JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) F-39 Pengruh Tempertur Sensitissi dn Vrisi Stress Terhdp Lju Korosi SS 409 pd Lingkungn Slt Spry Fris Hizrin Muln, dn Sulistijono Jurusn Teknik Mteril dn Metlurgi, Fkults Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopemer (ITS) Jl. Arief Rhmn Hkim, Sury 60111 Indonesi e-mil: ssulistijono@mt-eng.its.c.id Astrk Korosi intergrnulr merupkn permslhn yng sering terjdi pd stinless steel. Hl ini dipicu kren dny proses sensitissi yng menyekn terentuk presipitsi krid pd ts utir yng menyekn erkurngny kdr Cr pd utir yng erkit stinless steel menjdi rentn terhdp korosi. Ferritic stinless steel 409 merupkn mteril yng is digunkn pd het exchnger mupun exhust pd kendrn otomotif dimn sering mendptkn tempertur yng tinggi. Jik terdpt internl stress yng merupkn hsil welding mupun cold working pd mteril terseut dpt menyekn lju korosi menjdi leih tinggi. Penelitin ini ertujun mempeljri lju korosi pd spesimen ferritic stinless steel tipe 409 yng telh menglmi proses sensitissi sert mendptkn tegngn pliksi seesr 20% dn 40% yield stress pd lingkungn slt spry. Hsil SEM menunjukkn dny senyw TiC yng merupkn presipitt krid yng muncul pd spesimen dengn tempertur nil 550 C smpi 850 C yng menyekn lju korosi yng leih tinggi dri spesimen lin. Pengujin ini menunjukkn hw semkin tinggi tempertur sensitissi dn semkin esr stress yng dierikn, lju korosi kn semkin meningkt. Kt Kunci : Bent-Bem, Lju Korosi, Sensitissi, SS 409. I. PENDAHULUAN orosi dlh seuh degrdsi mteril yng terjdi kit Kreksi mteril terseut terhdp lingkungnny [1]. Hl ini menyekn perluny sutu mteril yng mmpu erthn dlm lingkungn korosi dengn ik gr dpt thn terhdp korosi. Ferritic stinless steel merupkn logm dengn keuletn tinggi dn resistnsi korosi yng ik dikrenkn sift lpisn oksid yng terentuk pd pdun j dn kromium yng mengndung leih dri 12% kromium. Kren sift thn korosi yng tinggi, mteril ini nyk digunkn ik dlm konstruksi mupun otomotif seperti pip, exhust, het exchnger, dn gs turine exhust silencers [2]-[3] yng merupkn gin-gin khusus yng menglmi kondisi opersi tempertur tinggi sert erd dlm lingkungn korosif. Permslhn kn terjdi il pd mteril terseut dipliksikn en sttis tu terdpt internl stress dn erd dlm tempertur yng tinggi. Korosi retk tegng dpt terjdi pd pdun terseut dikrenkn terjdiny intergrnulr crcking tu trnsgrnulr crcking tupun keduny. Hl ini disekn kren dny tempertur tinggi yng menyekn timulny presipitsi krid, tempertur ini is diseut dengn tempertur sensitissi. Presipitsi krid ini menyekn erkurngny kdr kromium pd ts utir sehingg rentn terhdp intergrnulr corrosion. Studi lin menytkn hw semkin esr stress yng dierikn pd mteril kn mengkitkn lju korosi yng terjdi kn semkin esr [4]. Sensitissi merupkn proses erlngsungny presipitsi unsur kron dn mementuk senyw kron krid di ts utir j stinless steel pd tempertur tinggi. Pemnsn pd tempertur sensitissi kn menyekn tom-tom C pd intertsisi yng wlny didlm grin tu utir kn es erdifusi dn cenderung menuju ts utir. Nmun tom-tom Cr ered, pd posisi sustitusi sngt sush untuk