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, SudarmonoFakultas Teknik Metalurgi - Universitas Indonesia, P2TRR - BATAN

ABSTRAKPENENTUAN KOROSI BATAS BUTIR DAN MEKANIK PADA PIPA

KELUARAN PANAS (HOTLEG) REAKTOR DAY A. Penentuan ini dilakukandengan simulasi masukan panas sebesar 993 joule/em, kemudian adanya korosi antarbutir (Cr23 C6) yang terbentuk di tentukan dengan menggunakan diffraksi sinar X,sedangkan uji kekerasan dilakukan dengan menggunakan kekerasan Vickers. Hasilpengujian pengaruh masukan panas terhadap komposisi kimia menunjukkan bahwamaterial sample uji as received memenuhi standar internasional SS 304 di dalam tableInternasional. Berdasarkan hal terse but, maka material sample uji dapat digunakanuntuk bahan penelitian. Hasil pengujian sampel, menggunakan diffraksi sinar X,mikroskop optik, SEM dan EDAX pada SS 304 diperoleh adanya korosi antar butir(Cr23C6). Dari hasil pengujian sampel menggunakan metode kabut garam, maksimumlaju korosi terjadi ~ingga 24 jam. Selanjutnya hingga 72 jam, laju korosi yangdiperoleh menjadi minimum, karena sudah terbentuk lapisan oksida terutama Cr203yang merupakan lapis lindung ketahanan korosi. Dari hasil penelitian yang telahdilakukan di atas maka dapat disimpulkan bahwa material SS 304 memiliki unjuk kerja(performance) baik setelah ada masukan panas.Kata kunci : Korosi, SS 304, Pengujian

ABSTRACTDETERMINATION OF INTERGRANULAR CORROSION AND MECHANICS

OF THE REACTOR POWER HEAT. Using heat input simulation amount of 993joule/em, this determination was done. Corrosion between granular (Cr23C6) thatperformed determined by using X ray diffraction, wether hardness test done by usingVickers method. The experiment results shows that as received testing material wasperform the international standard of SS-304 Due to those result, testing material couldbe use as a experimental material. The sample testing result of SS-304 using X-raydiffraction, optical emission spectroscopy, Scanning Electron Microscope, DispersiveX-ray analyzer, and salt spray, shows that there is intergranular corrosion (Cr23C6).Experiment result using salt spray method shows that the maximum corrosion occureduring 24 hours. Further the results experiment after 72 hours reached the minimumvalue, the corossion protection due to oxide film of Cr203 was .performed. It could beconcluded that SS-304 have a good performance.Keywords: Corrosion, SS 304, Testing.

335

Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Oesember 2003

PENDAHULUAN

ISSN 1693 - 7902

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 (PLTN).

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. Pemanasan pada interval

suhu antara 500 DC -950Dc akan mengakibatkan terbentuknya sensitisasi pada batas

butir. (3)

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 Tenaga Nuklir - Jakarta, II Desember 2003

RUANG LINGKUP PENELITIAN

ISSN 1693 - 7902

Analisis pengaruh pengelasan dilakukan melalui serangkaian

eksperimen/pengujian 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 ASME 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 metode

kabut gararn. Pengujian laju korosi dilakukan dengan 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, emission spectrometer, mikroskop optik, pengujian

metalografi, 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) reaktor daya pada SS 304, dilakukan melalui suatu rangkaian

eksperimen di Laboratorium Fakultas Teknik jurusan 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 T~lIaga Nukli,- Jakana. II Iks~mh~r 2003 ISSN 1693 - 7902_____ ~ ~ __ •__ ,__ ._._. ._. 0__ .h •••_ •• ·• _

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. Sampel uji yang

dipotong tersebut, berbentuk pelat dengan dimensi panjang 9 em, lebar 5cm dan

ketebalan 5 mm.

Semua sampel uji dari kelompok welding metal (W~) diberikan perlakuan berupa

pengisian logam las (pengelasan) 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%Ni­

2,5%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 demikian komposisi yang diperoleh dapat dibandingkan dengan standar

komposisi yang ada. Pengujian komposisi kimia dilakukan dengan menggunakan

Spektrometer emisi optik (Optical Emission Spectrometer). (7)

338,

Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, II Desember 2003

Pengujian Kekerasan

ISSN 1693 - 7902

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 lasan dilakukan dengan

menggunakan sinar-X dengan kondisi sebagai berikut (8):

Sumber radiasi : sinar-X

Material sampel uji

Tebal sampel uji

Tebal sampel uji dan lasan

Diameter focal spot

Tipe film

Material screen yang digunakan

Penetrameter yang digunakan

Lubang yang tampak pada film

Jenis material shim yang digunakan

Waktu penyinaran

Jarak sumber ke film (SFD)

Densitasfilm pada lasan

Pengujian Korosi

: Stainles steel

5 mm

6,2mm

2mm

Agfa D7

Pb tebal 0,125 mm

ASTM Hole No. 12

IT (<D 0,0125 inchi)

Stainless steel sejenis.

