Daftar isi Seminar Tahunan Pengawasan
Pemanfaatan
Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Dcscmbcr
2003
ISSN
1693- 7902
PENENTUAN KOROSI BAT AS BUTIR DAN MEKANIK PADA PIP A KELUARAN PANAS (HOT LEG) REAKTOR DAY A
Johny Wahyu Adi Soedarsono, Sudarmono Fakultas Teknik Metalurgi - Universitas Indonesia, P2TRR - BATAN
ABSTRAK PENENTUAN KOROSI BATAS BUTIR DAN MEKANIK PADA PIPA KELUARAN PANAS (HOTLEG) REAKTOR DAY A. Penentuan ini dilakukan dengan simulasi masukan panas sebesar 993 joule/em, kemudian adanya korosi antar butir (Cr23 C6) yang terbentuk di tentukan dengan menggunakan diffraksi sinar X, sedangkan uji kekerasan dilakukan dengan menggunakan kekerasan Vickers. Hasil pengujian pengaruh masukan panas terhadap komposisi kimia menunjukkan bahwa material sample uji as received memenuhi standar internasional SS 304 di dalam table Internasional. Berdasarkan hal terse but, maka material sample uji dapat digunakan untuk bahan penelitian. Hasil pengujian sampel, menggunakan diffraksi sinar X, mikroskop optik, SEM dan ED AX pada SS 304 diperoleh adanya korosi antar butir (Cr23C6). Dari hasil pengujian sampel menggunakan metode kabut garam, maksimum laju korosi terjadi ~ingga 24 jam. Selanjutnya hingga 72 jam, laju korosi yang diperoleh menjadi minimum, karena sudah terbentuk lapisan oksida terutama Cr203 yang merupakan lapis lindung ketahanan korosi. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan di atas maka dapat disimpulkan bahwa material SS 304 memiliki unjuk kerja (performance) baik setelah ada masukan panas. Kata kunci : Korosi, SS 304, Pengujian
ABSTRACT DETERMINATION OF INTERGRANULAR CORROSION AND MECHANICS OF THE REACTOR POWER HEAT. Using heat input simulation amount of 993 joule/em, this determination was done. Corrosion between granular (Cr23C6) that performed determined by using X ray diffraction, wether hardness test done by using Vickers method. The experiment results shows that as received testing material was perform the international standard of SS-304 Due to those result, testing material could be use as a experimental material. The sample testing result of SS-304 using X-ray diffraction, optical emission spectroscopy, Scanning Electron Microscope, Dispersive X-ray analyzer, and salt spray, shows that there is intergranular corrosion (Cr23C6). Experiment result using salt spray method shows that the maximum corrosion occure during 24 hours. Further the results experiment after 72 hours reached the minimum value, the corossion protection due to oxide film of Cr203 was .performed. It could be concluded that SS-304 have a good performance. Keywords: Corrosion, SS 304, Testing.
335
ISSN 1693 - 7902
Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Oesember 2003
PENDAHULUAN Berdasarkan
pertimbangan
keselamatan,
potensi
bahaya
dari pengoperasmn
reactor nuklir adalah tidak berfungsinya saluran pipa panas keluaran (hotleg) dari reactor.
Kegagalan fungsi dalam pengoperasian reaktor ini harus dipahami mengenai
pemilihan materialnya khususnya dalam hal ketahanan nya terhadap serangan korosi, sehingga kecelakaan ini dapat di antisipasi dan bahkan dapat dihindari kemungkinan terj adin ya. (1) Indonesia secara bertahap telah memasuki era industri nuklir, aplikasi tehnik nuklir sudah digunakan dalam berbagai bidang penelitian, kedokteran, pusat-pusat reaktor dan tidak lama lagi mungkin akan berdiri Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PL TN). Tentu saja sejalan dengan itu, perlu dikaji dan dikuasai pula potensi bahaya dari pengoperasian reaktor nuklir yaitu tidak berfungsinya salah satu komponen saluran pipa panas keluaran dari reaktor (hotleg) yang secara terus-menerus dioperasikan pada suhu 500
DC
sampai dengan 950
DC
dan dipasang pada bejana tekan
(pressuruzer).
Kegagalan fungsi hotleg dalam pengoperasian reaktor ini harus dipahami mekanisme kejadiannya,
sehingga kecelakaan ini dapat diantisipasi dan bahwa dapat dihindari
kemungkinan terjadinya.
