karbida baja

5/12/2018 karbida baja - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/karbida-baja 1/7

41

Investigasi Derajad Presipitasi Karbida Krom pada Baja Tahan Karat

Austenitik dengan Pengamatan Makro

Suwarno, Abdullah Shahab

Laboratorium MetalurgiJurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri ITS

Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya, Email: [email protected]

AbstrakPresipitasi karbida pada batas butir baja tahan karat austenitik menurunkan kadar kromium

disekitarnya, sehingga menyebabkan baja tahan karat terserang korosi batas butir. Setiap seri baja

tahan karat mempunyai tendensi yang berbeda-beda terhadap presipitasi karbida tergantung dari

komposisi kimia, serta parameter pengerjaan yang memberikan input panas seperti yang terjadi

dalam proses pengelasan.

Digunakan pengamatan makro untuk mendeteksi derajat presipitasi karbida, yaitumemberikan input panas dengan las TIG diam, dengan variasi arus pengelasan. Spesimen

digrinding kemudian dietsa dengan waktu berlebih akan tampak presipitasi secara makro,

berupa daerah berwarna kontras yang berbentuk seperti korona, dan dapat diukur jarak awal,

jarak akhir, serta lebar presipitasinya.

Pengamatan mikro memberikan validasi bahwa daerah korona tersebut adalah presipitasi

karbida disekitar batas butir, sehingga pengamatan makro dapat digunakan sebagai alternatif

untuk mendeteksi tendensi suatu baja tahan karat mengalami presipitasi karbida. Dari data

disimpulkan bahwa semakin tinggi arus, dan kadar karbon yang semakin tinggi akan menaikkan

derajat presipitasi karbida.

Kata kunci : pengamatan makro,derajat presipitasi, lebar presipitasi

Korosi batas butir telah lama menjadi

obyek penelitian, dimulai oleh Hanfield pada

tahun 1926 yang mengamati tangki yang

mengandung sulfida tembaga, pada tahun

1950 Mahla dan Nielson melihat lebih teliti,

bentuk, ukuran serta letak dari presipitasi

karbida sebagai penyebab korosi batas butir.

Kasus yang paling sering ditemui adalah korosi

batas butir pada baja tahan karat austenitik (austenitic stainless steels), dimana terjadi

presipitasi karbida (M23C6) pada batas butir,

sehingga daerah sekitar batas butir mengalami

chromium depletion, yaitu kurang dari 12 %

yang merupakan syarat ketahanan baja

terhadap korosi [3,7]. Korosi terjadi sebagai

akibat tidak terjadinya lapisan tipis yang

mampu melindungi baja karena kurangnya

kromium pada paduan tersebut. Karbida terjadi

sebagai akibat adanya unsur kimia yang

membentuk senyawa, sebagai akibat energi

yang mengaktifasi unsur paduan. Energi dapat

terjadi sebagai akibat proses pengerjaan pada

baja tahan karat, seperti yang terjadi dalam

proses pengelasan [2,4]. Sehingga dapat

dikatakan bahwa faktor yang paling

berpengaruh terhadap presipitasi karbida

adalah unsur paduan dalam baja tahan karat

dan kuantitasnya dipengaruhi oleh perlakuan

yang diberikan kepadanya. Dalam aplikasinya

baja tahan karat tidak selalu didesain untuk

tahan terhadap korosi batas butir, sehinggagolongan baja tahan karat tertentu, seperti

beberapa seri baja tahan karat austenitik

mempunyai kecenderungan terkorosi batas

butir yang berbeda-beda.

Metode pengamatan korosi sering

digunakan untuk mengamati korosi batas butir

dan menentukan tingkat kecenderungan baja

tahan karat terserang korosi batas [12]. Percobaan ini memerlukan waktu yang relatif

lama dengan rangkaian proses yang panjang

yaitu pemberian spesimen dengan panas

supaya terjadi temperatur sensitisasi,

screeening secara mikrografi, percobaan



42 Jurnal Teknik Mesin, Volume 5, Nomor 2, Mei 2005

korosi, dan kemudian persiapan untuk

pengamatan mikrografi sebagai validasi laju

korosi, baru kemudian dapat diketahui hasilnya

yaitu weight lost. Metode yang lain dengan

pengukuran potensial korosi dari spesimen

yang telah disensitisasi yaitu dengan

electrochemical potentiokinetic reactivation

(EPR) test [13]. Metode ini mengukur

banyaknya arus yang terjadi saaat

berlangsungnya korosi batas butir, sehingga

dapat diketahui kecenderungan korosi pada

stainless steel. Kedua metode tersebut tentu

saja mempunyai kelebihan dan kekurangan,

namun keduanya tidak menunjukkan angka

kuantitas yang berkaitan langsung dengan

presipitasi karbida.