1,2 menit

: 610 mm

: Minimal 2,15; maksimal 2,1

3,5 %

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)

pH

Temperatur ruang

339

Scminar Tahunan I'cngawasanl'cmanlilalan Tcnaga Nuklir - Jakarla. II Dcscmhcr 200J ISSN I U')J - 7<)02

Chamber Temperatur

Saturated Temperatur

Tekanan

32,8 DC

46,4 DC

1 bar.

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 sebesar 80 Ampere, 25

Volt dan 5,8 cm/menit. 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 terhadapStandar Tabel Internasional

1. C 0,0799<0,082.

Si 1,0083<0,753.

Mn1,9987~0,204.

P 0,0419~0,045.

S 0,0298< 0,036.

Cu0,0418-7.

Al 0,0237-8.

Ni 7,99678,00-11,009.

Cr 18,10118,0-20,0010.

Mo0,0171-11.

Sn 0,0179-12.

Pb 0,0311-13.

Fe 70,6121balance 1. C 0,07152.

Si 1,05623.

Mn 1,40214.

P 0,07435.

S 0,01976.

Cu 0,03567.

Al 0,02638.

Ni 9,18809.

Cr 20,51010.

Mo 0,767111.

Sn 0,019112.

Pb 0,029813.

Fe 66,8003

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 kenaikan prosentase komposisi Ni dan Cr dan penurunan Fe

masing-masing sebesar 14,9%, dibandingkan dengan hasil di daerah BM. Adanya

340

Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Dcsembcr 2003 fSSN 1693 - 7902

kenaikan 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 inti las masing-masing sambungan las SS 304 AWSER 308

Hasil sinar-X radiography yang dilakukan didaerah inti las pada sambungan SS 304­

AWS 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 kekerasan Vickers

Daerah AISI SS 304Kekerasan Vickers (HV)BM

HAZWM

220

195206219

186204214

184208217

187207219

192205

341

Scminar Tahllnan I'cngawasan I'cmanlimtan Tcnaga NlIklir - Jakarta, II Dcscmhcr 2003 ISSN 1693 - 7902

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

205-200

195190185180175170

138M

II HAZ

DWM

Gambar 2. HasH Uji kekerasan Vickers (HV) di daerah BM, HAZ dan WM

342

Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta. II Dcscmbcr 2003 ISSN 1693 - 7902

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

3a). WM 3b). HAZ 3c). BM

Gambar 3. Hasil mikro struktur di WM, HAZ dan BM, menggunakanmikroskop optik, etsa secara elektrolit menggunakan asamoksalat 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 kondisi

pada material sebelum kena pengaruh pengelasan. Hal ini disebabkan karena

temperatur yang dicapai pada daerah ini terletak jauh dibawah 723°C (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. Untuk

hasil foto rnikro struktur rnenggunakan 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 Desember 2003

CIK

ISSN 1693 - 7902

9.00 12.rR) 1S.00 18.00 21,CI)

mAl VI Quanlifkation (Stand8rd8u)EJtmtnt NonnIIilad

EIImInt

Wt%At%k-RatioZAF

CK

2.8111.61 0.0058 1.1663 0.1751 1.0005

SiX

0.831.47 0.0032 1.1D28 0.35Q5 1.0019

CtX

21.1920.2a 0.2446 0.9903 O.9BBO 1.1798

reI(15.1166.72 0.1072 0.9937 0.9466 1.0000

Total lQO,OO 100.00

Gambar 5a. HasH pengujian-kuantitatif dengan EDAX di Batas butir SS 304

345

Seminar Tahunan Pcngawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Desember 2003

FeK

Crt<

SiK

ISSN 1693 - 7902

2.00 4..00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 18.00 18.00 20.00