Dari uraian di atas tampak disyaratkan bahwa harus terbuat
dari material dengan ketahanan korosi tinggi. Untuk itu dipilih baja tahan karat jenis austenitic·(2) Kondisi baja tahan karat yang digunakan pada umumnya adalah kondisi ani!. Akan tetapi masalah yang sering timbul adalah apabila baja tahan karat terse but (AISI 304) mendapat perlakuan panas pada saat pemakaian. suhu antara 500 butir. (3)
DC
Pemanasan pada interval
-950Dc akan mengakibatkan terbentuknya sensitisasi pada batas
Diharapkan dari penelitian ini diperoleh : data dukung pemilihan bahan, data studi mekanik, korosi dan struktur mikro akibat pengelasan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan unjuk kerja material baja SS 304 yang diperlakukan dengan masukan panas sebesar 993 J/cm, kecepatan 58 cmlmenit dan didinginkan dengan pendinginan udara. Untuk memenuhi tujuan tersebut maka dalam penelitian
ini dilakukan
analisis pengujian
pengaruh pengelasan
terhadap
korosi,
mekanik dan struktur mikro pada lasan SS-304, menggunakan logam pengisi AWS ER308. (4)
336
Seminar Tahunan Pengawasan
Pemanfaatan
ISSN 1693 - 7902
Tenaga Nuklir - Jakarta, II Desember 2003
RUANG LINGKUP PENELITIAN Analisis
pengaruh
eksperimen/pengujian
pengelasan
dilakukan
melalui
serangkaian
menggunakan material uji SS 304 dengan tiga variabel daerah uji
yaitu logam induk, daerah terkena panas (HAZ) dan daerah inti las. Proses pengelasan dengan mesin las TIG dilakukan berdasarkan standard AS ME IX. Parameter las yang digunakan
adalah arus sebesar 80 Ampere, Arc Voltage 12 Volt, sudut kemiringan
elektroda 60°C dan laju alir gas argon 12 liter. min-I.
(5)
Setelah proses pengelasan dan
pendinginan yang terjadi secara konveksi alam (udara), dilakukan pengujian dengan metode uji tidak merusak,.uji merusak, dan pengujian korosi menggunakan kabut
gararn.
Pengujian
laju
korosi
dilakukan
dengan
metode
metode
kabut
garam
menggunakan 4% berat NaCI dalam aquades, pH sebesar 6,5 dengan lama pengkabutan sampai dengan 72 jam. Peralatan yang digunakan pada karakterisasi material ini antara lain adalah x-ray radiografi, metalografi,
emission spectrometer,
mikroskop
optik, pengujian
kekerasan mikro Vickers, difraksi sinar-X dan SEM-EDAX, serta alat
pengkabutan uap garam. Pengujian dilakukan pada daerah logam las yang pernah mencair'(WM),
daerah di
sekitar logam las yang pernah mencapai suhu tertinggi (HAZ) dan di daerah logam induk (BM).
Pengujian kekerasan, komposisi kimia, struktur mikro dan fase yang
terbentuk dilakukkan di semua daerah.material uji,
Sedangkan pengujian radiografi,
dan SEM-EDAX dilakukan di sekitar logam las /HAZ yang sudah berubah atau tidak sarna dengan logam induknya, METODE PENELITIAN DAN PROSEDUR EKSPERIMEN Penelitian penentuan korosi batas butir dan mekanik Di daerah pipa kanal keluaran panas
(Hotleg)
eksperimen
reaktor
daya pada SS 304, dilakukan
di Laboratorium
Fakultas Teknik jurusan
melalui
suatu rangkaian
Teknik metalurgi-UI,
Pusat
Pengembangan Teknologi Reaktor Riset dan Pusdiklat-Batan. Pemilihan Bahan Dalam pelaksanaan pengujian dari penelitian ini, dipilih material dasar dari baja karbon rendah austenitik yaitu material SS 304 as received.
337
:-;"'" lila, Tallll"I,I'~II~;I\\'asalll'~I""II;latal _____ ~ ~ __ •__ ,__ ._._. ._. 0__ .h •••_ ••·•
T~lIaga Nukli,- Jakana.
