~~
Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996
Pengaruh Kecepatan Pencelupan dalam tarutao daD Konsentrasi Asam Chlorida pada Ketahanan Korosi Baja Karbon daD Baja Tahan Karaf Bambang Widyanto2, Ashruf, ABSTRAK.
Hem Purwanto 2.
e
PENGARUH KECMTAN",ENCELUPAN DALAM LARUTAN DAN KONSENTRASI ASAM CHLORIDA PADA KETAHANAN KOROSI BAJA KARBON DAN BAJA TAHAN KARAT. Kondisi logam yang statis dan media yang dinamis dijumpai dalam kasus suatu aliran dalam pipa, dimana peninjauan mekanismekorosi lebih banyak dikaitkan dengan mekanismekorosi erosi, sedangkanpadakondisi logam dinamis danmedia yang statis dapatdikaitkan denganbangunankapal yang beradadilaut atau impeler pada suatu pompadimana mekanismekorosi lebih relevanhila dikaitkan denganmasalahpengkayaan oksigen pada larutaneBerkaitan denganhal yang terakhir diatas,maka penelitian ini merupakanset-up dari suatu simulasi, untuk mengkaji pengaruhgerakan dari spesimenlogam yang dipasangpada suatu piringan yang berputarsecaravertikal dan tercelup setengalmyadalam larutan terhadapketahanankorosi dari logamtersebut.Untuk sementaradalam penelitian ini dipergunakancasam 1 dari chlor!d.asebagaimedia kerja, dan untuk penelitianselanjutnya.akandipilih pasang.an !arutan dan ~ogamkerj~ yang ak~ diam kondlsllapanganyangsebenarnya.Beberapaparameteryang dlpergunakanadalahJemslogam(baJakarbon blasadan baJatab at 304), kecepatanputar piringan pemegangspesimen(10-80 rpm) dan konsentrasilarutan(5-35%). Dari hasil percobaan,pa durasi tertentu, terlihat bahwa perbedaanketahanankorosi dari baja tahan karat dan baja karbon akan mulai nampak denganjelas pada konsentrasi15%. Gejala tersebutdidapatkanbaik pada percobaanstatik maupun percobaandinamik. Selain itu, dengansemakin tingginya kecepatanputar yang dipakai,maka ketahanankorosi dari kedua logam, baik padabaja karbon maupunbaja tahan karat secaraumum akansemakinrendah.Dengancatatanbahwabaja tahankaratmemperlihatkansifat yang selalulebih baik dibandingkan denganbaja karbon. Perbedaansifat antarabaja karbon dan baja tahan karatakan semakinjelas padakonsentrasilarutan yang lebih tinggi dan padadurasi percobaanyanglebih lama.
~
ABTRACT THE INFLUENCE OF IMERSION SPEED AND HYDROCHLORIC ACID CONCENTRATION ON THE CORROSION RESISTANCE OF PLAIN CARBON STEEL AND STAINLESS STEEL. There are four different corrosion conditions that related to the movementof the media and the movementof the metal. Firstly, the metal and the media is in static condition; secondly,the metal is in the static condition and the mediais in the movementor in the dynamiccondition like in the case of pipeline; thirdly, the metal is in the movementand the media is in the static condition like in the ship caseor in the offshore buildings, and fourthly, the metal and the mediaare in the dynamiccondition like in the caseof the impeller pump and turbine blade. The secondand thethird corrosioncondition can be relatedto tile corrosionerosionphenomenaand the fourth condition especiallyin the slow speedcan be relatedto the phenomenaof the enrichissementof the solution by theoxygen. The experimentis the simulation set up that can be relatedto the third or the fourth condition,to examinethe influenceof the metal mouvementwhich attachedto a half immersion rotating disk to the corrosion resistanceof the metal. This experiment use the hydrochloric acid for a solution and for the future experiment,tile couple of the metal and the solution will be realisedon the real condition in the field. Therearethree parametersusedin the experiment,first is the metal (plain carbonsteel and stainlesssteel 304), secondis the rotation speed(10-80 rpm) and third is the solution concentration(5-35%). The resultsshow that at the higher solution concentration corrosionresistanceof the stainlesssteelandtheplain carbonsteeldecreaseand at the solution concentration15%, the decreaseof the corosionresistanceof plain carbonsteelbecomemore importantthan stainlesssteel. This tendancefound at the static and dynamicconditions. The corrosionresistanceof the metalsin generalbecomelower at the higher speedrotation but the corrosion resistanceof the stainlesssteelis alwaysbetterthen the corrosionresistanceof the plain carbonsteel.
