Pengaruh Annealing dan Normalizing terhadap Kurva Polarisasi Baja Karbon Sedang Effect of Annealing and Normalizing on Polarization Curve of Medium Carbon Steel M. Ridha, T. Rizki Nanda S, Syifaul Huzni dan Syarizal Fonna Jurusan Teknik Mesin, Universitas Syiah Kuala Jl. Tgk. Syech Abdur Rauf No. 7 Darussalam – Banda Aceh 23111, INDONESIA Email:
[email protected],
[email protected]
Abstrak – Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh perlakuan panas, khususnya annealing dan normalizing terhadap kurva polarisasi baja karbon sedang. Enam buah spesimen disiapkan untuk keperluan tersebut, yang masing-masingnya 2 spesimen untuk tanpa perlakuan, 2 spesimen untuk annealing, dan 2 spesimen untuk normalizing. Pengujian komposisi dilakukan untuk memastikan spesimen yang digunakan tergolong baja karbon sedang. Temperatur austenisasi yang digunakan untuk penelitian ini adalah 815 ˚C untuk annealing dan 900˚C untuk normalizing dengan holding time selama 15 menit. Pengukuran kurva polarisasi menggunakan peralatan galvanostat. Hasil pengujian komposisi memberikan kandungan karbon sebesar 0,310%. Nilai ini menunjukkan bahwa spesimen tersebut tergolong baja karbon sedang. Hasil pengukuran kurva polarisasi menunjukkan bahwa ada perbedaan bentuk polarisasi antara baja tanpa perlakuan dengan yang mendapat perlakuan panas. Nilai katodik dan anodik baja yang mengalami perlakuan annealing dan normalizing cenderung naik. Hasil tersebut menunjukkan bahwa annealing dan normalizing mempengaruhi kurva polarisasi baja karbon sedang. Kata kunci : Annealing, Normalizing, Kurva Polarisasi, Baja Karbon Sedang, Galvanostat Abstract – The aim of this research is to study the effect of heat treatment i.e. annealing and normalizing, to medium carbon steel polarization curve. Six specimens were prepared for this purpose, which two for untreated specimens, two specimens for annealing, and two for normalizing specimens. Compotition testing was done to ensure the specimens classified as medium carbon steel. Austenization temperature used for this study were 815˚C for annealing and 900˚C for normalizing with the holding time for 15 minutes. Polarization curve measurements were using galvanostat. The composition test results provide carbon content of 0,31%. The value indicates that the specimens classified as medium carbon steel. Polarization curve measurement results show that there were different forms of polarization between the steel without getting treatment with the specimens with heat treatment. The value of the anodic and cathodic of the annealing and normalizing steel tends to rise. The result indicate that the annealing and normalizing influence the polarization curves of medium carbon steel. Keywords: Annealing, Normalizing, Polarization Curve, Medium Carbon Steel, Galvanostat
I. PENDAHULUAN Seperti yang umum diketahui, peralatan yang terbuat dari baja sangat banyak digunakan dalam kehidupan kita. Baja memiliki beragam aplikasi praktis dalam aspek kehidupan [1]. Penggunaan baja karbon sedang (medium carbon steel) juga sangat massif terutama di dunia industri. Hal ini berkaitan dengan harga baja karbon, termasuk baja karbon sedang, yang jauh lebih murah dibandingkan dengan alloy steel. Berkaitan dengan hal tersebut, korosi merupakan masalah yang sangat penting karena penanggulangan akibat korosi pada baja karbon
sedang tersebut membutuhkan biaya yang sangat besar [2]. Heat treatment (perlakuan panas) merupakan suatu kombinasi dari waktu pemanasan dan pendinginan untuk logam dalam keadaan padat. Proses ini untuk menghasilkan struktur tertentu dan sifat mekanik yang diinginkan. Annealing, normalizing, hardening, dan tempering adalah beberapa heat treatment yang sering digunakan untuk memodifikasi struktur mikro dan sifat mekanik dari material khususnya baja [3]. Pada penelitian sebelumnya telah diamati pengaruh tingginya temperatur terhadap laju korosi
pada baja plat dan paduan magnesium [4,5]. Didapati peningkatan temperatur menggeser potensial korosi ke arah lebih positif yang menunjukkan bahwa permukaan baja karbon terpolarisasi secara anodik yang dapat memicu reaksi reduksi ion-ion H+ [6]. Namun pengetahuan tentang pengaruh heat treatment terhadap perilaku korosi pada baja belum mapan, sehingga perlu diteliti lebih dalam sejauh mana pengaruh heat treatment tersebut terhadap perilaku korosi baja. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh heat treatment khususnya annealing dan normalizing terhadap perilaku korosi baja karbon sedang.