II Iks~mh~r 2003
ISSN 1693 - 7902_
Prcparasi Sampcl Uji Pemotongan
sampel uji dilakukan sesuai ASTM standard A-224-46
dengan
menggunakan me sin potong merk HAWK. Di dalam pembuatan sampel uji ini, untuk pengelasan dan pemotongan dilakukan di P2TRR-BA TAN, Serpong. dipotong tersebut,
Sampel uji yang
berbentuk pelat dengan dimensi panjang 9 em, lebar 5cm
dan
ketebalan 5 mm. Semua sampel uji dari kelompok welding metal (W~) pengisian logam las (pengelasan)
diberikan perlakuan berupa
dengan kondisi parameter-parameter
karakterisasi
pengelasan sebagai berikut : Arus pengelasan
: 80 Ampere
Kawat pengisi
: ER 316 dan ER 308 diameter 1,6 mm
Tegangan (DC)
: 12 Volt
Gas pelindung
: Argon
Kecepatan gas
: 12 liter/menit
Kecepatan buckling gas
: 5 liter/ menit
Proses pengelasan
: datar
Pendinginan
: Udara
Posisi pengelasan
: 60 0 terhadap elektroda
Bahan dasar Baja Stainless
: SS 304, SS 308 dan 316
Kampuh las
: V ganda
Kecepatan pengelasan
: 58 mm/menit
Gerakan electrode
: Mundur ke kiri
Elektroda jenis AWS ER 308.
Elektroda kawat las tersebut adalah kawat las
dengan kadar karbon rendah (0,08% C) dengan paduan utama 18%Cr - 12%Ni2,5%Mo. Pengelasan dilakukan atas dasar standar AWS/ASME -200.2 QW, Section IX dengan menggunakan las busur gas TIG dan elektroda Wolfram.
(6)
Pengujian Komposisi Kimia Material Pengujian komposisi dilakukan untuk mengetahui ketepatan komposisi material. Dengan komposisi
demikian
komposisi
yang diperoleh
yang ada. Pengujian komposisi
dapat dibandingkan
kimia dilakukan
Spektrometer emisi optik (Optical Emission Spectrometer).
338 ,
(7)
dengan standar
dengan menggunakan
Seminar Tahunan Pengawasan
ISSN 1693 - 7902
Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, II Desember 2003
Pengujian Kekerasan Metode pengujian kekerasan mikro digunakan uji kekerasan Vickers, seSUai standard ASTM E 384-99 dari daerah pengaruh panas hingga di daerah logam induk yang tidak terpengaruh
oleh panas pengelasan.
Besarnya beban penjejakan yang
dipakai untuk pengujian kekerasan mikro adalah F = 500 gram, waktu penjejakan 15 detik dan jarak penjejakan 200 ~m. Pengujian kekerasan menggunakan metode Vickers dilakukan di Fakultas Teknik Metalurgi-UI-Depok. Pengujian Radiografi Untuk
mengetahui
cacat/retak
pada
sambungan
menggunakan sinar-X dengan kondisi sebagai berikut
lasan
dengan
(8):
Sumber radiasi
: sinar-X
Material sampel uji
: Stainles steel
Tebal sampel uji
5 mm
Tebal sampel uji dan lasan
6,2mm
Diameter focal spot
2mm
Tipe film
Agfa D7
Material screen yang digunakan
Pb tebal 0,125 mm
Penetrameter yang digunakan
ASTM Hole No. 12
Lubang yang tampak pada film
IT
Jenis material shim yang digunakan
Stainless steel sejenis.
Waktu penyinaran
1,2 menit
(
dilakukan
0,0125 inchi)
Jarak sumber ke film (SFD)
: 610 mm
Densitasfilm pada lasan
: Minimal 2,15; maksimal 2,1
Pengujian Korosi Pengujian korosi dilakukan di Laboratorium Fakultas Teknik Jurusan Metalurgi Universitas Indonesia. Alat uji yang digunakan adalah Semprot Kabut GaramlHung TA Instrument Co.LTD. Operasi pengujian semprot kabut garam dilakukan dengan kondisi sebagai berikut(9) : Kadar larutan garam (NaCt)
3,5 %
pH Temperatur ruang
339
Scminar
Tahunan
I'cngawasanl'cmanlilalan
Tcnaga
Nuklir
- Jakarla.
Chamber Temperatur
32,8
DC
Saturated Temperatur
46,4
DC
Tekanan
1 bar.
