perbedaan suhu yang diterapkan dalam penelitian ini merupakan simulasi pada keadaan pemakaian tabung tersebut.

  Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa belum ada perubahan berat dan ukuran dalam waktu 12 minggu, tetapi terjadi perubahan warna pada permukaan spesimen. Perubahan warna yang terjadi adalah akibat dari kotoran yang menempel pada permukaan spesimen habis bereaksi dengan larutan H

  2 SO 4.

  

ABSTRACT

  This research is aim to know the resilience of stainless steel 304 to accelerateing corrotion in of Sulfuric Acid (H

  2 SO 4 ) with the acidity degree

  (pH)=1. Type from this spesimen represent the elementary substance from reaction tube to be used in the world of doctor.

  Spesiment is soaked in condensation H

  2 SO 4 which have temperature to

  70°C during 6 hours and continued at temperature 29°C during 18 hours as periodical during 12 weeks, and each weeks have done a data intake by deliberated. Degree of acidity and temperature difference applied in this research represent the simulation in the situation of tube was usage.

  Result from research showing that not yet there heavy change and size measure during 12 weeks, but happened the change of colour at surface spesimen. The change of Colour happened by the effect of dirt which patch at surface spesimen used up react with the condensation H SO .

  2

  4

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

  Alam menyediakan begitu banyak sumber daya yang bisa kita manfaatkan dalam kehidupan sehari-hari salah satunya bijih besi yang setelah melalui berbagai proses menghasilkan berbagai macam logam. Ketika kita berbicara mengenai mesin, tentunya hal ini sangat berhubungan erat dengan berbagai jenis logam yang menjadi bahan dasar sebuah mesin. Tanpa pemanfaatan logam, kemajuan peradaban tidak mungkin terjadi. Serangkaian proses kimia diperlukan untuk mendapatkan hasil dan penampilan bahan yang diinginkan, misalnya pembuatan baja dengan segala sifat mekanik yang diinginkan, seperti : keuletan, ketangguhan, kekerasan, ketahanan terhadap korosi dan lain-lain.

  Baja banyak digunakan dalam berbagai bidang misalnya dalam Ilmu Kedokteran digunakan baja tahan karat (Stainless Steel) untuk pembuatan tabung- tabung reaksi. Contoh penggunaan Stailness Steel adalah tabung reaktor SAMOP

  99 (Sub Critical Assembly for Mo Prad Action).

  Dalam tugas akhir ini penulis melakukan penelitian tentang pengaruh korosi terhadap Stainless Steell 304 (SS 304) didalam larutan asam (H SO )

  2

  4

  dengan derajat keasamannya (pH) = 1. Spesimen diuji ketahanannya terhadap korosi dengan cara direndam pada waktu dan suhu tertentu kedalam larutan tersebut.

  1.2. Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini untuk mengetahui ketahanan Stainless Steel 304 terhadap laju korosi dalam larutan asam (H SO ) dengan derajat keasaman (pH) =

  2

  4 o o

  1, pada suhu 70 C selama 6 jam dan dilanjutkan pada suhu 29 C selama 18 jam secara periodik.

  1.3. Batasan Masalah

  Dalam penelitian ini, penulis hanya meneliti laju korosi yang terjadi pada SS 304 terhadap larutan asam (H SO ). Pengujian yang bersifat fisis seperti

  2

  4

  struktur mikro serta pengujian mekanis seperti pengujian kekerasan, kelelahan dan lain-lain tidak diterapkan dalam penelitian ini.

  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, klasifikasi stainless steel, jenis-jenis dan pengaruh korosi.

  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.

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Klasifikasi Besi dan Baja

  Baja merupakan paduan dari besi dan karbon (zat arang). Besi (Fe) adalah elemen metal dan karbon (C) yang dapat kita peroleh melalui bijih besi hasil dari penambangan dan di lebur dalam dapur tinggi.

  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 pada suhu 1539 – 1400ºC disebut besi dengan susunan

  δ. Besi dengan suhu 1400 – 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. 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. Untuk memperoleh kekerasan pada permukaan salah satunya dengan cara karburising.