PENDAHULUAN Pada umumnya peristiwa korosi banyak dipelajari untuk melihat kelakuan material khususnya logam dalam suatu media pada kondisi operasi tertentu. Kondisi operasi tersebut sering diterjemahkan dalam berbagai parameter antara lain potensial, pH, konsentrasi, temperatur daD sebagainya. Tetapi dari kajian lapangan temyata ada satu. faktor yang cukup besar pengaruhnya terhadap peristiwa korosi, gerakan dari logam di dalam suatu media dan/atau gerakan dari media itu sendiri seperti halnya peristiwa korosi dari suatu pipa yang dialiri oleh suatu media seperti air atau minyak, peristiwa 1. Dipresentasikan pada Seminar Ilmiah PPSM 1996 2. Laboratorium Metalurgi Jurusan Mesin ITB 58
korosi daTi bangunan-bangunan di pinggir laut atau di lepas pantai, serta peristiwa korosi pada pompa atau turbin, kesemuanya itu berhubungan dengan adanya suatu gerakan relatif antara logam clanmedianya. Peristiwa korosi yang ditimbulkan oleh faktor gerakan tersebut berkaitan pula dengan
fenomena-fenomenaperusakan yang berbeda. Disatu pihak gerakan logam di dalam media korosif pada kecepatan relatif yang tinggi yang disertai adanya unsur-unsur padat di dalam media, akan mendorong terjadinya fenomena korosi erosi, clan di lain pihak gerakan suatu logam di dalam suatu media yang menciptakan
suatu kondisi turbulensi akan mendorong terjadinya pengkayaan oksigen di dalam larutan terutama pada butiran larutan didekat permukaan. Apabila ditinjau terha4ap suatu contoh seperti kasus sebuah tiang pancang dari suatu bangunan lepas pantai seperti platform eksplorasi minyak bumi atau jembatan, maka sudah sangat dikenal adanya fenomena korosi yang terjadi pada logam didekat permukaan laut didalam air, akibat adanya perbedaan konsentrasi oksigen
antara bagian media dipermukaan dan daerah media yang lebih dalam. Permukaan air akan selalu lebih kaya akan oksigen akibat suplai yang diberikan oleh udara, sehingga logam pada daerah tersebut akan bersifat sebagai katoda dan daerah tetangganya akan bersifat sebagai anoda. Dengan adanya air disekitarnya, maka akan terjadi suatu sel korosi atau sel galvanik yang akhimya akan menimbulkan perusakan. Pada kasus bangunan lepas pantai ini, walaupun terdapat gerakan dari air laut akibat gelombang, tetapi gerakan tersebut dapat dinilai sangat lambat sehingga dalam kasus ini gerakan tersebut
dapat diabaikan dan logam maupun medianya dianggap diam atau statis. Tetapi dalam kasus kapal yang bergerak dengan kecepatan cukup tinggi, dan sebuah pompa air ataupun pompa s~atularutan diindustri yang memiliki kecepatan gerak yang cepat, dapat diamati terjadinya turbulensi yang cukup besar pada daerah antar muka yang akan menambah kandungan oksigen yang cukup berarti didalam larutan. Semakin besar turbulensi yang terjadi, semakin besar pula oksigen yang dilarutkan. Oleh karena dari penjelasan sebelumnya, telah disebutkan bahwa perbedaan konsentrasi oksigen dalam larutan akan menyebabkan korosi,
maka semakin besar kandungan oksigen akan menyebabkan semakin besar pula perbedaan potensial yang tercipta, dan laju korosi akan bertambah besar pula. Didalam percobaan ini dilakukan suatu set-up penelitian untuk mempelajari pengaruh dari gerakan relatif tersebut terhadap laju korosi
dari suatu logam dengan mempergunakan variabel kecepatan gerakan, konsentrasi larutan