2.3 Heat Treatment Heat treatment dilakukan pada spesimen baja karbon sedang dengan temperatur austenisasi 815˚C untuk annealing dan 900˚C untuk normalizing dengan holding time selama 15 menit. 2.4 Pengukuran Kurva Polarisasi 2.1.1 Tempat Penelitian Pengukuran kurva polarisasi dilakukan di Laboratorium Rekayasa Material Divisi Korosi dengan menggunakan peralatan galvanostat dan digital multimeter yang telah dikalibrasi dengan peralatan osciloscope. 2.1.2 Benda Uji
II. METODE PENELITIAN Penelitian ini mencakup 4 tahap kegiatan yaitu pengujian komposisi, pengujian mikrostruktur, heat treatment, dan pengukuran kurva polarisasi. Kurva polarisasi digunakan untuk menganalisa perilaku korosi baja karbon sedang. Keempat tahapan tersebut akan dijelaskan berikut ini. 2.1 Pengujian Komposisi
Benda uji yang digunakan adalah baja karbon sedang yang berbentuk plat sebanyak 6 spesimen. Keenam spesimen tersebut terbagi menjadi 2 spesimen tanpa perlakuan, 2 spesimen annealing, dan 2 spesimen normalizing. Gambar 1 menunjukkan spesimen baja karbon sedang yang digunakan dan Gambar 2 menunjukkan spesimen untuk pengujian kurva polarisasi dari baja karbon sedang.
Pengujian komposisi spesimen dilakukan untuk memastikan bahwa spesimen yang digunakan memiliki kandungan karbon berkisar antara 0,25 – 0,6% yang merupakan kandungan karbon dari baja karbon sedang [7]. Peralatan yang digunakan untuk pengujian komposisi adalah spektrometer. 2.2 Pengujian Mikrostruktur Pengujian mikrostruktur dilakukan untuk memastikan mikrostruktur spesimen yang akan digunakan memiliki fasa-fasa yang sesuai dengan baja karbon sedang. Selain itu, pengujian ini juga untuk memastikan fasa-fasa yang dihasilkan melalui proses heat treatment juga telah sesuai dengan standard atau rujukan yang ada.
‐97 mV
Gambar 1. Spesimen baja karbon sedang
we 2
Multimeter
we 1
Counter electrode
Spesimen
Elektrolit
Saltbridge
Galvanostat Ref. electrode
Gambar 3. Rangkaian alat pengujian untuk pengujian kurva polarisasi
Gambar 2. Spesimen baja karbon sedang untuk pengujian kurva polarisasi 2.1.3 Pengujian kurva polarisasi Rangkaian peralatan pengujian kurva polarisasi ditunjukkan pada Gambar 3. Polarisasi diberikan pada penampang spesimen baja karbon sedang dengan luas (1 x 1) cm2. Data polarisasi diukur untuk polarisasi katodik dan polarisasi anodik. Pengujian kurva polarisasi ini dilakukan terhadap semua spesimen untuk setiap perlakuan yaitu tanpa perlakuan (untreated), annealing dan normalizing.
Gambar 4. Mikrostruktur spesimen untreated Mikrostruktur hasil annealing dan normalizing ditunjukkan dalam Gambar 5 dan Gambar 6. Gambar tersebut menunjukkan perubahan bentuk mikrostruktur akibat proses annealing dan normalizing. Mikrostruktur yang terbentuk akibat annealing membuat ukuran fasa ferit menjadi lebih besar. Hal ini akibat dari laju pendinginan yang sangat lambat dari proses annealing.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil uji komposisi Hasil pengujian komposisi terhadap benda uji berupa baja berbentuk plat ditunjukkan pada Tabel 1. Pada tabel tersebut dapat dilihat bahwa kandungan karbon dari spesimen adalah 0,31%. Nilai tersebut menunjukkan bahwa spesimen uji tergolong baja karbon sedang. Tabel 1. Komposisi baja plat C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
0,310
0,062
0,729
0,002
0,010
0,049
0,051
Gambar 5. Mikrostruktur spesimen annealing Sementara, proses normalizing menghasilkan mikrostruktur yang lebih halus dan berbentuk lancip. Mikrostruktur ini adalah akibat dari laju pendinginan yang relatif lebih cepat dari proses normalizing. Mikrostruktur-mikrostruktur tersebut telah sesuai dengan rujukan yang ada bagi hasil proses annealing dan normalizing.