II Dcscmhcr
200J
ISSN
I U')J - 7<)02
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Masukan Panas Dari proses pengelasan pada setiap material uji dilakukan dengan arus, tegangan listrik, dan kecepatan pengelasan tetap, yaitu masing-masing Volt dan 5,8 cm/menit.
sebesar 80 Ampere, 25
Sehingga besarnya masukan panas dapat diperoleh yaitu
sebesar 993 Joule/cm HasH Uji Komposisi Kimia Hasil pengukuran
komposisi kimia yang diperoleh pada BM' dan HAZ baja
austenitik SS 304 menggunakan spektrometri emisi.
Hasil yang diperoleh seperti di
dalam Tabel1. Tabel 1. Perbandingan HasH Komposisi kimia di daerah Base Metal terhadap Standar Tabel Internasional -8,00-11,00 Mn Pb Fe Sn Mo Al Cr Mn P Al Cu S C P Mo Pb Sn Cr Ni Cu C S Si Fe balance Si 0,0799 0,0298 66,8003 0,0191 20,510 0,0356 0,0263 0,0743 1,4021 0,0171 0,0179 0,0311 18,101 18,0-20,00 0,7671 0,0237 0,0418 7,9967 0,0298 <0,75 <0,08 < 0,03 9,1880 0,0419 1,9987 ~0,20 ~0,04 0,0197 70,6121 0,0715 1. 1,0562 1. Ni 1,0083 13. 7. 12. 10. 9. 8. 3. 5. 2. 4. 11. 6.
Dari hasil pengujian dan perbandingannya
dengan Tabel Standar lnternasional,
terlihat bahwa baja SS 304, pada daerah BM memenuhi komposisi standar ASTM 580. Sedangkan hasil pengujian komposisi kimia yang di peroleh di daerah garis peleburan (HAZ) menunjukan masing-masing
kenaikan prosentase komposisi Ni dan Cr dan penurunan
sebesar 14,9%, dibandingkan
340
Fe
dengan hasil di daerah BM. Adanya
Seminar Tahunan Pengawasan
kenaikan
fSSN 1693 - 7902
Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Dcsembcr 2003
kandungan
nikel akan memperbesar
ketahanan korosi dan menstabilkan
pembentukan lapisan pelindung (film) pada permukaan. HasH Pengujian Radiografi Hasil uji Radiografi dengan menggunakan sinar-X di daerah sambungaillas
(inti
las) yang terdapat pada masing-masing b~ia tahan karat austenitik 304. ditunjukkan oleh Gambar 1.
Sampel 304
Gambar
1. HasH radiografi ER 308
Hasil sinar-X radiography
inti las masing-masing
sambungan
las SS 304 AWS
yang dilakukan didaerah inti las pada sambungan SS 304-
A WS 308 tidak menunjukan adanya cacat hal ini menunjukkan bahwa laju pembekuan pada kedua jenis logam baja terse but merata. Akan tetapi terlihat shrinkage di daerah inti las sambungan SS 304L hal ini disebabkan karena adanya berdifusinya gas-gas yang ada diudara terbuka pada saat logam las mencair, kemudian terperangkap di dalam logam las pada saat proses pendinginan (pembekuan). HasH Pengujian
Kekerasan
Vickers.
Hasil pengukuran kekerasan Vickers yang diperoleh ditunjukkan oleh Tabel 2 dan Gambar 2. Tabel 2. HasH pengukuran 219 217 214 220
kekerasan
HAZ 205 207 208 204 206 WM 192 187 184 186 195 SS 304 Daerah AISI BM Kekerasan Vickers (HV)
341
Vickers
ISSN 1693 - 7902
Scminar Tahllnan I'cngawasan I'cmanlimtan Tcnaga NlIklir - Jakarta, II Dcscmhcr 2003
Hasil uji kekerasan pada SS 304 didaerah BM, HAZ dan WM masing-masing sebesar 218 HV, 189 HV dan 206 HV, Komparasi hasil pengujian dengan kekerasan standar internasional yaitu 260 HV menunjukan adanya penyimpangan minimum yaitu sebesar 16,2 % di SS 304, Pengujian kekerasan Vickers didaerah HAZ dan WM pada material
uji menunjukan
adanya penurunan
kekerasan
akibat
lasan,
Prosentase
penurunan kekerasan maksimum yang terjadi didaerah tersebut masing- masing adalah sebesar 18,6 % dan 19,81 %. Hal ini memperlihatkan
adanya perbedaan kekerasan
benda uji yang mengalami perlakuan panas. Hasil uji kekerasan didaerah logam induk lebih keras dibandingkan dengan daerah inti las dan derah HAZ, menunjukan bahwa daerah inti las mempunyai nilai kekerasan lebih besar dibandingkan
daerah HAZ.