erdifusi es st j diopersikn dlm tempertur tinggi. Atom-tom C di ts utir kn mengikt tom-tom Cr disekitrny, kitny diderh sekitr ts utir, kndungn Cr menjdi erkurng. Kndungn Cr didekt ts utir kn turun hingg kurng leih 2%. Berkurngny kdr Cr diderh ts utir kn mengkitkn derh ini mudh terserng korosi. Derh ini mempunyi sift nodik sedngkn grin sendiri memiliki sift ktodik [5]. Sehingg terjdi korosi pd ts utir jik stinless steel yng telh disensitissi erd pd lingkungn korosif. Pendinginn untuk mendptkn krid krom hruslh dengn metode pendinginn lmt tu modert (pendinginn furnce tu udr), dikrenkn il menggunkn metode pendinginn lmt krid krom yng terlrut pd st pemnsn kn menglmi pengersn dn sempt ergerk menuju ts utir. Msih d wktu untuk krid krom ergerk ke ts utir. Sementr il dengn menggunkn pendinginn yng cept (ir) krid krom yng terlrut kit pemnsn kn terperngkp dlm fs yng msih cir [6]. Korosi tidk menyerng krid yng terentuk terseut, melinkn menyerng derh yng memiliki kdr krom yng leih sedikit. Pd stinless steel yng memiliki kdr kron 0,06-0,08% C, keleihn kron yng d kn kelur st menglmi sensitissi yng mengkitkn terentukny presipitsi krid, kron erdifusi menuju grin oundry pd tempertur sensitissi dn menyer krom disekitrny untuk mementuk presipitsi [1].
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) F-40 II. METODE PENELITIAN A. Preprsi Spesimen Uji Trik Preprsi spesimen uji trik dilkukn dengn memotong spesimen sesui stndr ASTM E8. Uji trik dilkukn dengn stndr ASTM E8 untuk mengethui kondisi ktul dri tensile stress, yield stress dn strin yng kn digunkn untuk mengethui ukurn dri spesimen holder, sudut dri spesimen holder sert esr dri tegngn yng kn dipliksikn yitu 20% dn 40% yield stress. B. Preprsi Spesimen Weight Loss Spesimen dipotong dengn dimensi 100x20x1,2mm. Kemudin dimsukkn kedlm furnce dengn tempertur nil 350 C-850 C yng diholding selm 1 jm. Setelh itu spesimen diersihkn dn dipsng pd spesimen holder dengn ukurn yng sesui dengn ASTM G39 metode twopoint loded ent-em seelum dimsukkn kedlm slt spry chmer selm 30 hri. C. Preprsi Spesimen SEM-EDX Spesimen yng telh dierikn perlkun pns dengn vrisi tempertur dipotong dengn ukurn 1x1cm 2 untuk dilkukn pengujin SEM. Lngkh-lngkh yng dilkukn yitu grinding pesimen dengn kerts gosok 1000, 1500 dn 2000. Setelh itu melkukn polishing dengn metl polish menggunkn kin eludru smpi permukn ersih dn mengkilt. Selnjutny mengets spesimen dengn lrutn HCl 2ml, HNO 3 2ml, dn kudes 2ml selm 90 detik dn memersihkn permukn dri sis ets. D. Preprsi Lrutn NCl Lrutn yng digunkn pd percon ini dlh NCl 5%. Untuk mendptkn lrutn terseut dilkukn penmhn 50 grm NCl seruk kedlm 1000 grm ir. E. Pengujin Weight Loss Pengujin weight loss dilkukn pd lingkungn slt spry selm 30 hri dengn intervl pengmiln dt setip 10 hri. Setelh proses exposure ini dilkukn, spesimen diersihkn dengn lrutn HCl 1 M llu dilkukn penimngn ert khir. