ISSN1410-2897
ProsidingPertemuan/lmiah SainsMateri
KARAKTERISTIK KOROSI BAJA KARBON ST 37 DENGAN LAS SMA W / 2 DALAM LINGKUNGAN NACL 1 ~~
l
Harsisto2don To'atNursalam2
ABSTRAK KARAKTERISTIK KOROSI BAJA KARBON ST 37 DENGAN LAS SMA W DALAM LINGKUNGAN NACL. Baja karbon st 37 banyak digunakan untuk konstruksi dan sering dilakukan penyambungan dengan las jenis SMAW dengan elektroda las tipe E.6013. Dengan adanya pengelasan tersebut dimungkinkan berpengaruh pada laju korosi secara menyeluruh .Pada penelitian ini, dimaksudkan untuk mempelajari karakteristik korosi baja karbon st 37 dan korosi baja karbon tersebut dengan sambungan las yang dicelup dalam tarutao 0,035%; 0,35% dan 3,5% berat NaCI pada suhu kamar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju korosi pada logam induk dan logam induk yang dilas berturut turut sebesar 5,149 daD 8,529 mpy. Sedangkan dari hubungan laju korosi dengan potensial korosi alami menunjukkan bahwa semakin rendah potensial korosi alami akan semakin meningkatkan laju koprosi. Hal ini terlihat pada baja st 37 dengan potensial korosi alami -0,699 (Volt vs Ag/AgCl jenuh) dengan laju korosi sebesar 5,149 ropy, sedangkan pada potensial korosi alami -0,7403 (Volt vs Ag/ AgCl jenuh) laju korosinya sebesar 8,529 ropy.
ABSTRACT THE CORROSION CHARACTERISTICS OF ST 37 CARBON STEEL WITH SMA W IN NACL SOLUTION. The st 37 carbon steel is widely used in contruction and commonly welded with SMAW using E.6013 as the welding electrode. With this weldment. the part becomes more prone to corrosion in a colTosif environment, especially in NaCI solution. This research investigates the cQlTosioncharacteristics of base metal and base metal with weldment in the solution ofO,035 wt%; 0,35 wt% and 3,5 wt% NaCI at room temperature and open air. The results of this investigation show that the colTosion rates of the base metal and base metal with weldment are 5,144 mpy and 8,529 mpy .The colTosion rate and the natural corrosion potential have unproportional relationship, a lower natural colTosion potential causes a higher cOlTOsionrate. This is shown when the natural colTOsion potential of st 37 carbon steel is -0,699 (Voh vs Ag/AgCl) the colTosion rate is 5.149 mpy. Meanwhile when the natural colTosion potential is -0.740 (Voh vs Ag/AgCl) the corrosion rate is 8.529 mpy. KEY WORD Corrosion Rate. Natural Corrosion Potential. Las smaw. NaCI Solution
PENDAHULUAN Untuk memenuhi persyaratanteknik pada konstruksi bangunan yang baik, banyak dipergunakanbaja karbon yang disambungdengan lasjenis SMAW( shieldedmetalarc welding). Proses pengelasanini akan berpengaruhpada ketahanan logam tersebut terhadap serangan korosi oleh lingkutlgan yang agresif. adanyaprosespengelasan tersebutmemungkinkanadanyaperbedaantegangan sisa yang terjadi pada bagian logam yang dilas dengan bagian logam induk. Disamping ada perbedaansifat fisik , juga adaperbedaankomposisi kimia yang memacuperbedaanlaju korosi. Disisi lain, lingkutlgankorosif yang seringdijumpai adalah lingkutlgan air laut atau air garam. Dewasa ini, lingkutlgan air garamtelah mencemaridaratanyang sudahpuluhankilometer jaUhnyadari garis pantai. Sehinggasemua konstruksi baja harus diwaspadai dari serangankorosi dari lingkutlgan air garam tersebut. Kewaspadaanterhadap serangan korosi karena lingkutlgan korosif yang mengandunggaram NaCI ini tidak hanyapada konstruksiyang tercelup langsungtapijuga padalingkutlganatmosfiriknya.
Maksud dan tujuan dari penelitian ini adalahmempelajarlkarnkteristikkorosi baja karbon st 37 yang mengandungsambunganlas SMAW maupun yang tidak dalam larutan korosif NaCl denganberbagaikonsentrasi, Varlabelpenelitianyang dilakukan meliputi pengukuranpotensial korosi alami dan laju korosi baja karbonst 37 bait yangmengandung!asmaupun yang tidak dalam larutan0,035% : 0,35%dan 3,5% beratNaCl, padatemperaturtamar.