Dalam tulisan ini akan dicoba sebuah

alternatif yang baru yang bisa dikembangkan

untuk mendeteksi tendensi baja tahan karat

mengalami korosi batas butir. Pengamatan

makro dipakai yaitu dengan memberikan input

panas pada spesimen dengan pengelasan TIG

diam (stationer), dengan variasi arus 60, 75,

dan 90 dengan lama waktu penyalaan busur 15

detik. Kemudian spesimen dipoles, dietsa

elekrolitik, dan diukur jarak awal, jarak akhir,

dan lebar presipitasinya secara makro. Baja

tahan karat yang mempunyai, jarak awal, jarak akhir dan lebar presipitasi yang lebih besar

dikatakan mempunyai derajad presipitasi yang

lebih tinggi, kondisi tersebut ditunjukkan pada

spesimen yang mempunyai kadar C tinggi

dalam hal ini SS 304 dan arus yang tertinggi.

MetodologiFaktor yang berpengaruh terhadap

presipitasi karbida adalah komposisi kimia baja

tahan karat sebagai base potential serta adanya

input panas seperti pengelasan sebagaipengaktif potensial tersebut. Beberapa

penelitian menyebutkan bahwa faktor kadar

karbon dan besarnya energi yang

direpresentasikan sebagai arus mempunyai

pengaruh yang besar terhadap jumlah

chromium depletion [1,4,9,11]. Besarnya

pengaruh variabel–variabel tersebut akan

diselidiki dengan metode makro oleh karena

itu akan dilakukan serangkain percobaan yang

digambarkan dengan flowchart gambar 1.

Tabel 1. Komposisi kimia spesimenC Cr Ni Mo TI Si

1 304L 0,018 19,09 11,79 0,177 0,052 0,209

2 304 0,044 19,29 12,55 0,12 0,082 0,3

material

Langkah-langkah percobaan adalah sebagaiberikut :

1. Persiapan spesimen, spesimen adalah baja

tahan karat austenitik 304 & 304L dengan

dimensi 40x40x5 mm dengan komposisi

kimia seperti pada tabel 1, jumlah

spesimen 6 buah.

Gambar 1. Diagram alir rangkaian penelitian

2. Persiapan pengelasan, menggunakan Las

TIG diam DCSP high frekuensi gaspelindung argon, dengan kapasistas 15

liter/menit, elektroda yang digunakan

tungten dengan kadar thorium 2 %, jarak

tip dengan spesimen 4 mm.

3. Pelaksanaan pemberian panas, dilakukan

dengan penyalaan busur las TIG diam

dengan memberikan variasi heat input.

Variasi heat input didapatkan dari variasi

arus pengelasan dan lama waktu penyalaan

tertentu, dalam percobaan ini digunakan

arus sebesar 60A, 75 A, 90A, dengan

variasi waktu penyalaan 15 detik.



Suwarno, Investigasi Derajad Presipitasi Karbida Krom 43

4. Pemberian input panas dilakukan dengan

meletakkan spesimen dibawah torch las

TIG, tepat pada tengah-tengah spesimen,

kemudian baru dinyalakan dengan waktu

sesuai desain eksperimen yaitu 15 detik.

5. Setelah dilakukan pengelasan, spesimen

digrinding dengan kertas gosok dari yang

paling kasar, grid 120 sampai grid 2000.

6. Electrolytic etching, dilakukan dengan

spesimen sebagai anoda, sedangkan

sebagai katoda adalah bahan dengan jenis

dan dimensi yang sama. Jarak katoda

anoda adalah 25 mm dengan larutan asam

oksalat 10 %. Arus yang digunakan

adalah 5 A dengan Voltase 12 V lama

waktu etsa yang digunakan adalah 15

menit.