  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 dengan cara heat treatment. Pembentukannya dengan cara ditempa.

  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. sebesar 0,50% berat. Seri 1080 berarti baja karbon dengan kandungan karbon sebesar 0,80% berat.

2.1.2.2 Sifat-Sifat Baja

  a. 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).

  b. Ductility / ulet Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat dibentuk dengan tarikan tanpa menunjukkan gejala putus.

  c. Toughness / ketangguhan Adalah kemampuan suatu logam untuk dibengkokkan beberapa kali tanpa mengalami retak d. Hardness / kekerasan

  Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat menahan penetrasi logam lain

  e. Strength / kekuatan Adalah kemampuan suatu logam untuk dapat menahan gaya yang bekerja atau kemampuan untuk menahan deformasi f. Weldability / mampu las

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

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

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

  Adalah kemampuan suatu logam untuk kembali ke bentuk semula tanpa mengalami deformasi plastis yang permanen. j. 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

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

  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 karbida yang akan menaikan kekerasan baja. tetapi menurunkan keuletan. Cromium akan menurunkan kecepatan pendinginan kritis dan menaikan suhu kritis baja.

  f. Unsur paduan Cobalt (Co) 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 karbida 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 )

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 pada diagram ini 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

  untuk γ dari dan ke besi

  3

  α. Titik transformasi A 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 :

  1. Sifat mekanis

  2. Sifat fisis 3. Sifat kimia.

  Pengujian mekanis dapat dibedakan menjadi dua yaitu :

  1. Pengujian yang bersifat tidak merusak (non destruktif) dan

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

  Pengujian tarik, impak, kelelahan tidak dibahas dalam penelitian ini, karena dalam penulisan ini hanya mencakup proses pengujian dan penelitian sebagai berikut : a. Karburising

  b. Pengujian kekerasan (uji kekerasan Brinell)

  c. Analisis struktur mikro

  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 :

  a) Quenching atau Hardening 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 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.

  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.

2.5. Stailess Steel (Baja Tahan Karat)

2.2.1 Klasifikasi Stainless Steel Stainless Steel (SS) adalah paduan besi dengan minimal 12 % kromium.

  Komposisi ini membentuk protective layer (lapisan pelindung anti korosi) yang

  Tentunya harus dibedakan mekanisme protective layer ini dibandingkan baja yang dilindungi dengan coating (misalnya seng dan cadmium) ataupun cat.

  Meskipun seluruh kategori SS didasarkan pada kandungan krom (Cr), namun unsur paduan lainnya ditambahkan untuk memperbaiki sifat-sifat SS sesuai aplikasi-nya. Kategori SS tidak halnya seperti baja lain yang didasarkan pada persentase karbon tetapi didasarkan pada struktur metalurginya. Lima golongan utama SS adalah Austenitic, Ferritic, Martensitic, Duplex dan Precipitation Hardening SS.

  2.2.1.1 Austenitic Stainless Steel

  Austenitic SS mengandung sedikitnya 16% Chrom dan 6% Nickel (grade standar untuk 304), sampai ke grade Super Autenitic SS seperti 904L (dengan kadar Chrom dan Nickel lebih tinggi serta unsur tambahan Mo sampai 6%). Molybdenum (Mo), Titanium (Ti) atau Copper (Co) berfungsi untuk meningkatkan ketahanan terhadap temperatur serta korosi. Austenitic cocok juga untuk aplikasi temperature rendah disebabkan unsur Nickel membuat SS tidak menjadi rapuh pada temperatur rendah.

  2.2.1.2 Ferritic Stainless Steel Kadar Chrom bervariasi antara 10,5 - 18 % seperti grade 430 dan 409.

  Ketahanan korosi tidak begitu istimewa dan relatif lebih sulit di fabrikasi/machining. Tetapi kekurangan ini telah diperbaiki pada grade 434 dan 444 dan secara khusus pada grade 3Cr12.

  2.2.1.3 Martensitic Stainless Steel

  SS jenis ini memiliki unsur utama Chrom (masih lebih sedikit jika dibanding Ferritic SS) dan kadar karbon relatif tinggi misal grade 410 dan 416.