yang dipergunakan dan sudah barang tentu variasijenis logam yang dipergunakan. Baja biasa dipergunakan untuk mencerminkan bangunan lepas pantai atau kapal, baja tahan karat dipergunakan, karena merupakan suatu jenis baja yang sudah diperbaiki sifatnya dengan mempergunakan unsur penambah untuk memperbaiki ketahanan korosinya; asamkhlorida~
dipergunakan untuk mencerrninkan suatu larutan korosif yang banyak dipergunakan diindustri; dan kecepatan divariasikan oleh karena setiap barang yang bergerak selalu mempunyai kecepatan yang berbeda. Perlu disebutkan juga, bahwa pada penelitian ini dilakukan suatu teknik percobaan tertentu yang menciptakan suatu kondisi siklik, dimana logam bergerak keluar daD masuk larutan dengan kecepatan tertentu. Pertama, kondisi tersebut akan menciptakan fenomena korosi yang berbeda dengan biasanya, kedua gerakan siklik tersebut akan mengubah konsentrasi oksige!1 didalam larutan. Percobaan ini belum memakai pasangan dari logam daD media sesuai dengan kasus sebenamya dilapangan yang akan dilakukan dikemudian hari, tetapi daTi basil percobaan ini diharapkan dapat
diketahui kecenderunganperubahan ketahanan korosi logam pada kondisi pemakaian, daD dalam suatu larutan tertentu, akibat adanya kecepatan gerak tertentu. Beberapa pembatasan terjadi pada variasi parameter yang dipergunakan, oleh karena keterbatasan kemampuan alat yang dibuat yang mempergunakan komponen-komponen sederhana yang kemampuannya terbatas. Walaupun percobaan ini ditujukan terutama untuk melihat perubahan ketahanan korosi didalam suatu larutan asam khlorida pada kondisi siklik, tetapi basil percobaan ini dibandingkan pula terhadap basil percobaan statis dalam larutan yang sarna, daDjuga dibandingkan dengan basil percobaan dalam larutan yang mengandung garam NaCI.
PROSEDURPERCOBAAN Pada penelitian ini dipersiapkan sejumlah spesimen dari baja karbon dan baja tahan karat yang dipotong dalam dimensi yang sarna yaitu 45mm x 20mm x lmm. Permukaan spesimen dibersihkan dengan pengampelasan secara bertingkat dengan mempergunakan kertas ampelas yang terkasar adalah grit 100 dan yang terhalus adalah grit 1000. Percobaan dilakukan pada alat uji yang dibuat seperti ditunjukkan dalam gambar 1 dan 2. Spesimen dipasang
pada sebuah piringan
yang
terbuat dari PVC (25) yang dapat diputar dengan suatu kecepatan tertentu. Pada peralatan ini terdapat dua buah piringan
pemegang spesimen yang bergerak dengan kecepatanberbeda karena dihubungkan pada sebuah motor melalui
suatu timing
belt dengan
59
perbandingan transmisi (22) yang berbeda. Piringan pemegang spesimen tercelup setengahnya didalam suatu bak yang berisi larutan. Motor listrik yang dipergunakan mempunyai kecepatan yang terbatas yang mengakibatkan kecepatan pillar dari piringan pemegang spesimen hanya mempunyai variasi kecepatan dari 0,016 sampai dengan 80 rpm. Percobaan dilakukan dengan mengambil kecepatan pillar 0)016, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 daD 80 rpm. Konsentrasi asam khlorida yang dipergunakan didalampercobaan ini adalah 5, 15, 25 daD 35%, sedangkan percobaan dengan larutan garam mempergunakan konsentrasi 5, 15 daD 25%. Waktu percobaan yang digunakan adalah 1, 2, 3 daD 4 jam. Hasil dari percobaan ini adalah pengurangan berat spesimen yang didapatkan dari penimbangan spesimen setelah mengalami proses korosi. Spesimen yang telah dikorosikan sebelum ditimbang dicuci dengan mempergunakan prosedur ASTM G 1-90 untuk menghilangkan produk korosi yang menempel pada permukaan logam. Untuk melengkapi percobaan ini, maka pada sebagian spesimen dilakukan pemeriksaan metalografi pada potongan melintang dari spesimen.
