ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah Bahan Bakar Nuk/ir VP27BDU dan P2BGN -BA TAN Jakarla, 22 Pebruari 2000

TRANSFORMASI FASE DAN KEKERASAN PADUAN BAJA SS 316 L HASILPELEBURAN DAN PERLAKUAN PANAS PADA TEMPERATUR TINGGI

Saeful Hidayat dan Djoko Hadi PrajitnoP3TkN-BATAN

ABSTRAK

TRANSFORMASI FASE DAN KEKERASAN PADUAN BAJA SS 316 L HASIL PELEBURAN DANPERLAKUAN PANAS PADA TEMPERATUR TINGGI. Tefah dilakukan penelitian perlakuan panaspad a temperatur tinggi paduan baja tahan karat SS 316 L hasil pengecoran. Paduan baja tahankarat SS 316 L dilebur dengan tungku busur listrik dalam atmosfer argon. Laku panas paduanhasil peleburan tersebut dilakukan dafam tungku tabung pada temperatur 1400°C dengan waktu1/2, 1, dan 2 jam. Dari hasil pengamatan dengan mikroskop optik tersebut menunjukkan bahwastruktur mikro paduan baja tahan karat 55316 L hasil pengecoran mempunyai struktur dendritdengan rase utama tent. Proses perlakuan panas baja tahan karat 55316 L hasif pengecoranuntuk waktu yang febih lama akan menurunkan jumlah rase ferit diikuti dengan naiknya raseaustenit. Proses perfakuan panas juga akan mendorong pembentukan batas butir rase austenit.Hasil pengujian kekerasan menunjukkan bahwa waktu perlakuan panas yang febih lama akanmenaikkan harga kekerasan paduan baja tahan karat 5S 316 L.

ABSTRACT

PHASE TRANSFORMATION AND HARDNESS OF SS316L STEEL CAST ALLOY AFTERHEA T TREA TMENT A T HIGH TEMPERA TURE. Heat treatment Study of SS 316 L cast alloy athigh temperature was conducted. The alloy of SS 316 L was melted by arc melting fumace inargon atmosphere. Heat treatment of SS 316 L casting alloy was carried out in tube fumace at140d'C for period of 1/2, 1 and 2 hours. The optical microscopic characterization showed thatSS 316 L cast has got dendritic micro structure with ferrite as the primary phase. After the heattreatment, the ferrite phase underwent gradual decrease followed by an increase of the austenitephase. The heat treatment proces also resulted in the fonnation of the new grain boundary. Thehardness examination revealed that for longer period of the heat treatment, the hardness ofSS 316 L increased.

PENDAHULUAN

Baja tahan karat Austenit 316 Lban yak digunakan dalam industri nuklirkarena baja tersebut mempunyai sifatmekanik yang baik pada temperatur tinggi,mudah difabrikasi dan mempunyai ketahanankorosi yang baik [1,2]. Salah satupenggunaan baja tahan karat austenit 316 Ladalah untuk pipa kelongsong bahan bakarreaktor pembiak cepat. Dalam pemakaiannyakelongsong tersebut akan mengalamitekanan dari dalam yang disebabkan olehproduk fisi dan mengalami iradiasi olehneutron cepat. Kerugiannya baja tahan karatAustenit 316 L tersebut tidak tahan terhadap

pengembangan gas walaupun mempunyaiketahanan mulur yang tinggi pad a temperaturtinggi. Dilain fihak baja tahan karat feritikmempunyai ketahanan terhadappengembangan gas yang tinggi tetapimempunyai ketahanan mulur yang rendah.Untuk menaikkan ketahanan baja tahan karatAustenit 316 L terhadap pengembangan gasdan mulur pad a temperatur tinggi maka bajatersebut perlu dimodifikasi .Pada Gambar 1diperlihatkan diagram alir pengembanganbaja tahan karat [3,4].