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hsil Pengujin Trik Dri hsil pengujin trik didptkn dt seperti tel 1. Tel 1. Hsil pengujin trik No Ultimte Yield Strength Tensile Strength (MP) (MP) Elongtion (%) 1 193,86 390,897 39,6 2 181,73 369,688 42,5 3 166,00 351,026 44,00 Rt- Rt 180,53 370,537 42,03 Tel dits merupkn hsil pengujin trik, hsil yield strength untuk spesimen 1, 2 dn 3 msing-msing dlh 193,86 MP, 181,73 MP dn 166 MP dengn rt-rt 180,53. Setelh didptkn dt terseut, dilkukn perhitungn untuk mencri nili 20% dn 40% yield stress. Tel 2.Yield stress 20% dn 40% % Yield Stress Tegngn (MP) Regngn 20 % 36,106 0,008933 40 % 72,212 0,017867 Didptkn nili regngn yng digunkn untuk mencri nili dri θ dn H sesui dengn ASTM G39 yng menggunkn rumus B. Hsil Pengujin SEM-EDX Pengujin SEM-EDX dilkukn untuk meliht dn mengnlis pkh telh terentuk senyw krid pd spesimen uji ketik spesimen di nil dengn ergi vrisi tempertur. Pertm dilkukn pengujin untuk mengethui komposisi yng d didlm SS 409. Tel 3.Komposisi SS 409 Unsur Hsil EDX (%) C 0,08 Mn 2,6 P 0,00 S 0,18 Si 0,65 Cr 12,73 Ni 1,88 N 0,52 Ti 0,7 Setelh itu dilkukn pengujin SEM-EDX pd spesimen untuk mengethui pkh terlh terentuk krid pd permukn spesimen terseut. c Gmr 1. Permukn SS 409 pd peresrn 1000 kli () tnp perlkun, () tempertur nil 350 C dn (c) 450 C Gmr dits merupkn hsil SEM permukn SS 409, msih elum tmpk dny presipitt krid pd permukn spesimen tnp perlkun, dengn nil 350 C dn 450 C. (1) (2)
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) F-41 A Gmr 2. () Permukn SS 409 dengn nil 550 C pd peresrn 1000 kli dn () Hsil pengujin EDX pd A. Pd gmr dits tmpk muncul seuh kumpuln titik erwrn hitm yng didug merupkn presipitsi krid, oleh kren itu dilkukn pengujin EDX pd derh A untuk mengethui kndungn dri derh terseut dn didptkn hsil kdr C yng tinggi seesr 16,85%, Cr seesr 16,9%, dn Ti seesr 1,3%. Gmr 6. Permukn SS 409 dengn nil 650 C pd peresrn 5000 kli Gmr dits merupkn peresrn 5000 kli pd derh B, terliht dny erck-erck hitm yng menyer pd permukn. Dri dt terseut dpt disimpulkn hw pd SS 409 dengn tempertur nil 650 C terentuk presipitsi krid. C Gmr 3. Permukn SS 409 dengn nil 550 C pd peresrn 5000 kli Gmr dits merupkn peresrn 5000 kli pd derh A, terliht dny permukn erwrn hitm yng menyer pd permukn. Merujuk pd [15-16] permukn SS 409 yng menglmi solution tretment dn ging pd 500 o C selm 10 jm, terdpt permukn erwrn hitm yng sm seperti dits, hsil EDX pd erck hitm terseut menunjukkn dny komposisi unsur C, Cr dn Ti yng tinggi, sehingg dpt disimpulkn hw erck hitm terseut dlh TiC tu titnium cride. Jik dindingkn dengn hsil EDX pd derh A, dpt diktkn hw pd SS 409 dengn tempertur nil seesr 550 C terentuk presipitsi krid. B Gmr 4. () Permukn SS 409 dengn nil 650 C pd peresrn 1000 kli dn () Hsil pengujin EDX pd B Pd gmr dits terdpt kumpuln titik erwrn hitm yng didug merupkn presipitsi krid, hsil EDX pd derh B menunjukkn hw kndungn dri C seesr 15,13%, Cr seesr 16,09% dn Ti seesr 1,99%. Gmr 5. () Permukn SS 409 dengn nil 750 C pd peresrn 1000 kli dn () Hsil pengujin EDX pd C Pd gmr 5 tmpk wrn hitm yng didug merupkn krid, hsil EDX pd derh C menunjukkn hw terdpt kndungn unsur C seesr 13,86%, Cr seeesr 13,60%, dn Ti seesr 1,81%. Gmr 7. Permukn SS 409 dengn nil 750 C pd peresrn 5000 kli Gmr dits merupkn peresrn 5000 kli pd derh C, terliht dny erck hitm pd permukn diserti grin dropout disekitrny. Dri dt terseut dpt disimpulkn hw terdpt presipitt krid pd SS 409 dengn tempertur nil 750 C. D Gmr 8. () Permukn SS 409 dengn nil 850 C pd peresrn 1000 kli dn () Hsil pengujin EDX pd D