Kondisi terse but diatas kemungkinan disebabkan oleh pengaruh proses pengelasan dan pendidnginan. Proses perlakuan pengelasan mengakibatkan ukuran butir kristal menjadi besar dan merata, selain itu kesempatan atom karbon untuk berdifusi juga besar. Pada proses pendinginan cepat dengan udara, mengakibatkan timbulnya rekristalisasi dan perubahan besar butir. Dengan demikian pertumbuhan butir karena pengelasan di masing-masing daerah adalah s,esuai dengan nilai kekerasannya, dimana daerah berbutir dengan hasil pengujian kekerasan dimana nilai kekerasan menurun setelah mengalami proses laku panas. 225 220 215
210
205-
138M
200
II HAZ
195 190 185 180 175
DWM
170
Gambar 2. HasH Uji kekerasan Vickers (HV) di daerah BM, HAZ dan WM
342
Seminar Tahunan Pengawasan
ISSN 1693 - 7902
Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta. II Dcscmbcr 2003
HasH Pengujian Struktur Mikro a).
Daerah logam induk (BM). Hasil struktur mikro yang diperoleh adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 merupakan spesimen di tiga daerah yaitu WM, HAZ dan BM yang dietsa secara elektrolit menggunakan larutan asam oksalat 10 % dan tegangan 6 volt
3b). HAZ
3a). WM
3c). BM
Gambar 3. Hasil mikro struktur di WM, HAZ dan BM, menggunakan mikroskop optik, etsa secara elektrolit menggunakan asam oksalat 10% dan tegangan 6 volt
HasH mikro struktur BM seperti pada gambar 3 terlihat adany~ fase yang ada adalah
ferit
dan
austenit
selanjutnya
jaringan
hitam
yang
terputus-putus
dan
diperkirakan merupakan lubang jejak Crx Cy yang telah lepas dengan diameter tertentu. Hal ini menunjukkan bahwa etsa dengan larutan elektrolitik menggunakan oksalat 10 % telah memberikan efek pada batas butir. Hasil struktur mikro yang diperoleh di daerah logam induk menunjukkan tetap berstruktur mikro ferit dan perlit yang terdistribusi secara random. Struktur mikro logam induk ini sarna dengan struktur mikro pada material temperatur
sebelum
kena pengaruh
pengelasan.
Hal ini disebabkan
yang dicapai pada daerah ini terletak jauh
dibawah
723°C
kondisi karena (garis
transformasi) dengan demikian struktur mikronya tidak berubah dan tetap sarna seperti sebelum
dilakukan
pengelasan
dengan struktur ferit berwama
terang dan pearl it
berwama gelap. b).
Daerah inti las (WM) HasH struktur mikro di daerah WM dengan pendinginan udara, dimana sampel
dietsa secara elektrolit menggunakan asam oksalat 10% dan tegangan 6 volt, seperti ditunjukkan pada Gambar 3a. Dari Gambar tersebut tampak adanya fase austenit dan karbida serta batas butir nampak jauh lebih tebal.
Hal terse but menunjukkan efek
Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Oesember 2003
ISSN 1693 - 7902
pengetsaan yang lebih reaktif oleh adanya khrorn-karbida disepanjang butir. hasil foto rnikro struktur rnenggunakan
Untuk
SEM dapat dilihat pada Garnbar 4. Dernikian
pula rnernpunyai ukuran butir yang lebih besar dari pada ukuran butir di daerah BM dan lebih kecil jika dibandingkan dengan ukuran butir HAZ. Hasil pengujian struktur rnikro di daerah WM dengan pendinginan udara, dirnana sarnpel dietsa rnenggunakan
larutan Kroll (5% HN03 + 10% HF + 85 % H20} adalah
seperti ditunjukkan pada Garnbar 4. Dengan dernikian, pada kedua garnbar terse but terlihat adanya batas butir yang harnpir sarna
"
~~.*.., .. ... '
~~.'tIL'· .•.. :.••.."'•.•,. ~.':j
Perbesaran 3011 X
Perbesaran 6023 X
Gambar 4. HasH Struktur Mikro di daerah WM, etsa dengan larutan Kroll
Hasil uji kuantitatif unsur rnenggunakan EDAX ditunjukkan pada Garnbar 5, dari garnbar tersebut tarnpak bahwa kadar khrorn pada batas butir dan rnatriks harnpir sarna.