Diagram alir pengembanganbaja tahan karat

Gambar1

Pada makalah ini akan dibahasperubahan struktur mikro dankorelasi

163

Prosiding Presentasi I/miah Bahan Bakar Nuklir VP27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

ISSN1410-1998

kekerasan baja tahan karat austenit 55 316 Lhasil peleburan logam sebelum dan setelahbaja tersebut mengalami perlakuan panaspada temperatur tinggio Penelitian inimerupakan tahap awal penelitianpengembangan baja tahan karat austenit55316 L, pada penelitian lanjutan akanditeliti modifikasi baja tahan karat austenit55 316 L dengan menambahkan unsurpemadu. Dari penelitian ini diharapkan dapat

mengetahui pengaruh proses pembuatan(peleburan, pemaduan dan perlakuan panas)pada karakter paduano

tersebut diperlihatkan bahwa paduanSS 316 L rnernpunyai struktur rnikro butirsarna surnbu (equaxed). Pad a garnbartersebut juga diperlihatkan bahwa daerahtertentu terdapat bidang kernbar.

PERCOBAAN/METODA KERJA

SS 316 L ditimbang sesuai dengankeperluan, kemudian dilebur dalam tungkubusur listrik. Proses peleburan dilakukandalam krusibel tembaga yang berpendinginair dalam lingkungan atmosfer argon.Diagram alir percobaan dapat dilihat pad aGambar 2. Hasil peleburan berupa ingot

kancing dengan dipotong menggunakan highspeed diamond cutting machine merkStruers. Potongan yang lain dimetalografiuntuk memperoleh citra struktur mikro.Pemeriksaan struktur-mikro dilakukan setelahpaduan logam SS 316L dietsa denganlarutan kimia Vilella's. Pengujian kekerasandilakukan dengan alat uji kekerasan mikroVicker Hardness dengan beban sebesar300 gram. Pengujian kekerasan dilakukandengan waktu indentasi selama 10 detik.

Batang 55 316 L

-

Gambar 3. Mikro struktur paduan SS 316L

Struktur mikro paduan SS 316 Lhasill pembekuan paduan log am hasilpengecoran ditunjukkan pada Gambar 4(a)dan (b). Pada Gambar 4 diperlihatkan bahwastruktur mikro hasil pembekuan mempunyaistruktur utama dendrit yang mempunyai faseferit berwarna gelap. Sedangkan faseaustenit berada di antara gel-gel dendrit yangmempunyai warna terang. Lengan utamadendrit tersebut tumbuh kearah memanjangdengan ranting yang tumbuh ke arah

~

c:$:J11414+--+(0)

Gambar 2. Diagram alir percobaan

HASIL

1. Struktur mikro5711(b) +-'-+

Gambar4. (a) dan (b) Paduan SS 316 Lhasil peleburan

Struktur mikro paduan SS 316 Ldalam bentuk batang hasil metalografiditunjukkan pada Gambar 3. Dari gambar

164

ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi Ilmiah Bahan Bakar Nuklir VP2TBDU dan P2BGN -BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

(a) 51 !1--

57"~ (d) 2911.-c-.

Gambar 5. 5truktur mikro Paduan 55 316 L Hasil Perlakuan Panas, (a) dan (b) perlakuan panas1/2 jam (c) dan (d) 1 jam

samping kiri dan kanannya. Lengan-lenganutama tersebut tumbuh pad a arah tertentudan akan saling berpotongan bila bertemudengan lengan utama yang lain sepertidiperlihatkan pada Gambar 4 (a).

5truktur mikro paduan 55 316 Lhasil peleburan dan perlakuan panasselama 1/2 jam ditunjukkan pada Gambar 5 ...

(a) dan (b) dan Gambar 5 (c). 5 (d). sertaGambar 6 (a) dan 6 (b) untuk perlakuanpanas selama 1 jam dan 2 jam. Perlakuanpanas selama 1 jam mempunyai stukturmikro yang relatif sam a dengan yang 2 jam,hanya pad a perlakuan panas 2 jampemutusan rantai dendritik lebih banyak.Pad a Gambar 5 (a) terlihat bahwa terjadipemutusan rangkaian ikatan pad a fase ferit(warn a gelap) dan makin membesarnya faseaustenit (warna terang). Pad a waktuperlakuan panas selama 1/2 jam juga akanmemunculkan batas butir fase austenitseperti diperlihatkan pada Gambar 5 (b).Pada waktu perlakuan panas selama 1 jamdan 2 jam akan semakin jelas pemutusanrangkaian ikatan fase ferit sehinggamenurunkan interkoneksitas fase ferit(warn a gelap) dan menaikkan jumlah fase

austenit (warna terang) seperti ditunjukkan

(. ) ~

19 I'+-'-+Paduan

Perlakuan

( b)