HASIL PERCOBAAN Hasil percobaan ini disampaikan pada gambar 3 sampai dengan gambar 23 pada
lampiran. PEMBAHASAN Gambar 3 sampai dengan gambar 21 menunjukkan basil pengukuran perubahan berat dari baja karbon rendah dan baja tahan karat yang mengalami proses pengkorosian dalam keadaan statik dan dinamik, pada berbagai konsentrasi larutan dan pada durasi percobaan yang bervariasi. Dari gambar-gambar tersebut tidak terlihat dengan jelas perbedaan perubahan berat yang diakibatkan oleh perbedaan kecepatan putar yang digunakan. Hal ini terjadi oleh karena perubahan berat yang diliasilkan sangatlah kecil, sehingga skala grafik yang dipakai tidak cukup memberikan akomodasi terhadap perbedaan perubahan berat yang terjadi secarajelas. Hanya pada beberapa kondisi percobaan saja seperti yang ditunjukkan dalamgambar-gambar 7, 8, dan
60
13, terlihat cukup jelas pengaruh kecepatan putar terhadap perubahan berat yang terjadi. Tetapi dari penelitian yang terdahulu(7) perubahan berat tersebut terdeteksi dengan jelas dengan mempergunakan skala grafik yang lebih besar, terutama seperti yang terjadi dalam kasus korosi pada baja karbon rendah. Dilain pihak, pada gambar-gambar tersebut terlihat dengan jelas pengaruh dari konsentrasi asam khlorida pada ketahanan korosi dari kedua bahan uji. Semakin besar konsentrasi larutan yang dipergunakan, ketahanan korosi dari baja karbon rendah clan baja tahan karat akan semakin rendah pula, baik dalam kondisi statik maupun dinamik atau siklik yang ditunjukkan dengan pengurangan berat dari basil percobaan dengan konsentrasi larutan 15, 25 clan 35% dibandingkan dengan basil percobaan pada konsentrasi larutan 5%. Dalam hat ini ketahanan korosi dari baja tahan karat selalu akan relatif lebih baik dibandingkan dengan ketahanan korosi dari baja karbon rendah. Dari pandangan secara menyeluruh, terlihat pengaruh dari kecepatan putar atau gerakan yang diterapkan pada spesimen terhadap perubahan berat pada konsentrasi 15% keatas. Temyata terdapat suatu ambang batas dari konsentrasi larutan untuk membedakan basil proses korosi statik clan dinamik. Ambang batas daTi konsentrasi tersebut adalah 15%. Percobaan dengan mempergunakan konsentrasi larutan yang rendah dibawah 15% menunjukkan bahwa perubahan berat yang terjadi baik pada i<;orosi dari baja karbon rendah maupun untuk baja tahan karat pada korosi statik, relatif lebih rendah dibandingkan kondisi korosi sikliknya. Tetapi untuk konsentrasi larutan yang lebih tinggi, temyata ketahanan korosi pada kondisi statik sangat jauh berbeda. Pada kondisi statik tersebut perusakan yang terjadi yang dinyatakan oleh besamya perubahan berat, sangatlah besar, tetapi hal ini dapat diperbaiki dengan menerapkan suatu gerakan pada logam yang dipergunakan. Perubahan berat yang terjadi akan turun dengan drastis akibat adanya gerakan spesimen, atau dengan pemyataan lain, gerakan siklik dari spesimen akan mengurangi perusakan akibat korosi yang terjadi. Peristiwa tersebut dijelaskan dalam gambar 3 sampai dengan gambar 6 untuk durasi percobaan 1 jam. Untuk durasi percobaan yang lebih lama seperti ditunjukkan pada gambar 7 sampai dengan gambar 18 gejala yang sarna dialami oleh spesimen uji, tetapi pada durasi percobaan