344
Seminar Tahunan Pengawasan
Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta,
J J
ISSN 1693 - 7902
Desember 2003
CIK
9.00
CtX SiX reI( Total
mAl lQO,OO
1S.00
12.rR)
15.11 21.19 2.81 20.2a 0.2446 0.9903 O.9BBO 0.83 66.72 0.0032 0.1072 1.1D28 0.9937 0.1751 0.35Q5 0.9466 k-Ratio Z F1.47 11.61 0.0058 1.1663 At% A Wt% VI Quanlifkation (Stand8rd8u)
18.00
21,CI)
1.1798 1.0019 1.0000 1.0005
100.00 EJtmtnt NonnIIilad EIImInt
Gambar 5a. HasH pengujian-kuantitatif
dengan EDAX di Batas butir SS 304
345
ISSN 1693 - 7902
Seminar Tahunan Pcngawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Desember 2003
FeK
Crt<
SiK
2.00
4..00
8.00
6.00
10.00 12.00 14.00 18.00 18.00
20.00
0.79 100.00 100.00 0.0029 70,69 17.98 0.2075 0.6816 0.8436 0.9834 0.9940 1.1063 1. 0.9526 19.01 1.1702 1. 69.se 1,0000 0165 54 1B03 1.0147 .10.54 0.00 0,166.2 0.9976 1.0005 9.B7 F 0.Q904 0.0000 0.00 0017 A 0.3332 K..Matio At% Wt% Z EOAX ZAF Quantification IStandardless) Element Normalized Element
Gambar
Sb.
HasH pengujian matrik SS 304
Komparasi
dengan ED AX, prosentase
adanya daerah deplesi khrom.
antara batas butir dan matrik tersebut butir,
sehingga
dari batas
karbida
batas butir yang lebih dalam dan tidak terlepas
pada matrik yang ikut terdeteksi
penetrasi
khrom
karena
daerah
yang terdeteksi
EDAX menunjukkan
khrom
yang terdeteksi
karena jangkauan
deplesi
khrom
Rendahnya
disebabkan
terlepas
deplesi
unsur
di
kadar khrom di batas butir dan matrik, yaitu 21,19% berat dibanding
17,98% berat dan tidak teramati kadar khrom
kuantitatif
adanya
berasal
karbida
yang
dari khrom
pada
oleh etsa, dan adanya khrom
EDAX.
yang terbentuk
Tidak teramatinya
daerah
tipis, sedangkan
daerah
oleh ED AX luas dan dalam. Hasil uji kuantitatif
bahwa penyebaran
khrom akibat dari pengelasan
346
perbedaan
menggunakan
lalu didinginkan
Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan
ISSN 1693 -7902
Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Oesember 2003
ke udara adalah merata. Dari hasil uji ED AX di
dapatkan bahwa fasa yang terjadi
sebelum pengelasan dilakukan adalah austenit. Selanjutnya setelah masukkan panas sebesar 993 joule/em
diperoleh fasa khrom-karbida dan fasa austenit karena komposisi
kimia sebelum dan sesudah dilakukkan pengelasan tetap sekitar 16-25 %Cr dan 8-20 % Ni. c).
Daerah terkena pengaruh panas (HAZ) Pada Gambar 3b terlihat batas butir yang kontinyu dan merupakan daerah yang
sangat tidak stabil. Sebab batas butir merupakan pertemuan kristal-kristal atom dengan ukuran yang berbeda. Oleh karena itu energinya relatif lebih tinggi dari matriks pada butimya.
Hal ini menyebabkan batas butir lebih reaktif terhadap korosi yang terjadi
disekitar batas butir disebut korosi antar butir. Batas butir merupakan pemisah antara butir yang berbeda orientasi sel-sel satuannya. Dengan demikian batas batas butir merupakan
daerah yang orientasi atom-atomnya
tidak teratur, sehingga merupakan
tempat yang sangat tinggi energinya. Karena tingkat energinya tinggi, maka pada batas butir mudah terjadi reaksi-reaksi pembentukkan senyawa termasuk juga khrom karbida. Oleh karena itu maka di daerah batas butir akan terserang korosi. Hasil
pengujian
struktur
mikro
pada daerah
HAZ terlihat
bahwa
adanya
pembentukan sensitasi di daerah batas butir dengan struktur terdiri dari : a).