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) F-42 Pd gmr 8 terdpt derh yng didug merupkn krid, hsil EDX pd derh D menunjukkn dny kndungn unsur C senyk 14,37%, Cr senyk 24,01% dn Ti senyk 4,47%. Pd tel 4 dpt diliht hw lju korosi pd SS 409 dengn 20% yield stress secr keseluruhn semkin tinggi seiring dengn kenikn tempertur nil. Pd tel terseut terliht hw lju korosi tertinggi terjdi pd 240 jm pertm keculi spesimen tnp nil. Sedngkn setelhny lju korosi cenderung turun. Peningktn lju korosi terjdi muli dri tempertur nil 550 C smpi 850 C dengn lju korosi tertinggi pd spesimen 240 jm pertm dengn tempertur nil 850 C yng memiliki lju korosi 20,36236921 mpy. Gmr 9. Permukn SS 409 dengn nil 850 C pd peresrn 5000 kli Gmr 9 dits merupkn peresrn 5000 kli pd derh D, terliht erck-erck hitm erkumpul pd stu re sert terdpt grin drop out pd permukn. Dengn egitu dpt disimpulkn hw terdpt presipitt krid pd SS 409 dengn tempertur nil 850 C. Gmr 10. Kurv wktu-tempertur-sensitissi. Gmr 10 merupkn kurv wktu-tempertursensitissi untuk ferritic stinless steel, ferritic stinless steel tipe 409 dengn kndungn Cr 12% kn menglmi proses sensitissi jik menglmi het tretment pd tempertur 550 C kets jik dilkukn dengn wktu holding 1 jm. Hl inilh yng menyekn tidk terjdi presipitsi krid pd spesimen dengn tempertur nil 350 C-450 C. C. Hsil Pengujin Weight Loss Pengujin weight loss dilkukn dengn menimng ert spesimen yng seelumny spesimen telh dilkukn pengujin weight loss pd slt spry selm 30 hri tu 720 jm. Penimngn ert dilkukn setip 10 hri pengujin tu setip 240 jm. Tel 4. Hsil pengujin weight loss pd 20% yield stress (mpy) Tempertur Anil ( o 240 Jm 480 Jm 720 Jm ) Tnp Perlkun 0,775236426 1,03000311 0,960093398 350 0,992717931 0,70353585 0,927468865 450 1,623176042 1,2611164 0,798743976 550 3,13726438 2,33731475 3,059752115 650 4,656078302 3,07380804 2,144507114 750 4,889019295 3,8379006 3,273437986 850 20,36236921 11,7384349 8,073841275 Gmr 11. Grfik pengurngn ert SS409 dengn 20% yield stress dlm mpy Pd gmr 11 dpt diliht hw semkin lm wktu pengujin, lju korosi cenderung kn turun. Tel 5. Hsil pengujin weight loss pd 40% yield stress Tempertur Anil ( o ) 240 Jm 480 Jm 720 Jm Tnp Perlkun 0,857559152 1,61491438 1,062627645 350 1,24283935 1,49202249 1,366809437 450 1,985435862 1,46111301 2,034844819 550 3,043402859 2,88320452 2,711242092 650 4,450918424 3,40926369 3,819534064 750 5,825809455 4,26083711 2,473612299 850 27,74483495 17,2676992 12,65676523 Pd tel 5 dpt diliht hw lju korosi pd SS 409 dengn 40% yield stress secr keseluruhn semkin tinggi seiring dengn kenikn tempertur nil dn. Pd tel terseut terliht hw lju korosi tertinggi terjdi pd 240 jm pertm keculi spesimen tnp nil dn spesimen dengn tempertur nil 350 C dn 450 C. Sedngkn setelhny lju korosi cenderung turun. Peningktn lju korosi muli terjdi dri tempertur nil 550 C smpi 850 C dengn lju korosi tertinggi pd spesimen 240 jm pertm dengn tempertur nil 850 C seesr 27,74483495 mpy. Gmr 12. Grfik pengurngn ert SS409 dengn 40% yield stress dlm mpy