  Grade 431 memiliki Chrom sampai 16% tetapi mikrostrukturnya masih martensitic disebabkan hanya memiliki Nickel 2%. Grade SS lain misalnya 17-

  4PH/630 memiliki tensile strength tertinggi dibanding SS lainnya. Kelebihan dari grade ini, jika dibutuhkan kekuatan yang lebih tinggi maka dapat di hardening.

  2.2.1.4 Duplex Stainless Steel

  Duplex SS seperti 2304 dan 2205 (dua angka pertama menyatakan persentase Chrom dan dua angka terakhir menyatakan persentase Nickel) memiliki bentuk mikrostruktur campuran austenitic dan Ferritic. Duplex ferritic- austenitic memiliki kombinasi sifat tahan korosi dan temperatur relatif tinggi atau secara khusus tahan terhadap Stress Corrosion Cracking. Meskipun kemampuan Stress Corrosion Cracking-nya tidak sebaik ferritic SS tetapi ketangguhannya jauh lebih baik (superior) dibanding ferritic SS dan lebih buruk dibanding Austenitic SS. Sementara kekuatannya lebih baik dibanding Austenitic SS (yang di annealing) kira-kira 2 kali lipat. Sebagai tambahan, Duplex SS ketahanan korosinya sedikit lebih baik dibanding 304 dan 316 tetapi ketahanan terhadap pitting corrosion jauh lebih baik (superior) dibanding 316. Ketangguhannya

  o o

  Duplex SS akan menurun pada temperatur dibawah 50 C dan diatas 300 C.

  2.2.1.5 Precipitation Hardening Steel

  Precipitation hardening stainless steel adalah SS yang keras dan kuat akibat dari dibentuknya suatu presipitat (endapan) dalam struktur mikro logam. Pembentukan ini disebabkan oleh penambahan unsur tembaga (Cu), Titanium (Ti), Niobium (Nb) dan alumunium. Proses penguatan umumnya terjadi pada saat dilakukan pengerjaan dingin (cold work).

  Perbandingan masing-masing sifat dari grade SS ditunjukkan pada tabel berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Mekanik Berbagai Jenis Stainless Steel

  Jenis Respon Ketahanan Metode Ke-liat-an Ketahanan Ketahanan Kemampuan Stainless Magnet Korosi Hardening (Ductility) Temperatur Temperatur Welding Steel Tinggi Rendah

  Austenitic Tdk Sgt Tinggi Cold Work Sgt Tinggi Sgt Tinggi Sgt Tinggi Sgt Tinggi

Duplex Ya Sedang Tidak ada Sedang Rendah Sedang Tinggi

Ferritic Ya Sedang Tidak ada Sedang Tinggi Rendah Rendah

Martensitic Ya Sedang Q & T Rendah Rendah Rendah Rendah

2.2.2 Pengaruh Unsur Paduan Dalam Stailess 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 paduan Stainless Steel. Berikut akan dijelaskan kegunaan unsur-unsur tambahan dalam Stainless Steel :

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

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

  c. Mangan (Mn) : membantu fungsi Ni.

  d. Molybdenum (Mo) : sebagai penstabil lapisan pasif dalam lingkungan yang e. Karbon (C) : meningkatkan kemampuan dikeraskan (hardenability) dari material Stainless Steel.

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

2.6. Korosi

2.3.1. Korosi Secara Umum

  Stainless Steel (SS) pada dasarnya bukanlah logam mulia seperti halnya emas (Au) & Platina (Pt) yang hampir tidak mengalami korosi karena pengaruh kondisi lingkungan, sementara Stainless Steel 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 SS digores/terkelupas, maka protective layer akan segera terbentuk secara spontan, tentunya jika kondisi 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 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

2.3.2. 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. Dekorasi permukaan material menjadi tidak menarik disebabkan kerak

  4. Terbentuknya karat-karat yang mungkin mengkontaminasi zat atau material lainnya, hal ini sangat dihindari khususnya pada proses produksi makanan.