3.2 Hasil pengujian mikrostruktur Hasil pengujian mikrostruktur terhadap spesimen untreated ditunjukkan dalam Gambar 4. Gambar ini menunjukkan fasa ferit (α) menjadi fasa yang dominan dan adanya sejumlah fasa perlit. Hal ini sesuai dengan karakteristik baja karbon sedang dengan kandungan karbon sekitar 0,3% yang merupakan baja hipoeutektoid. Gambar 6. Mikrostruktur spesimen normalizing
3.3 Hasil pengukuran kurva polarisasi
3.3.3 Kurva polarisasi untuk spesimen normalizing
3.3.1 Kurva polarisasi untuk spesimen untreated
Gambar 9 menunjukkan kurva polarisasi untuk spesimen normalizing dengan temperatur austenisasi 900˚C, holding time selama 15 menit, dan pendinginan di dalam ruangan laboratorium. Kurva tersebut menunjukkan bahwa nilai Ecorr untuk spesimen normalizing menjadi >-400 mV dibandingkan dengan dua kurva sebelumnya
Gambar 7 menunjukkan kurva polarisasi yang terbentuk untuk spesimen tanpa perlakuan heat treatment atau untreated. Kurva ini menunjukkan bahwa potensial korosi (Ecorr) bagi spesimen untreated berada dalam kisaran -400 mV. 0.001 0
0.01
0.1
1 0.001 0
0.01
0.1
1
‐100 ‐100
‐200
‐200
Ecorr ‐400
E (mV)
E (mV)
‐300
‐500 ‐600
‐300
Ecorr
‐400 ‐500
‐700 ‐600 ‐800
i (A/m2)
‐700
Gambar 7. Kurva polarisasi untuk spesimen untreated 3.3.2 Kurva polarisasi untuk spesimen annealing Gambar 8 menunjukkan kurva polarisasi untuk spesimen annealing dengan temperatur austenisasi 815˚C, holding time selama 15 menit, dan pendinginan di dalam furnace. Gambar tersebut menunjukkan bahwa nilai Ecorr spesimen annealing >-400 mV. Hal ini berarti terjadi pergeseran Ecorr bagi spesimen annealing dibandingkan dengan spesimen untreated. 0.001 0
0.01
0.1
1
‐100
E (mV)
‐200 ‐300
Ecorr ‐400 ‐500 ‐600 ‐700
i (A/m2)
Gambar 8. Kurva polarisasi untuk spesimen annealing
i (A/m2)
Gambar 9. Kurva polarisasi untuk spesimen normalizing Keseluruhan kurva polarisasi yang diberikan dalam Gambar 7 s.d Gambar 9 memperlihatkan bahwa nilai potensial katodik dan anodik baja karbon medium menjadi lebih positif setelah mendapat perlakuan panas, khususnya annealing dan normalizing. Hal ini menunjukkan bahwa proses perlakuan panas memberikan pengaruh terhadap perilaku korosi dari baja karbon sedang. IV. KESIMPULAN Penelitian terhadap pengaruh perlakuan panas terhadap perilaku korosi baja karbon sedang dipelajari dalam riset ini. Pengujian komposisi dan strukturmikro spesimen uji telah dilakukan untuk menjamin spesimen yang digunakan adalah benar baja karbon sedang. Hasil pengujian kurva polarisasi menunjukkan proses annealing dan normalizing cenderung menaikkan nilai potensial katodik dan anodik baja karbon sedang. Nilai Ecorr dari baja karbon sedang juga menjadi lebih positif akibat proses perlakuan panas tersebut. Hal tersebut menyebabkan bentuk kurva polarisasi baja karbon sedang tanpa perlakuan dengan annealing dan normalizing terlihat berbeda. Oleh karena itu, dapatdisimpulkan bahwa proses perlakuan panas memberi pengaruh terhadap perilaku korosi baja karbon rendah.
PENGHARGAAN Penelitian ini didanai Laboratorium UNSYIAH 2015.
melalui
Hibah
DAFTAR PUSTAKA [1] Jaypuria, S.K., 2009, Heat Treatment of Low Carbon Steel, Final Project for Bachelor of Tecnology, National Institute of Technology, India. [2] Melati, H.A, Suratno, W., Hidayat, R. Syakir, N., dan Fitrilawati, F., 2011, Proteksi Korosi Pipa Baja Karbon Penyalur Migas di Lingkungan Garam Menggunakan Polimer Hybrid Berbasis Monomer Glymo, Bionatura – Jurnal Ilmu-ilmu Hayati dan Fisik, Vo. 13, No. 1: 1-7. [3] Fadare, D.A, Fadara, T.G. and Akanbi, O.Y., 2011, Effect of Heat Treatment on Mechanical Properties and Microstructure of NST 37-2 Steel, Journal of Minerals & Materials
Characterization & Engineering, Vol. 10, No. 3: 299-308. [4] Manna, R, 2012, Heat Treatment, http://www.msm.cam.ac.uk/phasetrans/2012/Manna/Part1.pdf (accessed on 30 November 2015) [5] Fazal, M.A, Haseeb, A.S.M.A., and Masjuki, H.H., 2011, Effect of Temperature on the Corrosion Behavior of Mild Steel Upon Exposure to Palm Biodiesel, Energy, Vol. 36: 3328-3334. [6] Sunarya, Y., Radiman, C.L., Achmad, S dan bundjali, B., 2008, Pengaruh Temperatur erhadap Mekanisme Inhibisi oleh Sistein pada Korosi Baja Karbon dalam Larutan NaCl Jenuh CO2, Jurnal Matematika dan Sains, Vol. 13, No.3 : 90-96. [7] Callister, W.D. and Rethwisch, D.G., 2010, Material Science and Engineering: an Introduction, 8th Ed. John Wiley & Sons, Inc.
