PENGARUH PENGARUH DERAJAT PENGERJAAN DINGIN DAN PERLAKUAN PANAS TERHADAP PRESIPITASI KARBIDA KHROM BAJA PADA TAHAN KARAT TIPE 304 Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: MUNHARDEKA APRILIN NUR. K. : 2101 100 016 : Teknik Mesin FTI-ITS : Dr. Ir. ABDULLAH SHAHAB, M. Sc.
Abstrak Dalam dunia industri seringkali ditemukan kasus korosi batas butir pada baja tahan karat tipe 304. Korosi batas butir diakibatkan terjadinya presipitasi karbida khrom pada temperatur sensitis oleh proses pemanasan maupun pengelasan.. Eksperimen diawali dengan pengerolan dingin baja tahan karat tipe 304 pada berbagai derajat reduksi ketebalan. Kemudian dilanjutkan dengan pemanasan dimana parameter temperatur dan waktu penahanan divariasikan, dan seluruhnya didinginkan cepat menggunakan air. Pemberian input panas berupa penyalaan busur listrik las TIG HF ditujukan sebagai sensitasi, dimana torch berada dalam keadaan diam dan pendinginan oleh udara. Hasil eksperimen menunjukkan adanya perbedaan akibat pengaruh variasi pengerolan dingin, temperatur pemanasan dan waktu penahanan. Pada spesimen hasil pengerolan dingin tanpa dilanjutkan pemanasan didapatkan bahwa semakin tinggi derajat reduksi ketebalan daerah presipitasi karbida khrom yang diperoleh menjadi semakin lebar. Sebaliknya pada spesimen yang mengalami pemanasan setelah pengerolan dingin didapatkan pengurangan lebar daerah presipitasi karbida khrom seiring dengan peningkatan derajat reduksi ketebalan. Sedangkan prosentase dan lebar daerah presipitasi karbida khrom semakin berkurang seiring dengan semakin meningkatnya temperatur pemanasan dan waktu penahanan . Kata kunci : presipitasi karbida, pengerjaan dingin, perlakuan panas, pengamatan makro.
EFFECT DEGREE OF COLD WORK AND HEAT TREATMENT TO CARBIDE CHROM PRECIPITATION ON 304 STAINLESS STEEL Student NRP Majority Lecturer
: : : :
MUNHARDEKA APRILIN NUR. K. 2101 100 016 Mechanical Engineering of FTI-ITS Dr. Ir. ABDULLAH SHAHAB, M. Sc.
Abstract In industrial world it is often found intergranular corrosion case in 304 stainless steel. Intergranular corrosion caused by carbide chrom in sensitize temperature on heating and welding process. Experiment started by cold rolling 304 stainless steel in degree of thickness reduction. Then continued with the heating in various of temperature and holding time parameter, and finishing by water quench. Giving heat input by TIG HF welding having purpose to sensitize, where torch in stable condition and colling by air. Experiment result shown the differences caused by the effect of variations in cold rolling, heating temperature and holdng time. The increasing degree of thickness reduction makes carbide chrom precipitation area more width in specimen that without get heat treatment after cold rolling. In other hand carbide chrom area getting reduce with the increasing degree thickness reduction in specimen that get heat treatment after cold rolling. While the percentage and carbide chrom area progressively reduce with the increasing of heating temperature and holding time. Keywords : carbide precipitation, cold work, heat treatment, macro examination.
PENGARUH DERAJAT PENGERJAAN DINGIN DAN PERLAKUAN PANAS TERHADAP PRESIPITASI KARBIDA KHROM BAJA TAHAN KARAT TIPE 304
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Metalurgi Program Studi S-1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : MUNHARDEKA APRILIN NUR KURNIAWAN Nrp. 2101 100 016
Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir : 1. Dr. Ir. Abdullah Shahab, M.Sc
………..(Pembimbing)
2. Dr. Ir. Soeharto, DEA.
……….(Penguji I)
3. Ir. Suprapti Syam
……….(Penguji II)