Gambar 6. Struktur mikroSS 316 L HasilPanas 2 jam

165

Prosiding Presentasi Ilmiah Bahan Bakar Nuklir VP27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarla, 22 Pebruari 2000 ISSN 1410-1998

pada Gambar 5 (c) dan 5 (d). Perlakuanpanas tersebut juga akan mendorongterbentuknya batas butir fase austenit padadaerah fase ferit yang menghilang seperti

diper!ihatkan pada Gambar 6 (a) dan 6 (b)dengan pembesaran gambar yang berbeda.

dinding cetakan yang lain sehingga lengantersebut akan bertabrakan dan akanmenghentikan pertumbuhan lengan utamadendrit seperti diperlihatkan pad a Gambar 4

{a}.

2. Uji Kekerasan

Perubahan kekerasan dalampaduan SS 316 L setelah dilebur danperlakuan panas dapat dilihat pada Tabell.

Tabel1. Kekerasan Paduan SS 316 L

Logam paduan baja tahan karat316 L dalam bentuk batang mempunyaikekerasan rata-rata sebesar 209 HV.Sedangkan kekerasan rata-rata setelahpeleburan baja tahan karat 316 L sebesar173 HV ( Hard Vickers ). Sedangkan setelahleburan baja tahan karat 316 L mengalamiperlakuan panas selama 1/2 jam, 1 jam dan2 jam terjadi kenaikan harga kekerasan rata-

ratanya seperti diperlihatkan pada Tabel1.

Proses perlakuan panas padatemperatur 1400oC pada tahap awal akanmemutuskan rantai dendrit dari fase feritsebagai akibatnya interkoneksi fase feritmenjadi terputus seperti diperlihatkan pad aGambar 5 (a) Pemutusan interkoneksi faseferit semakin besar untuk waktu pemanasanyang lama hal ini terjadi setelah waktupemanasan yang agak lama fase ferittersebut akan larut dalam fase austenit

sebagai akibatnya terjadi penurunan jumlahfase ferit atau dengan kala lain terjadikenaikan jumlah fase austenit.

Pada proses perlakuan panas pad atemperatur 1400°C dengan waktu yang lebihlama juga akan mendorong terbentuknyabetas butir fase austenit pada daerah faseferit yang telah menghilang sepertidiperlihatkan pada Gambar 5 (d). Hal inimenunjukkan bahwa pad a proses lakupanas yang lebih lama terjadi homogenisasipaduan baja SS 316 L melalui pelarutanfase ferit ke dalam fase austenit denganditandai munculnya bates butir fase austenitpada daerah fase ferit.

Seperti diperlihatkam pada Tabel 1bahwa paduan SS 316 L hasil peleburanmempunyai kekerasan mikro lebih tinggi biledibandingkan harga kekerasan mikro hasilperlakuan panas untuk waktu setengah jam.Hal ini disebabkan bahwa paduan hasil

peleburan mempunyai segregasi makroyang cukup tinggi sehingga menyebabkankekerasannya juga tinggi. Untuk waktuperlakuan panas yang lebih lama akanterjadi kenaikan harga kekerasan mikronyabila dibandingkan dengan perlakuan panasselama setengan jam. Hal ini disebabkanoleh terjadinya recoveri fasa austenit yangditandai perubahan mikrostrukturnya yaitudengan terbentuknya fasa austenit yanglebih banyak den terjadi penguranganjumlah fase ferit dengan cara pemutusanrantai fase ferit. Sehingga harga kekerasanpaduan hasil perlakuan panas yang lebihlama akan mendekati harga kekerasan awalpaduan tersebut.