Butiran struktur mikro bainit kasar terletak sangat berdekatan dengan daerah lebur yang mempunyai temperatur puncak tinggi, diperkirakan
mencapai
temperatur antara 1050°C dan 1500°C. b).
Butiran struktur mikro bainit halus diperoleh akibat dari laju pendinginan udara. Dengan demikian sebagian besar panas pengelasan berpindah secara konduksi kesekitamya, diperkirakan terletak antara sedikit dibawah garis solidus austenit dan 1050 °C.
c).
Butiran antara halus dan kasar. Pada daerah butiran
ini diperkirakan
temperatur puncak yang pemah dicapai terletak antara garis temperatur 723°C dan garis solidus austenit. terjadinya rekristalisasi
Butiran ini diperkirakan terbentuk karena
alotropik parsial dimana hanya sebagian struktur
mikro yang berubah yakni fasa austenit ke perl it, sementara fasa ferit tetap tidak berubah.
347
Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Desember
d).
2003
ISSN
1693- 7902
Dari pengoperasian modulasi X-Y di daerah HAZ pada jaringan hitam yang terputus-putus itu ternyata merupakan lubang jejak CrxCy yang telah lepas dengan diameter sekitar 20 flm, 5 flm dan 7 flm.
Hasil pengujian struktur mikro di daerah HAZ dengan pendinginan udara, dimana sam pel di etsa secara elektrolit menggunakan asam oksalat
10% dan tegangan 6 volt,
seperti ditunjukkan pada Gambar 3b. Dari Gambar terse but tampak adanya jaringan hitam yang terputus-putus. Demikian pula mempunyai ukuran butir yang lebih besar dari pada ukuran butir di daerah WM dan lebih besar jika dibandingkan dengan ukuran butir BM. Hasil pengujian struktur mikro di daerah HAZ dengan pendinginan udara, dimana sam pel di etsa menggunakan
larutan Kroll ( 5% HN03 + 10% HF + 85 % H20} adalah
seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
Hal ini terlihat adanya
jaringan hitam yang
terputus-putus. Dengan demikian, di kedua Gambar tersebut terlihat adanya batas butir yang hampir sarna.
Perbesaran
1003 X
Perbesaran 3011 X
Perbesaran 6023 X
Gambar
6.
Hasil mikro struktur HAZ SS 304 yang diperoleh dengan etsa menggunakan larutan Kroll ( 5% HN03 + 10% HF + 85 % H20)
348
Seminar Tahunan Pengawasan
ISSN 1693 - 7902
Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Desember 2003
Dari pengoperasian modulasi X-Y pada jaringan hitam yang terputus-putus itu ternyata merupakan sensitisasi Cr23 C6 dengan diameter sekitar 5 flm. dan 2 flm.
Ini
menunjukan bahwa etsa dengan larutan Kroll mempunyai efek yang sarna dengan etsa elektrolit menggunakan asam oksalat 10 %. HasH Laju Korosi Dengan Semprot Kabut Garam Hasillaju korosi dengan metode semprot kabut garam ditunjukkan pada Gambar 7.
------•.. '" .:0:
'"
~
---------------------------.-------.------
1.50E-06 3.00E-06
...:i '"
0 ';' 1.00E-06 ~ 2.00E-06.§. 5.00E-07 2.50E-06 O.OOE+OO
-+- 8M (mm/yr) _ -..-
HAZ (mm/yr) WM (mm/yr)
72.
48
24
Waktu (jam)
1-Gambar
Laju Korosi SS 304
I
~..
--------
J
7. HasHlaju korosi dengan metode uji kabut garam, SS304
Hasil laju korosi dengan metode kabut garam menggunakan 3,5% berat NaCI dalam aquades sampai dengan 72 jam menunjukkan bahwa korosi maksimum pada semua sampel SS 304, terjadi dengan waktu pengkabutan 24 jam yaitu sebesar 1,3E-06 mm/year
Selanjutnya
laju korosi minimum terjadi setelah 72 jam, hal tersebut
dikarenakan setelah 72 jam masing-masing material tersebut sudah mampu membentuk Cr203
yang merupakan lapis lindung/salah satu pelapisan permukaan
logam yang
sekaligus merupakan perisai terhadap serangan korosilketahanan serangan oksidasi dari luar. Sampel
SS 304 menunjukkan ketahanan korosi dengan kategori sangat baik
secara umum hasil pengujian secara kualitatif dan kuantitaif yang diperoleh dengan uji merusak dan tidak merusak di atas dapat di interprestasikan bahwa pengaruh pengelasan
349
Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir • Jakarta, II Desember
memberikan
2003
ISSN
efek proses korosi yang terjadi di batas butir di daerah
1693- 7902
HAZ, sehingga
batas butir bersifat anodik dan bagian tengah butir bersifat katodik.