4. Dr. Ir. H. C. Kis Agustin, DEA.
……….(Penguji III)
SURABAYA AGUSTUS, 2006
KATA PENGANTAR Alhamdulillahi robbil ‘alamin, segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala limpahan rahmat, karunia, petunjuk, pertolongan dan keridho’an-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul : “ PENGARUH DERAJAT PENGERJAAN DINGIN DAN PERLAKUAN PANAS TERHADAP PRESIPITASI KARBIDA KHROM PADA BAJA TAHAN KARAT TIPE 304 ” Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi sebagian syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin pada jurusan Teknik Mesin ITS Surabaya. Berkenaan dengan selesainya Tugas Akhir ini, maka penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ibunda, Hj. Siti Nuryati, S.Pd, dan ayahanda, H. Kalamun atas semua yang telah diberikan kepada saya. 2. Bapak Dr. Ir. Abdullah Shahab, MSc selaku dosen pembimbing yang telah memberikan ilmu, bimbingan, arahan serta tenaganya demi kesuksesan penyelesaian Tugas Akhir ini. 3. Bapak Dr. Ir Soeharto, DEA, Ibu Ir. Suprapti Syam dan Dr. Ir. H. C. Kis Agustin, DEA. sebagai dosen penguji sidang Tugas Akhir. 4. Bapak Indra Sidharta, ST dan Suwarno, ST selaku dosen sekaligus teman yang banyak mengarahkan saya dalam mengerjakan Tugas Akhir. 5. Karyawan Laboratorium Metalurgi Teknik Mesin atas semua bantuannya. 6. Keluarga besar warga Laboratorium Metalurgi : Danang Wicaksono, M. Ramadhan K., Dhadhang Dhergantara, Rizal Aminuddin, M. Mochtar Yuan Abidin, Gerald Oxtoviandrew, Rizki Wijaya, Adli MR, Andi Rahman, Ahmad Zamroni, Haris Krisdoardi, Kevin Kiddy H,
Baroto Suharyo S, dan yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. 7. Warga M44 semuanya tanpa terkecuali. 8. Kedua adik saya, Ervin N.R dan Ahmad N. F. yang banyak memberikan support. 9. dan yang teramat istimewa, Pramadha Wardhani, terimakasih atas segalanya. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini sangat jauh dari sempurna. Tapi penulis tetap berharap semoga Tugas Akhir ini bisa bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan. Semoga Allah SWT selalu memberikan rahmat dan karunia-Nya serta bimbingan-Nya kepada kita semua. Amien. Surabaya, 1 Agustus 2006 Penulis
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL........................................................... i ABSTRAK........................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN................................................ v KATA PENGANTAR ........................................................ vi DAFTAR ISI ....................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .......................................................... xi DAFTAR TABEL............................................................... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tinjauan Umum....................................................... 1.2 Latar Belakang ........................................................ 1.3 Permasalahan........................................................... 1.4 Batasan Masalah...................................................... 1.5 Maksud dan Tujuan ................................................. 1.6 Sistematika Penulisan.............................................. BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Baja Tahan Karat ..................................................... 2.1.1 Klasifikasi Baja Tahan Karat......................... 2.1.2 Baja Tahan Karat Austenitik ......................... 2.2 Pengaruh Pengerjaan Dingin pada Baja Tahan Karat Austentik ................................................................. 2.2.1 Deformasi oleh Slip ....................................... 2.2.2 Deformasi oleh Twinning .............................. 2.2.3 Rekristalisasi.................................................. 2.3 Korosi Batas Butir ................................................... 2.3.1 Definisi Korosi ..............................................
viii
1 1 2 2 3 3
4 4 5 6 7 8 8 11 11
2.3.2 Mekanisme Korosi Batas Butir...................... 2.3.3 Metode Pendeteksian Tendensi Korosi Batas Butir............................................................... 2.4 Metalurgi Las .......................................................... 2.4.1 Tungsten Inert Gas (TIG) Welding ............... 2.4.2 Input Panas .................................................... 2.4.3 Siklus Thermal...............................................
12 14 15 15 16 17
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian .......................................... 3.2 Rancangan Penelitian .............................................. 3.3 Persiapan Penelitian ................................................ 3.3.1 Bahan............................................................. 3.3.2 Peralatan ........................................................ 3.4 Langkah Penelitian .................................................. 3.4.1 Persiapan Spesimen ....................................... 3.4.2 Pengerolan ..................................................... 3.4.3 Pemotongan Spesimen................................... 3.4.4 Perlakuan Panas............................................. 3.4.5 Penyalaan Busur Listrik ................................ 3.4.6. Pengamatan Makro........................................ 3.4.7 Pengamatan Mikro.........................................