7. Setelah itu tampak seperti korona

disekitar weld metal, sehingga dapat

dilakukan pengukuran seperti pada gambar

2, Diamater lingkaran korona yang dalam

(D2) dibagi 2 sebagai jarak awal, Diamater

lingkaran yang terluar (D3) dibagai 2

sebagai jarak akhir, dan lebar presipitasi

adalah jarak akhir dikurangi jarak awal

(Lb).

Gambar 2. metode pengukuran makro, jarak

awal, jarak akhir, dan lebar presipitasi

8. Untuk memvalidasi apakah benar yang

tampak putih tersebut adalah presipitasi

karbida, maka dilakukan pengujian

dengan pengamatan mikro. Pengamatan

mikro dilakukan dengan jalan

mengrinding ulang spesimen, sampai grid

2000 atau sampai tahap polishing,kemudian dilakukan electrolytic etching

dengan metode yang sama seperti pada

pengamatan makro, hanya waktu yang

digunakan adalah 3 menit.

Hasil Percobaan

Hasil electrolytic etching selama 15menit, ditunjukkan pada gambar 3, terlihat

bahwa terjadi daerah putih berbentuk korona

mengelilingi weld metal. Terlihat semakin

tinggi arus yang digunakan akan semakin

besar diameter dan lebar presipitasi yang

dihasilkan. Jika dibandingkan antara dua

material dalam hal ini SS 304 dan SS 304 L

maka SS 304 mempunyai lebar presipitasi

yang makin besar pada arus yang sama, dan

juga mempunyai kekontrasan warna yang

berbeda terlihat SS 304 lebih menghasilkan

warna yang kontras dibanding dengan SS

304L.

Kemudian pengukuran dilakukan dengan

alat bantu jangka sorong, dihasilkan jarak

awal, jarak akhir, dan lebar presipitasi karbida

krom, Jika hasil tersebut digrafikkan maka

akan terlihat grafik seperti pada gambar 4,

terlihat semakin tinggi arus maka akan semakin

tinggi jarak awal, jarak akhir serta tebal

presipitasi karbida krom. Dan jika

dibandingkan kedua jenis SS mempunyai maka

jarak awal, jarak akhir, lebar presipitasi yang

berbeda.

Hasil percobaan berikutnya adalah

sebagai validasi bahwa daerah putih kontras

pada spesimen adalah merupakan presipitasi

karbida. Pengamatan mikro dilakukan dengan

melakukan grinding dan polishing ulang pada

spesimen yang telah diukur secara makro.

Kemudian di etsa secara electrolytic hanya saja

waktu yang digunakan lebih pendek yaitu 3

menit. Hasilnya secara makro terlihat bentuk

yang mirip sama seperti jika dilakukan denganwaktu etsa yang lebih lama, namun tidak

begitu kontras. Pada titik-titik tertentu

dilakukan pengambilan gambar struktur mikro

yaitu pada daerah tidak terkena pengaruh

panas lebih (base metal), tepat garis korona

yang disebut sebagai daerah antara, dan pada

daerah yang terlihat putih yang disebut sebagai

daerah HAZ, hasilnya terlihat pada gambar 5.

Pada gambar 5 terlihat struktur mikro

spesimen pada arus pengelasan 75 A, dimana

pada base metal, gambar 5a dan d tidak terlihat presipitasi dengan tidak ada warna

hitam-hitam disekitar batas butir, Sedangkan

D2 D3

Lb




pada gambar 5 b dan e terlihat sebagaian yang

terdapat presipitasi sebagian lagi tidak, karena

merupakan batasan daerah HAZ dengan base

metal. Sedangkan pada daerah HAZ terlihat

banyak sekali presipitasi karbida, sebagaimana

terlihat pada gambar 5 c dan f. Bila

dibandingkan antara material SS 304 dengan

SS 304 L maka lebar presipitasi karbida akan

lebih lebar SS 304. kondisi ini dipengaruhi

karena kadar karbon SS 304 yang lebih tinggi,

jika dibandingkan dengan SS 304 L.