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) F-43 Pd gmr 12 dpt diliht hw semkin lm wktu pengujin, lju korosi cenderung kn turun. Setelh dilkukn pengujin weight loss, didptkn dt mengeni lju korosi. Berikut ini dlh dt hsil perndingn lju korosi dengn tempertur nil dn esr tegngn. Gmr 13. Grfik perndingn rt-rt lju korosi pd 20% dn 40% yield stress Gmr 13 menunjukkn perndingn lju korosi rtrt spesimen dengn ergi tempertur nil dn esr tegngn yng dipliksikn. Jik dimti, terdpt peningktn lju korosi disetip kenikn tempertur nil, lju korosi jug meningkt seiring dengn meningktny tegngn pliksi. Dri gmr terseut dpt diktkn hw semkin tinggi tempertur sert semkin tinggi tegngn pliksi, lju korosi dri spesimen SS 409 semkin tinggi. D. Pemhsn Hsil pengmiln gmr permukn dengn menggunkn SEM menunjukkn hw tidk terentuk presipitsi krid pd spesimen tnp perlkun, dn spesimen dengn tempertur nil 550 o C, 650 o C, 750 o C dn 850 o C. Mengcu pd [16], hl ini disekn kren untuk mendptkn presipitsi krid dlm hl ini titnium cride (TiC), pemnsn spesimen hruslh leih tinggi dri 550 o C dengn holding 1 jm, jik tidk egitu mk tidk kn terentuk krid pd SS 409. Hsil pengujin EDX meyeutkn hw terdpt unsur Cr yng sngt tinggi pd derh sekitr TiC hkn kndungn tom Cr disini sngtlh tinggi meleihi kndungn tom Cr pd hsil pengujin komposisi SS 409 tnp perlkun. Hl ini disekn kren pd st proses nil, tom C yng d pd grin erdifusi dn erkumpul ke grin oundry, kitny tom Cr dn Ti yng memiliki finits tinggi untuk eriktn dengn tom C ikut erdifusi menuju grin oundry. Hl ini disekn kren finits tom Ti untuk eriktn dengn tom C leih tinggi dripd tom Cr, mk terentuklh krid TiC. Atom Cr yng wlny telh erdifusi ke grin oundry tidk is eriktn dengn C sehingg terjdi penumpukn tom Cr pd grin oundry, hl ini menyekn erkurngny kndungn tom Cr pd grin tu is diseut Cr depleted zone. Adny Cr depleted zone ini menyekn SS 409 menjdi rentn terhdp korosi ts utir. Hsil pengujin weight loss dengn metode slt spry menunjukkn terjdi lju korosi yng meningkt seiring dengn meningktny tempertur nil khususny tempertur 550 C-850 C, hl ini erhuungn dengn kemunculn TiC pd spesimen terseut. Adny TiC menyekn terjdi korosi ts utir sehingg menyekn lju korosi spesimen terseut sngt tinggi dindingkn dengn lju korosi spesimen tnp perlkun dn tempertur nil 350 C dn 450 C. Pengruh dri pliksi tegngn jug terliht dri hsil weight loss slt spry ini, dpt disimpulkn hw semkin tinggi tegngn pliksi mk semkin tinggi pul lju korosi yng dihsilkn. Lju korosi pd tip spesimen pd 240 jm pertm sngt tinggi, hl ini dikrenkn spesimen msih dlm kondisi wl dimn seluruh permukn spesimen mendptkn kontk lngsung dengn lrutn NCl yng disemprotkn pd slt spry chmer. Pd 240 jm kedu, terjdi penurunn dri lju korosi, hl ini dpt disekn kren