LATAR BELAKANG TEORI PeranandigramPourbaix Korosi baja karbon dalam larotan berair yang mengandunggaram NaCI atau air lalit, dapat dengan mudah diprediksi dengan menggunakan diagram kesetimbanganpotensial-pHpada keadaan standaryang telah dibuat oleh Pourbaixdan kawankawau. Pada gambar 1, ditunjukkan diagram Pourbaix yang menggambarkanhubungan antara potensial sistem besi dalam larutan berair yang diacukan oleh potensial standar hidrogen dengan hargapH larutaotersebutpada25°C,1 atmosfir.
I Dipresentasikan pada Pertemuan Dmiah Sains Materi 1997 2Pusat Penelitian Teknik Nuklir -BA TAN
129
ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri
ISSN 1410-2897
PERCOBAAN
voltmeterpotensialnyadiukur.
Benda uji Benda uji yang dipakai adalah baja karbon st 37 berbentuk pelat dengan ketebalan 11 1lllD. Elektroda las SMAW yang dipakai adalah E.6013 dengan tipe sambungan las dobel V dengan arus listrik 150 A. Kondisi benda uji yang dipakai penelitian
Pengukuran laju korosi Pengukuranlaju korosi diJakukandengan alat " corrosion measurementsystem,CMS" yang
adalah: 1. Sampel A, logam induk tanpa las 2. Sampel B, l.ogam induk dengan las
Lamtan uji Larutan uji adalahlarutangarnmNaCI proanalitisdengankonsentrnsi0,035%; 0,35%dan 3,5% berat NaCI. Temperatur larutan uji 25:t2°C dan terbukadenganudarabebas. Prosedur Percobaan Analisa komposisi kimia. Benda uji dipotong denganukuran3x3 cm dan diamplas dengan kertas amplas SiC # 400. Komposisi kimia diukur dengan alat " ARL spectrometer"yangmenggunakan gasargon.
merupakanperpaduan antara potensiostatdengan perangkatkomputeryang berprogrnmuntuk kontrol percobaan. Pada pemakaiannya , CMS ini membutuhkantiga elektroda yaitu elektrodabenda uji, elektroda pembantu ( dari logam Pt) dan elektroda pembanding ( dari Ag/AgCI jenuh, Hg/HgCI jenuh dan lain-lainnya). Benda uji yang dipakai sarna denganbenda uji untuk pengukuran potensial korosi alami. Pada pengukunmnyabenda uji sebelumdiscan,dicelup terlebih dahulu lninimal 10 menit BASH.. DAN PEMBAHASAN Komposisikimia benda uji Dari pengujian komposisikimia benda uji yang menggtmakan sistem kering, yaitu menggunakan alat" ARL spectrometer" yang hasilnyadapatdilihat padatabel I dibawahini. Tabell
Hasil pengujian komposisi kimia logam induk clanlogamlas
Pengukuran potensial korosi alami Benda uji denganukuran 1 cm2dimonting denganresinyangsebelurnnyabendauji disambung A 0,119 0,205 0,019 0,729 ,022 0,011 B 0:089 0:308 0:025 0,420 ,050 0,035 dengan kabel listrik, selanjutnyadiamplas dengan kems amplasSiC dari # 100hingga # 800. Sesudah Dari tabel terlihat bahwa kadar karbondan diamplas,benda uji dicuci dengan sabun, dibilas dengan aquades dan dicuci dengan aseton, mangan dalam logam induk lebih tinggi daripada dikeringkandandisirnpandalam desikatorminimal 2 logam las, sebaliknyakadar nikel dan chrom dalam jam barn dipergunakanpercobaan.Untuk pengujian logamlas lebihtinggi. potensialkorosi alami, bendauji dimasukkandalam larntan uji yang telah disiapkan, dengan bantuan elektrodapembandingdari Ag/AgCI jentdt dan alat 'i~
~ : -8... ~
~ .. 0
'",pt~""'--:--'"
.: -0.75 ;
.S.
I
.I
.I
.I
.I
.LL-LL-
S. 2.. 2583883S8488 WOktu
celup (jam)
,. s.mpelA
Gambar5. HublUlganantarnpotensialkorosialamidenganwaktu celup.