PembahasanHasil percobaan dengan memberikan

input panas dengan las TIG diam

memperlihatkan hasil yang bisa diamati

dengan pengamatan makro. Pengamatan makro

dihasilkan dari electrolytic etching yang

diperlama waktunya (over-etch), sehingga pada

spesimen terlihat bentuk korona disekitar weld

metal. Pada gambar 3 dan digrafikkan pada

gambar 4, memperlihatkan diameter korona

dan lebar korona yang berbeda-beda pada

masing-masing kondisi dan parameter

pemberian input panas. Input panas dalam hal

ini dibedakan dengan variasi arus pada

pengelasan, terlihat semakin besar arus maka

akan semakin besar diameter korona yang

terjadi, dan semakin lebar daerah korona yang

dihasilkan, dimana pada kedua jenis spesimen

memperlihatkan trend yang sama. Arus 90 A

memberikan jarak awal, jarak akhir, dan lebar

presipitasi yang terbesar. kondisi tersebut

dijelaskan karena terbentuknya karbida

dipengaruhi oleh heat input yang diberikan dan

lama waktu spesimen berada pada temperatur

sensitisasi.

A

SS 304, I = 60 A

B

SS 304, I = 75 A

C

SS 304, I = 90 A

D

SS 304L, I = 60 A

E

SS 304L, I = 75 A

F

SS 304L, I = 90 A

Gambar 3. Hasil pengamatan presipitasi karbida secara makro pada SS 304 dan SS 304L




Pengaruh arus terhadap Jarak awal, Jarak akhir, serta lebar

presipitasi pada 304 dan 304L dengan t =15 detik

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

Arus ( ampere)

J a r a k a w a l , a k h i r ,

l e b a r ( m m )

lebar presipitasi304

Jarak akhir304

Jarak awal 304

lebar Presipitasi304L

Jarak awal 304L

Jarak akhir 304L

Gambar 4. Grafik hubungan arus pengelasan dengan presipitasi karbida

Lama waktu suatu spesimen dalam

temeperatur sensitisasi dapat dijelaskan dengan

siklus termal las untuk masing-masing kondisi

pengelasan. Heat input yang tinggi dalam hal

ini arus yang besar akan mempercepat

spesimen berada pada daerah sensitisasi tetapidengan laju pendinginan yang lambat sehingga

specimen berada pada range temperatur

sensitisasi antara 450-800oC yang lebih lama

dibandingkan dengan arus yang lebih rendah.

Jika dibandingkan antara SS 304 dengan

304 L, pada arus yang sama maka terjadi

perbedaan lebar, jarak awal, serta jarak akhir

presipitasinya. Kondisi tersebut dipengaruhi

oleh komposisi kimia masing-masing material

terhadap kemampuan merambatkan panas

sehingga, mempunyai perbedaan letak suatu

daerah mengalami presipitasi karbida.

Presipitai karbida juga dipengaruhi oleh kadar

karbon spesimen, dalam hal ini kadar karbon

yang tinggi akan mempunyai kuantitas karbida

yabg lebih banyak dalam waktu yang sama

dapat dikatakan juga laju pembentukan

karbida akan lebih tinggi pada stainless steel

yang mempunyai kadar karbon yang tinggi.

Sehingga SS 304 mempunyai lebar presipitasi

yang lebih besar dibanding dengan SS 304L,

kondisi tersebut sejalan dengan diagram

presipitasi pada gambar 5. Kuantitas karbidatersebut ditunjukkan juga dengan warna korona

yang lebih kontras pada SS 304 dibanding pada

304 L.

Gambar 5. Temperature precipitation diagram

stainless steel dengan kadar karbon yang

berbeda

Hasil tersebut dikonfirmasikan dengan

pengamatan mikro dibeberapa titik tertentu

dalam spesimen yang hasilnya digambarkan

pada gambar 6. Pada base metal tidak

ditemukan adanya presipitasi karbida, karena

logam induk belum mendapatkan input panas

yang memadai. Sedangkan pada daerah HAZ

ditemukan presipitasi karbida krom disekitar

batas butir, karena daerah tersebut menerima

pengaruh temperatur yang cukup. Terlihat pada

arus 90 A akan mempunyai presipitasi karbidayang lebih banyak dibanding pada Arus 75 A

dan 60 A. Kuantitas karbida pada arus 90 A




berbeda pada SS 304 dan SS 304L karena

pengaruh kadar karbon.