2.7. Kategori Korosi Pada Stinless Steel

2.4.1. 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 (Gambar 2.2). Korosi ini terjadi pada beberapa kondisi pada lingkungan dengan PH rendah, temperature moderat, serta konsentrasi klorida yang cukup tinggi (misalnya 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 dan sebagainya. 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 maka UR B6 memiliki ketahanan akan pitting korosi paling kuat sedangkan 304 memiliki ketahanan pitting korosi yang terlemah.

Gambar 2.4. IIustrasi pitting corrosion pada material SS.

2.4.2. 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 terbentuk akibat pengelasan yang tidak sempurna, sudut-sudut yang sempit, celah/sudut antara 2 atau lebih lapisan metal, celah antara mur/baut dsb. Praktis korosi ini terjadi di daerah yang sangat sempit misalnya celah, sudut, takik dan sebagainya seperti terlihat pada Gambar 2.5. Crevice Corrosion dapat dipandang sebagai pitting corrosion yang lebih berat/hebat dan terjadi pada temperature di bawah 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 2.5. Ilustrasi crevice corrosion yang menyerang saat 2 material bertemu dan membentuk celah sempit, sehingga terjadi perbedaan kandungan oksigen yang menyebabkan korosi.

2.4.3. 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 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 temperaturnya cukup tinggi. Sebagai akibatnya aplikasi SS dibatasi untuk

  o

  menangani cairan panas ber-temperatur 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) relatif tinggi. Grade 316 tidak lebih tahan secara siknifikan dibanding 304. Duplex SS (misal 2205/ UR 45N) lebih

  o

  tahan dibanding 304 atau 316 bahkan sampai temperatur aplikasi 150 C dan super duplex akan lebih tahan lagi terhadap stress corrosion cracking. Pada beberapa kasus, korosi ini dapat dikurangi dengan cara 'shot peening', penembakan permukaan logam dengan butir pasir logam, atau juga meng- annealing setelah SS selesai dimachining, sehingga dapat mengurangi tegangan pada permukaan logam.

2.4.4. Intergranular Corrosion

  Korosi ini disebabkan ketidak sempurnaan mikrostruktur SS. Ketika

  o

  austenic 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 2.7). Secara umum SS dengan kadar karbon <2 % relative tahan terhadap korosi ini. Ketidaksempurnaan mikrostruktur ini diperbaiki dengan menambahkan unsur yang memiliki afinitas ("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, 30815/Sirius S15, 310/Sirius 310 dan juga 314/Sirius 314).

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

2.4.5. 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 (Gambar 2.8). Dengan terjadinya hubungan elektrik tersebut maka logam yang bersifat anoda (less noble) 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 larutan

Gambar 2.8. Ilustrasi terjadinya korosi antara dua logam yang berbeda jenis keaktifannya (logam A dan B).

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Bagan Alir penelitian

  Bagan alir penelitian ditunjukkan di dalam gambar 3.1 :

  PENGERINGAN SPESIMEN (DIJEMUR) PENGAMBILAN DATA (DITIMBANG)

  KESIMPULAN DAN SARAN ANALISIS DAN PERHITUNGAN BENDA UJI (Stainless Steel 304)

PEMBUATAN LARUTAN ASAM

  

MEJADI pH = 1

LARUTAN H ₂ SO ₄ PEKAT ANALISIS

PERENDAMAN SPESIMEN KEDALAM

LARUTAN H ₂ SO ₄ pH 1 YANG BERSUHU 70 ^O C SELAMA 6 JAM DILANJUTKAN PADA SUHU 29 ^O C

SELAMA 18 JAM SECARA PERIODIK

DALAM WAKTU 12 MINGGU

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

3.2. Bahan dan Peralatan

3.2.1 Bahan

  a. Spesimen / benda uji Bahan yang digunakan sebagai benda uji / spesimen adalah baja tahan karat (Stainless Steell 304) yang memiliki komposisi sebagai berikut :

  Cr = 18,358%, Ni = 8,408%, C = 0.047%, Fe = 70,47%

Gambar 3.2. Baja tahan karat (Stainless Steell 304)

  b. Larutan H