KESIMPULAN Dari hasil pengujian menunjukkan a.
pengaruh pengelasan
terhadap komposisi
kimia dan eaeat las
bahwa : Sampel uji as received memenuhi
Material
standars
SS 304 di dalam Tabel
Internasional. b.
Pada
sambungan
pengelasan
material
sampel
uji tidak
diperoleh
adanya
eaeat. Dengan
demikian
untuk bahan penelitian. joule/em,
sampel uji pipa kanal hotleg reaktor
material
Selanjutnya
menggunakan
las
dengan
busur
gas
masukan
TIO
dapat digunakan
993
panas yang sarna sebesar
menghasilkan
beberapa
hal
unjuk
sinar X,
mikroskop
kerja/performance material sebagai berikut : 1.
Dari hasil pengujian optik,
sampel,
SEM) dan EDAX
(sensitisasi) endapan
pada
garis
Dari hasil pengujian laju korosi terjadi yang diperoleh terutama
lebur
di daerah
sambungan
korosi
antar butir
pengelasan
diperoleh
dengan
pada SS 304,
terhadap keausan tertinggi dieapai pada SS 304.
hingga 24 jam. minimum,
Cr203 yang merupakan
Dari hasil penelitian
adanya
maksimum
sampel menggunakan
menjadi
diffraksi
pada SS 304 diperoleh
fasa Cr23 C6. Nilai kekerasan
Oleh karena itu ketahanan 2.
menggunakan
metode kabut garam,
Selanjutnya
hingga 72 jam,
karena sudah terbentuk
oksida
di atas maka dapat disimpulkan
bahwa
korosi.
material SS 304 memiliki unjuk kerja (performance) baik setelah pengelasan.
350
laju korosi
lapisan
lapis lindung ketahanan
yang telah dilakukan
maksimum
Seminar Tahunan Pengawasan
ISSN 1693 - 7902
Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Oes.:mber 2003
DAFTAR ACUAN 1.
IKHUHISA HAMADA et aI, Intergranular Stress Corrosion Cracking Behavior of Niobium-added
Type 308 Stainless steel Weld Overlay Metal in a Simulated
BWR Environment. Elsevier, Nuclear Engineering and Design, 2002; 2.
REYNALDA Precipitation
BELTRAN et. aI, Effect of Strain and Grain Size on Carbide and Corrosion
Sensitization
behavior in 304 Stainless
Steel,
Pergamon, Departemen of Metallurgical and Material Engineering, The University of Texas at aI., USA, 1996; 3.
GUL YAEV.D.,
Structural
Theory of Intergranular
Corrosion
of Austenitic
Stainless Steels, Moscow Institute of Chemical Engineering, 1975; 4.
W. LUO, The Corrosion Resistance of OCr19 Ni9 Stainless Steel arc Welding Joints With and Without arc Surface Melting, Elsevier, Materials Science and Engineering, 2002;
5.
AHMED
H. Elsawy,
Characterization
of GTA W fusion line phases for
superferritic stainless steel weldments, Elsivier, 200 I; 6.
G.E.Linnert, Welding Metallurgy Carbon and Steel, A WS, New York USA,1983;
7.
G.F. Vander Voort, Matallography Principles and Practice, Mc. Graw Hill, New York, 1984;
8.
PUSDIKLAT-BATAN,
Sumber Radiasi dan Peralatan Radiografi, 1998;
9.
DR. Jhony Wahyuadi Soedarsono, Buku kuliah Corrosion Principles, 2000. DISKUSI
Pertanyaan (Jr. Puradwi, P2TKN - BATAN) a). Apakah sampel uji dibuat lebih dari satu atau lebih dalam pengujian korosi? b). Apakah pengujian korosi dilakukan secara kontinyu atau tidak? Jawaban (Johny Wahyuadi Soedarsono, Fakutas Teknik Metalurgi - VJ) a). Sampel uji dibuat masing-masing 3 buah yang di perlakukan uji korosi masingmasing selama 24 jam, 48 jam dan 72 jam. b). Pengujian dilakukan secara kontinyu dan diskontinyu.
351