Hasil ini memberikan alternatif, selain

percobaan korosi [12,13], untuk mengetahui

tendensi suatu baja tahan karat terserang

korosi batas butir dengan melihat kuantitas

presipitasi karbida. Dimana lebar korona dan

warna memberikan informasi derajad

(tendensi) suatu baja tahan karat terserang

korosi batas butir. Lebar yang besar dan warna

yang makin terang berarti tendensi yang

semakin besar. Selain itu pengamatan makro

memberikan informasi letak (lokasi) awal dan

berakhirnya korosi batas butir pada baja tahan

karat di lingkungan korosif.

a. 304 base metal b. 304 antara c. 304 HAZ

d. 304L base metal e. 304L antara f. 304 L HAZ

Gambar 6. Struktur mikro pada masing-masing daerah pengamatan

KesimpulanEksperimen pemberian input panas

dengan pengelasan TIG diam pada baja tahan

karat austenitik, memberikan alternatif

mendeteksi derajat suatu baja tahan karat

terserang korosi batas butir dengan melihatpresipitasi karbida yang terjadi secara makro.

Dengan metode tersebut dapat diukur derajad

presipitasi, yaitu dengan mengukur jarak awal,

jarak akhir, lebar presipitasi, serta kekontrasan

warna. Arus yang tinggi dan kadar karbon

yang tinggi akan memberikan lebar yang

besar, dan warna yang lebih kontras, yang

dikatakan mempunyai derajad presipitasi yang

besar. Pengamatan mikro memberikan validasi

bahwa daerah korona yang terbentuk disekitar

weld metal adalah karbida krom. Semakinkontras warna dan semakin lebar korona akan

semakin banyak kromium dan karbon yang

membentuk karbida, yang berarti akan

semakin sensitif terhadap korosi batas butir.

Daftar Pustaka[1] AWS, 1987, “Welding Stainless Steels”,

Welding Handbook Vol IV: Material and Aplications, AWS, New York.

[2] Farouq, Achmad, 1996, ”Analisa Derajad

Presipitasi Karbida Pada Baja Tahan

Karat Type 304 Akibat Pendinginan dan

Perlakuan Panas”, Tugas akhir , Jurusan

Teknik Mesin FTI, ITS Surabaya.

[3] Fontana, Mars. Guy, 1987, Corrosion

Engineering, 2nd

edition, Mc-Graw Hill,

New York.

[4] Kuncoro, Kukuh, R. 1994, ”Analisa

Pengaruh Parameter Las terhadap DerajatPresipitasi karbida pada Baja tahan Karat




Type 304. 316L, 317, 321”. Tugas Akhir ,

Jurusan Teknik Mesin FTI, ITS Surabaya.

[5] Lincoln Electric, 1973, “Weldability of

Stainless Steel”, The Procedure of Arc

Welding, London.

[6] Messler.Jr, Robert W, 1999, Principle of

Welding: Process, Physics, Chemistry,

and Metallurgy, John willey & Sons,

New York.

[7] Packer, Donald, Berstain, 1979,

Handbook of Stainless Steels, Mc-

GrawHill, New York.

[8] Smith, William. F, 1999, Struktur and

Properties of Engineering Alloys, Mc-

GrawHill, Singapore

[9] Sulistijono. Suharto, 1993, “Korosi Batas

Butir Pada Stainless Steel”, Seminar

Teknologi Industri, ITS, Surabaya:1993.

[10] Korostelev, AB, Abramov VY, 1996,

Belous VN, “Evaluation of stainless steel

for their resistance to intergranular

corrosion”, Journal of Nuclear Materials

233-237, 1996: 1361-1363

[11] Matula, M,Hyspecka, L, Svoboda M,

Vodarek V, Dagbert C, Galland J,

Stonawska Z, Tuma L, 2001,

”Intergranular corrosion of 316L steel”,

Materials Characterization 46, 2001:203-210.

[12] ASTM A 262-90, “Standard practices for

detecting susceptibility to intergranular

attack in austenitic stainless steels”,

Annual Book of ASTM Standards 1990:

Section 3. Metals test methods and

analytical procedures: vol. 03.02. Wear

and erosion. Metal corrosion. Philadelpia,

PA: ASTM, 1992.

[13] ASTM G 108-92. “Standard test method

for electrochemical reactivation (EPR) for

detecting sensitization of AISI 304 and

304L stainless steels”. Annual Book of

ASTM Standards 1999: Section 3. Metals

test methods and analytical procedures:

vol. 03.02.Wear and erosion. Metal

corrosion. Philadelpia, PA:ASTM, 2002.

[14] Padilha A F, Rios, PR, 2002,

“Decomposition of Austenite in

Austenitic Stainless Steels”, ISIJ

International, Vol. 42 (2002), No. 4, pp.

325–337.

karbida baja

Documents