khusunya pada 4 jam, maka walaupun konsentrasi larutan yang digunakan cukup rendah yaitu 5%, tetapi pengurangan berat yang terjadi pada kondisi statisnya sudah cuk\lp besar. Dari data-data yang didapat, terlihat semakin tinggi konsentrasi larutan yang dipakai, maka penurunan perubahan berat akibat gerakan spesimen tersebut menjadi semakin berarti terutama untuk baja karbon rendah. Ditinjau daTi perubahan-perubahan ketahanan korosi yang terjadi, baja tahan karat memiliki kestabilan sifat yang lebih baik dibandingkan baja karbon rendah, oleh karena perubahan pengurangan berat yang terjadi daTi kondisi statik kekondisi siklik tidaklah terlalu besar. Pada umumnya suatu peristiwa korosi dapat terjadi karena adanya peristiwa polarisasi yang terdiri daTi dua bagian, yaitu polarisasi aktivasi clan polarisasi konsentrasi(8). Polarisasi aktivasi dikendalikan oleh reaksi pada antarmuka logam-larutan sedangkan polarisasi konsentrasi dikendalikan oleh perbedaan konsentrasi dalam larutan. Dari kejadian yang didapatkan pada percobaan ini seolah-olah bahwa dalam keadaan statis terutama pada konsentrasi larutan yang tinggi, maka peristiwa korosi didominasi oleh polarisasi aktivasi sehingga menghasilkan pengurangan berat spesimen yang jauh lebih besar. Tetapi dengan menerapkan gerakan spesimen maka pengaruh polarisasi aktivasi dapat ditekan sehingga dihasilkan pengurangan berat yang lebih rendah. Pengujian korosi dengan mempergunakan larutan garam, menghasilkan pengurangan berat yang lebih kecil dibandingkan dengan pengujian korosi didalam larutan HCI. Semakin tinggi konsentrasi NaCI yang dipergunakan ternyata menghasilkan pengurangan berat yang lebih kecil. Tetapi pengaruh dari putaran cukup berarti sehingga menghasilkan pengurangan berat yang lebih besar pada putaran yang lebih tinggi, dengan catalan bahwa pengurangan berat pada baja karbon rendah selalu lebih besar daripada baja tahan karat. Seperti halnya pada percobaan korosi dengan larutan HCI, percobaan dengan NaCI juga menunjukkan bahwa kecepatan putar yang lebih tinggi akan memperbesar pengurangan berat dari spesimen. Pemeriksaan metalografi memberikan informasi yang cukup menarik padapola perusakan akibat pengujian statik dan dinamik yang dilakukan. Secara umum perllsakan yang
terjadi mempunyai pola narrow deep yang berarti kerusakan yang terjadi berupa lubang yang dalam dengan posisi tegak lurus pacta pennukaan seperti ditunjukkan dalam gambar 23, tetapi khususnya pactabaja karbon rendah yang mengalami korosi siklik, bentuk kerusakan yang terjadi adalah subsurface yang berarti dangkal tetapi melebar seperti yang ditunjukkan dalam gambar 22.
KESIMPULAN 1. Secara logis dapat disimpulkan bahwa secara keseluruhan ketahanan korosi daTi baja tahan karat type 304 lebih baik daTi pada baja
karbon rendah karena adanya pengaruh unsur-unsur penambah yang ditujukan untuk memperbaiki ketahanan korosinya. 2. Kecepatan putar yang lebih tinggi akan
memperbesarkerusakan akibat korosi pada baja karbon rendah dan baja tahan karat baik pada larutan Hcl maupun pada larutan NaCI. 3. Pada konsentrasi 15% daD lebih besar, perusakan akibat korosi statik jauh lebih besar daTi korosi siklik atau dinamik. Semakin tinggi konsentrasi larutan yang dipergunakan, maka perbedaan tingkat perusakan yang terjadi semakin besar. Dengan catatan bahwa kondisi statik daD dinamik daTi baja karbon rendah menghasilkan perbedaan yang jauh lebih besar dibandingkan baja tahan karat. Konsentrasi 15% ini biasanya disebut sebagai konsentrasi ambang atau konsentrasi batas.