130
ProsidingPertemuanllmiah SainsMateri
Garnbar 1
lSSN1410-2897
terjadi relatif sulit dilepas daTi benda uji. Penambahanberat bisa terjadi karena unsur-unsur korosif bersenyawadaD berikatan dengan logam baja. Pengurangan bernt, dipakai bila produk korosi yang terjadi mudahlepasdari bcnda uji dan cara ini yang lebihseringdipergunakan. -Pembentukan gas hidrogen. Metode ini didasarkanpada basil reaksi korosi logam baja dalam larutan berair yang khususnya lingkungan asam,dan niengikuti rumus reaksi oksidasi-reduksi sepertidibawah ini. Gas hidrogen yang terbentuk, volumenyadiukur untuk menentukanlaju korosi. Fe + 2W = Fe2++ H2(ga1) 1) -Ekstrapolasi tafel. Metode pengukuran laju korosi ini yang paling cepatdilakukan, dimana data diperolehdari polarisasikatodik dan polarisasi anodik. Padagambar3, ditunjukkankurva tafel dan ekstrapolasinya.
DiagramPourbaix.
Van gambar tersebut dapat (tlbhat batasbatas daernh korosi ( daernh Fe2+dan Fe3+), daernh pasif ( daerah F~O3 dan Fe304 ) daD daernh imun atau kebal ( daerahFe )
Korosi dilingkungan air laur Korosi baja karbon dalam lingkungan korosif air laut, mekanisme reaksi korosinya didominasi oleh reaksi elektrokimia. lain yang ikut menentukan laju korosinya, yang diantaranya adalah konsentrasi garaIn, temperatur,
i
I r
Gambar3. Kurva tare)
5
'R
Gambar2 PengaruhkonsentrasiNaCI terlladaplaju korosibaja
kadar oksigen dan aktifitas mikrobiologi maupun tumbuh-tumbuhanlaut. Padagarnbar2, ditunjukkan pengaruh konsentrasigarnm NaCI dalam larutan terhadaplaju korosi. Laju korosi Untuk memperkirnkanlaju korosi baja karbon dalam lingkungan korosif berair, dapat dipergunakanbeberapametode pengukuran,yang diantaranyaadalah: -Pengurangan atau penambahan berat benda uji persatuanluas persatuanwaktu. Dipakai penambahanbernt, apabila produk korosi yang
Untuk menentukan laju korosi, daerah kurva tafel diekstrapolasikanke potensial korosi. Titik pertemuankcduanyamenunjukkannilai rapat arus ( Ikor) nilai ini kemudian dimasukkankedal~ persamaan2 dibawahini. V=(O,13.Ikor.BE)/D 2) dirnana: V : laju korosi (mpy) Ikor : rapatarus korosi( ~AIcm1 BE : beratekivalen( beratatom/valensi) D : beratjenis logam( gr/cm3) Sedangkan untuk mencari rapat arus dapat dipergunakanrurnuspersamaan 3 dibawahini. Ikor= ~a. ~b 12,3 (~a + ~c).A.Rp 3) ~a dan~c adalahkerniringantafel untuk reaksi katodikdananodik. Rp adalah tahananpolarisasi(K!:J/cm1. A ariaiahluas permukaanlogam(cm1.
131
Potensial korosi alami Pengujian potensial korosi aIami dari sampel A dan B dalam larutan uji 0,035%; 0,35% dan 3,5% berat NaCI pada temperalur 25 :t2°C, sislem kontak langsung dengan udara bebas hasilhasilnya dapal dilihat pada gambar 5a dan 5b diatas
-Rapat ants korosi sebesar 1.027E-O5(A/cm2_) -Beta sebesar253.4 mV (katodik) Untuk mengetahui laju korosi benda uji dalam
ini.
daTigambar 5a daD 5b terlibat bahwa benda uji ( sampel a dan b) dalam larutan uji nacl pada maupun pengarnh las terhadap harga potensial korosi alami kurang terlibat pengaruhnya. -apabila hasil pengukuran potensial korosi alami daD hasil pengukuran ph larutan diplotkan pada diagram pourbaix, maka basilnya 25:t 20 c, menunjukkan penurunan harga potensial korosi alami pada peningkatan konsentrasi gamIn nacl. dengan fakta ini dapat dimengerti bahwa pada penambahan konsentrasi nacl hingga 3,5% berat dapat merubah lingkungan sistem menjadi lebih bersifat katodik. pengaruh komposisi kimia dapat dilihat pada gambar 6 dibawah ini. dati gambar 6, terlibat bahwa jarak antara x---x menunjukkan kisaran potensial korosi alami sampel a sedangkan 0 0 adalah untuk sampel b. dati gambar tersebut juga dapat diketahui bahwa semua benda uji yang dicelup dalam larutan uji dari 0,035% hingga 3,5% berat nacl mengalarni korosi, karena berada pada daerah korosi dengan tingkat ph yang semakin rendah pada konsentrasi nacl yang semakin tinggi 4.3. laju korosi Pada gambar 7 ditunjukkan salah sam contoh basil pengukuran laju korosi sampel A dalam larutan uji 0,35% berat NaCI pada 25:t 2°C dengan -Ill;
larutao uji pada berbagai konsentrasi, dapat dipelajaridari gambar8 dibawahini. Dari gambar8, terlihatbahwa laju korosi sampelA jauh lebih tinggi daripadasampelB. Hal ini dapatdimengertibahwa sampel B lebih banyak mengandung unsur Cr, walaupunadategangansisakarenapengelasan.