EOAXZAF Quantification IStandardless)Element NormalizedElement

Wt%At%K..MatioZAF

C K

. 0.000.000.00001.17020,166.21.0005SiK

0.791. 540.00291.10630.33321. 0017CrK

17.9819.010.20750.99400.98341. 1B03FeK

70,6969.se0.68160.99760.95261.0147NiK

10.549.B70.Q9041.01650.84361,0000Total

100.00100.00

Gambar Sb. HasH pengujian kuantitatif dengan ED AX, prosentase unsur dimatrik SS 304

Komparasi kadar khrom di batas butir dan matrik, yaitu 21,19% berat dibanding

17,98% berat dan tidak teramati adanya daerah deplesi khrom. Rendahnya perbedaan

kadar khrom antara batas butir dan matrik tersebut disebabkan adanya karbida yang

terlepas dari batas butir, sehingga khrom yang terdeteksi berasal dari khrom pada

karbida batas butir yang lebih dalam dan tidak terlepas oleh etsa, dan adanya khrom

pada matrik yang ikut terdeteksi karena jangkauan EDAX. Tidak teramatinya daerah

deplesi khrom karena daerah deplesi khrom yang terbentuk tipis, sedangkan daerah

penetrasi yang terdeteksi oleh ED AX luas dan dalam. Hasil uji kuantitatif menggunakan

EDAX menunjukkan bahwa penyebaran khrom akibat dari pengelasan lalu didinginkan

346

Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Oesember 2003ISSN 1693 -7902

ke udara adalah merata. Dari hasil uji EDAX 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. Butiran ini diperkirakan terbentuk karena

terjadinya rekristalisasi 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 2003 ISSN 1693- 7902

d). 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 6023 X

Perbesaran 3011 X

Gambar 6. Hasil mikro struktur HAZ SS 304 yang diperoleh dengan etsamenggunakan larutan Kroll ( 5% HN03 + 10% HF + 85 % H20)

348

Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Desember 2003 ISSN 1693 - 7902

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.

------- ---------------------------.-------.------

3.00E-06

2.50E-06 -~ ~ 2.00E-06-.§.

'"

1.50E-06'" •..'".:0:

';' 1.00E-06...:i5.00E-07

O.OOE+OO

0

24

-+- 8M (mm/yr)_ HAZ (mm/yr)-..- WM (mm/yr)

48 72.

Waktu (jam)I

Laju Korosi SS 304 J1-- ~.. --------

Gambar 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 2003 ISSN 1693- 7902

memberikan efek proses korosi yang terjadi di batas butir di daerah HAZ, sehingga

batas butir bersifat anodik dan bagian tengah butir bersifat katodik.

KESIMPULAN

Dari hasil pengujian pengaruh pengelasan terhadap komposisi kimia dan eaeat las

menunjukkan bahwa :

a. Material Sampel uji as received memenuhi standars SS 304 di dalam Tabel

Internasional.

b. Pada sambungan pengelasan material sampel uji tidak diperoleh adanya

eaeat.

Dengan demikian material sampel uji pipa kanal hotleg reaktor dapat digunakan

untuk bahan penelitian. Selanjutnya dengan masukan panas yang sarna sebesar 993

joule/em, menggunakan las busur gas TIO menghasilkan beberapa hal unjuk

kerja/performance material sebagai berikut :

1. Dari hasil pengujian sampel, menggunakan diffraksi sinar X, mikroskop

optik, SEM) dan EDAX pada SS 304 diperoleh adanya korosi antar butir

(sensitisasi) pada garis lebur di daerah sambungan pengelasan dengan

endapan fasa Cr23 C6. Nilai kekerasan maksimum diperoleh pada SS 304,

Oleh karena itu ketahanan terhadap keausan tertinggi dieapai pada SS 304.

2. Dari hasil pengujian sampel menggunakan metode kabut garam, maksimum

laju korosi terjadi hingga 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 pengelasan.

350

Seminar Tahunan Pengawasan Pemanfaatan Tenaga Nuklir - Jakarta, 11 Oes.:mber 2003

DAFTAR ACUAN

ISSN 1693 - 7902

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 BELTRAN et. aI, Effect of Strain and Grain Size on Carbide

Precipitation 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 GTAW fusion line phases for

superferritic stainless steel weldments, Elsivier, 200 I;

6. G.E.Linnert, Welding Metallurgy Carbon and Steel, AWS, 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 masing­

masing selama 24 jam, 48 jam dan 72 jam.

b). Pengujian dilakukan secara kontinyu dan diskontinyu.

351