PEMBAHASAN

Pembekuan paduan logam SS 316L hasil pengecoran dihasilkan bentukstruktur mikro dendrit dengan fase utamaferit dengan fase austenit diantara fase feritseperti ditunjukkan pad a Gambar 4 (a) dan(b). Sehingga dapat disimpul bahwa typepembekuan paduan baja tersebut adalahferit austenit karena baja tersebutmempunyai harga cr , !Nieq. yang tinggi [5].Pembekuan paduan ogam dikontrol olehlaju aliran panas di daerah antarmuka

padatan (cetakan)-cairan. Temperaturantarmuka padatan-cairan cukup tinggikarena pada antarmuka tersebut terjadipelepasan panas peleburan. Pad a saat intitumbuh ke dalam cairan pada permukancetakan logam cairan mengalamipendinginan yang berlebihan sehinggaantar-muka tidak stabil dan akan tumbuhtonjolan sebagai lengan utama dendritdengan arah ke dalam cairan. Lenganutama dendrit tersebut tumbuh pada daerah

KESIMPULAN

Oari data hasil percobaan danpembahasan yang telah dilakukan maka

166

ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi l/miah Bahan Bakar Nuklir VP27BDU dan P2BGN -BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

[5]. SHANKAR, V. dkk. , Welding Journal,(1988) 193.

Tanya Jawab

berapaakan

Herliyani Suharta.Pada temperatur operasi

material yang bapak teliti

digunakan?Saeful Hidayat.Pad a temperatur ~ 350°C sesuai

temperatur reaktor FBR.

dapat disimpulkan beberapa hal sebagaiberikut :

1. Dari hasil pengamatan denganmikroskop optik tersebut menunjukkanbahwa mikro struktur paduan baja tahankarat 55 316 L hasil pengecoranmempunyai struktur dendrit dengan faseutama ferit.

2. Hasil perlakuan panas paduan bajatahan karat 55 316 L pad a temperatur1400°C hasil pengecoran akanmenurunkan jumlah fase ferit yangdiikuti dengan naiknya jumlah faseaustenit.

3. Perlakuan panas paduan baja tahankarat 55316 L hasil pengecoran jugaakan mendorong pembentukan batasbutir fase austenit.

4. Hasil pengujian kekerasan menunjukanbahwa waktu perlakuan panas yanglebih lama akan menaikkan hargakekerasan mikro paduan baja tahankarat 55 316 L.

5. Naiknya harga kekerasan mikrodisebabkan oleh terjadinya recoveri fasaaustenit

DAFTAR PUSTAKA

Suwoto.Apakah perlakuan panas yang lebih

lama dari yang anda lakukan akanmenaikkan harga kekerasan paduanbaja tersebut? Mohon penjelasan apapernah mengetahui (dari referensi lain)ada yang pernah melakukan perlakuanpanas lebih lama?

Saeful Hidayat.Pemanasan yang lebih lama diduga

akan menaikkan harga kekerasan,karena fase ferit yang ada akanberkurang dan menghilang. Tapikorelasi antara naiknya kekerasan danmakin lamanya pemanasan dari literaturbelum saya dapatkan.[1]. SHAIKH, H., VINOV, T.V., and.

KHATAK, H.S., Materials Science andTechnology, 14 (1998) 129.

[2]. MIMURA, H., dkk, Welding Journal,(Agustus 1998) 350.

[3]. FUJIWARA, M. and SAWARAGI, V.,Research and Development of FaR FuelCladding Tubes, Proceeding of theFourth International Symposium. (1983)

[4]. THEWLlS, G., WHITEMAN, J.A., and.SENOGLES, D.J., Materials Scienceand Technology, 13 (1997) 257.

Sumijanto.Apakah sampel SS 316L diambil dari

pabrikan, dan apakah dilakukan analisiskomposisi SS 316L dan apakahdigunakan material standar dalammelakukan analisis komposisi?Saeful Hidayat .

.Sam pel batang SS 316L telah dianalisis

menggunakan spektroanalisis denganstandar bahan yang mempunyaisertifikat

167