4. Penguranganberat yang dihasilkan pada percobaan didalam larutan HCl akan naik dengan naiknya konsentrasi larutan, sedangkan pada larutan NaCI yang terjadi adalah scbaliknya.
DAFTARPUSTAKA I. DJUNIARDI IWAN, Thesis,ITB 1992 2. Laque,Francis Laurence,Marine Corrosion. Causesand Prevention. John Wiley & Sons 1975
3. SEDRIKS,A.JOHN, Corrosionof Stainless Steel,JohnWiley and Sons,1979 4. G.L Makar and D. Tromans.Pilling Corrosionof Iron in WeaklyAlkaline Chloride Corrosion,CorrosionVol 52, No.4. Aparil1994 ~'. G. LIU, D.A.TREE. AND M.S.HIGH, Relalionshipsbetweenrotating disk corrosionmeasurements and corrosionin pipeflow. CorrosionScienceVol.50. No.8, August 1994
61
6. D.R.GABE, F.C.WALSH, The rotating cylinder electrode;a reviewof development, Reviewof Applied Electrochemistry6, 1983. 7. WillY ANTO B, ASRUL, .SURATMAN R, The effect of hydrochloricacid concentration and cyclic mmersionspeedon the corrosion behaviour of austenitic stainless steel and plain carbon steel, International Corrosion Congress, Melbourne, 25-29 November 1996. 8.
JonesDenny A, Principlesand Preventionof Corrosion,Maxwell McMilan International, 1992
DISKUSI Anonim : Apakahtidak actahubunganinterface mekanik denganreaksikimia, padawaktu contohuji berotasi,ataudi celupkan? BambangWidyanto : Masalahini belum diarnati Amir Partowiyatmo : BagaimanaKorosi dinamik, di dalamAir? BambangWidyanto : Percobaandenganpencelupansepenuhnyadalam air tidak dilakukan,karena tujuan percobaan adalahmeneliti pengaruhpengkayaanoksigen dalamlarutanakibat gerakandinamik yang dilakukan
Diagram aJir pengujian
62
13 14 15 16 17
Rumah bantaian Koplinq Baut motor: Klem Gear: motor
,
18 19 20 21 22
23
Dudukan motor Kapasitor: Rangka Dudukan rangka Timing belt
Pemegang rumah banta1an
24
25 26 27
Rumah bantalan
..Piringan
pemegang spesimen penguat kaki Kaki penyangga
Gb. 1. Susunanalat uji
63
~...Voltage regulator ~...Kipas pendingin (3)...Bak penampung larutan
...Spesimen ~,..Piringan tempat spesimen
Gb.2. Settingperalatanpada saatpengujian
64
J
I
I ..
I
~
G
It
,Ii
I .
I
I!
i
I! J~
IIi I! II
.. I I
I
I!
i
II
J~
,-
I~
Ii
il ~
Ii It ..
I
It
i
65
U)
i
66
oK
j
..~
I!
II
I~
If.
sf N
I
I j
I .i. ,.-
IJ ~-
I
=
it I
~
I
I i
Ii
Ii I~
IiIt ~
I
67
I i
I!
Ii
t)2
It
I
G
I j
Ii
IiIi
IiIt ~
I
68
I
-'
M--.I
<&8,
1111111° ddoddod ~~
'
.~
OL
09
~ It It
0
01
Ot
.,to-o
.
i
I
Ii
i .
I
I!
i'
J~
Ii
-z
t! J~
II ~
It
t!
I
II
I
i
I
I Ii )2
Ii E
-It
~
69
.
Gb. 22 Korosi pad. baja karbonrendahdidalamlarutan SO;.DC' selam. 2.jam pada kecepatan47 rpm (400X)
Gb. 13. Korosi padabaja tahan karat didalamlarutan 58;' DCI selama1 jam pada kecepatan47 rpm (400X)
70