produk korosi yng dihsilkn menutupi spesimen sehingg lrutn NCl yng disemprotkn tidk kontk dengn spesimen secr menyeluruh, hl lin yng menyekn turunny lju korosi pd 240 jm kedu ini dlh d lpisn psif yng terentuk dipermukn spesimen yng erpotensi mengkitkn kurng mksimlny penetrsi dri lrutn NCl pd spesimen. Nmun terdpt peredn pd spesimen tnp perlkun di semu spesimen holder dn spesimen dengn tempertur nil 350 C pd spesimen holder 40% yield stress kren lju korosi spesimen ini nik, hl terseut dpt disekn kren msih dny lpisn psif yng melindungi spesimen dri kontk lingkungn slt spry pd 240 jm pertm dn muli rusk dintr rentng 240 jm pertm dn 240 jm kedu, sehingg st terjdi keruskn lpisn psif, permukn spesimen yng wlny terlindungi kini muli menglmi korosi. Hl terseut menyekn lju korosi pd 240 jm kedu untuk spesimen terseut menjdi nik. Pd 240 jm ketig terjdi hl yng sm seperti 240 jm kedu yitu lju korosi yng turun, nmun di eerp spesimen terjdi kenikn lju korosi pd spesimen tempertur nil 350 C dn 550 C di spesimen holder 20% yield strength sert spesimen tempertur nil 450 C dn 650 C di spesimen holder 40% yield strength. Hl ini dpt disekn kren terlepsny produk korosi dri spesimen terseut sehingg derh yng wlny tertutup produk korosi kini terekspos dn terserng lrutn NCl yng disemprotkn, sehingg lju korosi menjdi leih tinggi dri hri seelumny. IV. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpuln Dri penelitin ini dpt disimpulkn hw: 1. Pd rentng tempertur 550 C-850 C presipitt krid terentuk di permukn SS 409. 2. Adny presipitsi krid menyekn lju korosi yng dihsilkn semkin tinggi. Terjdi peningktn lju korosi yng tinggi pd spesimen dengn tempertur nil 550 C-850 C dindingkn spesimen dengn tempertur lin dn spesimen tnp perlkun. 3. Semkin tinggi stress yng dierikn mk semkin tinggi pul lju korosi yng terjdi. Lju korosi tertinggi terjdi pd spesimen yng mendpt pliksi tegngn 40% yield strength yitu seesr 27,74483495 mpy.
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) F-44 B. Srn Adpun srn untuk penelitin kli ini dlh segi erikut: 1. Percon dilkukn dengn vrisi tempertur yng ered sert metode pengujin weight loss yng ered gr dpt dindingkn. 2. Menggunkn metode yng ervrisi untuk pengpliksin tegngn. 3. Identifiksi krid menggunkn lt yng leih memdi (TEM) gr dpt memhmi seerp nyk krid yng terentuk sert persernny. DAFTAR PUSTAKA [1] Fontn, Mrs G. 1986. Corrosion Engineering. Ohio: Mc Grw Hill. [2] Kim et l. 2009. Intergrnulr corrosion of Ti-stilized 11 wt% Cr ferritic stinless steel for utomotive exhust systems. Corrosion Science 51, 2716 2723. [3] Kim et l. 2009. Intergrnulr segregtion of Cr in Ti-stilized low-cr ferritic stinless steel. Script Mterili 61, 1133 1136. [4] Mmlu, MH. 2001. Penelitin sift fisis dn meknis pd esi eton yng mendpt en tekn dn dikorosi. Teknologi Industri, Institut Sins dn Teknologi Akprind Yogykrt. [5] Sefudin. 2008. Pengruh Suhu Pemnsn Terhdp Sensitsi Pd Bj Stinless Steel 304. Metlurgi Vol 23, No.2. LIPI. [6] Soedrsono, Johny Whyudi. 2008. Korosi dn Penceghn, Deprtemen Teknik Metlurgi dn Mteril UI.