(K()ROSO
-."" 0 :,t1l8
:i'-.: ~-n' ~=
Gambar7. Diagram taCel untuk sampel dalam larotan0,35%beratNaCI
'(K~&"
Vi- IO z
~".
(~
m..
~-Q ~-O,
-..' "'1 ~1 2
.
..
hllH-IN)
Koaaeatraa.
,Co
~ Gambar 8. Gambar 6.
NaC. ( $ beret)
101Z3J.56.789ii;':
Ekstrapolasipotensialkorosi alami dan pH padadiagram Pourbaix.
Hubungan antarn laju koros dengankonsentrasiNaCI
Hubungan antara laju korosi dengan metode polarisasi yang menggunakan alat potensial potensialkorosi alami. Apabila basil-basil pengujian potensial potensiostatatauCMS. Dengan alat CMS ini, basil korosi alami dan laju korosi digabungkan (lihat pengujian laju korosi dapat diperolehsebesar4.694 gambar 9a dan 9b). maka dapat diketahui bahwa mpy. Dan data-datalainnya yang dapat diperoleh semakinrendah potensial korosi alami rata-rata ( adaIah: hingga -730 mV) laju korosinyasemakintinggi. -Potensialkorosi alami sebesar-536( mV vs Ag/AgCI)
132
ISSN1410-2897
ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri
KESIMPULAN Dari basil pengujian karakteristik korosi baja karbonst 37dalam larntanuji NaCl dari 0,035% hingga 3,5%berat,dapatdiambilkesimpulansebagai berikut. 1. Komposisi kimia logam las mempunyai keunggulanuntuk menahanserangankorosi daripadalogam induk,karenaunsurCr, Mn tinggi danunsur C, S relatif rendah. 2.
3
a. Logam induk
Semuasistem ( baja dalam larutan NaCI) berada ada daerah korosi dalam diagram Pourbaix. Logam yang mengandunglas ( galvanik) mempunyai laju korosi yang lebih tinggi dari pada logam induk.
4. Harga potensial korosi alami baik logam 5.
induk maupun logam mengandung las dalam larutanNaCl hampirtidak berbeda. Semakin rendah harga potensial korosi alami, semakintinggi laju korosi.
DAFTARPUSTAKA [1] [2] [3] [4] b.. Galvanlk Gambar 9.
rSl
Hubtmganantarapotensialkoros alami denganlaju korosi
[6] Dari gambar 9a dan 9b, dapat dipelajari bahwapada penunmanhargapotensialkorosi alami rata-rata yang (ditunjukkan oleh titik hitam dan dihubungkandengangaris),akandiikuti peningkatao harga laju korosi. Dari gambar tersebutjuga dapat dimengerti bahwa pada konsentrasigaram NaCI [7] yang semakintinggi, fluktuasi potensialkorosialami semakinmelebar.Hal ini dimungkinkankarenapada peningkataokonsentrasigaram akan meningkatkan [8] aktivitasion-ion agresifdalamlarutao.
133
FONTANA, M.G.,Corrosion. Enginee ring, 2nd ed, InternationalStudentEdition. (1978). FRANK, N.SPELLERD.SC., Corrosion causesand prevention.McGraw Hill Book Inc.,New York & London.(1951). DENNY,A.J.,Principlesand preventionof corrosion, Maxwell Macmillan Internationaledition POURBAIX,M. Altas of electrochimical equilibria in aqueous solution.Houston Texas,USA,(1974) GOSTA WRANGLEN, An introduction to corrosion and protection of metal printed in Cambrigde,NewYork London, (1985). KOMAl,K. ;MINOSHIMA,K; and KIM,G. Corrosionfatique crack initiation behaviorof 80 kgf/mm exp 2 high tensile strength steel weldment in syntetic sea water., J.Soc.Mater.Sci., Japan Feb.(1987). ROTHWELL,N. and TURNERM.E.D., Corrosion problems associated with weldments,Metmater ( Inst Met) Vol.5 no.6 Jun,(1989). KINSTLER THOMAS,J. Mechanical propertiesof galv~ed structurealsteels aIld their weldments, The 1986 Fifth
ProsidingPertemuan//miah SainsMateri
ISSNI4I0-2897
International Symposium on Corrosion in Pulp and Paper Industry, Vol.5, Vancouver,BC,Can Jun, (1986).
134