19 20 21 21 21 21 21 22 22 23 23 24 26
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Pengamatan Makro ......................................... 30 4.2 Analisa Pengaruh Variasi Reduksi Ketebalan Terhadap Presipitasi Karbida Khrom ...................... 32 4.3 Analisa Pengaruh Perlakuan Panas Rekristalisasi Terhadap Presipitasi Karbida Khrom ...................... 36 4.3.1 Analisa Pengaruh Variasi Temperatur Pemanasan Terhadap Lebar Daerah Presipitasi Karbida Khrom.............................................. 41 4.3.2 Analisa Pengaruh Variasi Waktu Penahanan terhadap Lebar Daerah Presipitasi Karbida Khrom.............................................. 45
ix
4.3.3 Analisa Pengaruh Variasi Temperatur Pemanasan Terhadap Prosentase Daerah Presipitasi Karbida Khrom ............................ 46 4.4.4 Analisa Pengaruh Variasi Waktu Penahahan Terhadap Prosentase Daerah Presipitasi Karbida Khrom ............................ 48 BAB V KESIMPULAN...................................................... 50 DAFTAR PUSTAKA ......................................................... xvi LAMPIRAN A .................................................................... xvii LAMPIRAN B .................................................................... xxi LAMPIRAN C .................................................................... xxiii
x
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Rancangan Penelitian........................................ 20 Tabel A.1 Data pengamatan makro ................................... xvii Tabel A.2 Data pengamatan mikro .................................... xx
xv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5
Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12
Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6
Diagram keseimbangan Fe-Cr....................... Perubahan sifat mekanik akibat pengerjaan dingin............................................................. Pergerakan atom akibat slip .......................... Skema terjadinya twinning............................ Perubahan strukur mikro dan sifat mekanik logam terdeformasi selama proses rekristalisasi................................................... Gambar butir pada tahap rekristalisasi sampai tahap pertumbuhan butir ................... Pengaruh temperatur dan waktu annealing terhadap ukuran butir .................................... Perbedaan antara cold roll dan hot roll ......... Kelarutan karbon dalam paduan Fe-18%Cr-8%Ni............................................ Presipitasi karbida khrom.............................. Strukur mikro baja tahan karat seri 304 yang menunjukkan adanya presipitasi........... Ukuran presipitasi pada pengamatan makro spesimen baja tahan karat seri 304 dietsa elektrolitik dengan elektrolit asam oksalat 10%, 5A, 12 V, 15 menit............................... Skema las TIG............................................... Siklus thermal pengelasan baja tahan karat tipe304........................................................... Daerah las pada baja tahan karat austentik.... Diagram alir penelitian.................................. Proses pengerolan.......................................... Mesin cutting wheel ...................................... Mesin scrap ................................................... Proses electrolitic etching.............................. Pengukuran jarak awal, dan jarak akhir presipitasi karbida khrom ..............................
xi
5 6 7 8
9 10 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 22 23 23 25 26
Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14
Gambar 4.15
Peralatan grinding dan polishing ................... Posisi pengamatan mikro daerah presipitasi karbida khrom (pandangan atas) ................... Hasil etsa elektrolitik spesimen reduksi 5% -tanpa pemanasan .......................................... Hasil etsa elektrolitik spesimen reduksi 25% -tanpa pemanasan .......................................... Hasil etsa elektrolitik spesimen reduksi 40% -tanpa pemanasan .......................................... Hasil etsa elektrolitik spesimen reduksi 5% -dipanaskan pada T=950°C,t=60menit.......... Hasil etsa elektrolitik spesimen reduksi 25% -dipanaskan pada T=950°C,t=60menit.......... Hasil etsa elektrolitik spesimen reduksi 25% -dipanaskan pada T=950°C,t=120menit........ Hasil etsa elektrolitik spesimen reduksi 40% -dipanaskan pada T=950°C,t=60menit.......... Hasil etsa elektrolitik spesimen reduksi 40% -dipanaskan pada T=950°C,t=120menit........ Struktur mikro daerah HAZ spesimen dengan reduksiketebalan 0% ......................... Struktur mikro daerah HAZ spesimen dengan reduksi ketebalan 5% ........................ Struktur mikro daerah HAZ spesimen dengan reduksi ketebalan 25% ...................... Struktur mikro daerah HAZ spesimen dengan reduksi ketebalan 40% ...................... Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida spesimen dengan variasi reduksi ketebalan ... Struktur mikro logam induk pengaruh pemanasan 1050C selama 60 menit pada spesimen (a) dengan reduksi 5%, (b) dengan reduksi 25%, (c) dengan reduksi 40% (perbesaran 200X) ......................................... Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida
xii
27 28 30 30 30 30 31 31 31 31 33 33 34 34 35
37
Gambar 4.16
Gambar 4.17
Gambar 4.18
Gambar 4.19
Gambar 4.20
Gambar 4.21
Gambar 4.22
Gambar 4.23
Gambar 4.24
Gambar 4.25
spesimen dengan pemanasan pada 950°C selama 60 menit............................................. Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 950°C selama 120 menit........................................... Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 1050°C selama 60 menit............................................. Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 1050°C selama 120 menit........................................... Perubahan struktur mikro logam induk akibat pengaruh variasi temperatur pemanasan pada spesimen dengan reduksi ketebalan 25%: (a) tanpa pemanasan, (b) dipanaskan pada T=950°C,t=60mnt, (c) dipanaskan pada T=1050°C,t=60mnt (perbesaran 200X)......... Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 950°C dan 1050°C selama 60 menit ............................... Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 950°C dan 1050°C selama 120 menit ............................. Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 950°C selama 60 menit dan 120 menit..................... Perbandingan lebar daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 1050°C selama 60 menit dan 120menit...................... Perbandingan prosentase daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 950°C dan 1050°C selama 60 menit ............. Perbandingan prosentase daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 950°C dan 1050°C selama 120 menit ...........
xiii
39
39
40
41
42
44
44
45
46
47
48
Gambar 4.26
Gambar 4.27
Perbandingan prosentase daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 950°C selama 60 menit dan 120 menit.......... 48 Perbandingan prosentase daerah presipitasi karbida spesimen dengan pemanasan pada 1050°C selama 60 menit dan 120 menit........ 49
xiv
