Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996

Pengaruh Kecepatan Pencelupan dalam tarutao daDKonsentrasi Asam Chlorida pada

Ketahanan Korosi Baja Karbon daD Baja Tahan Karaf

Bambang Widyanto2, Ashruf, Hem Purwanto 2.

~~

ABSTRAK. e

PENGARUH KECMTAN",ENCELUPAN DALAM LARUTAN DAN KONSENTRASI ASAM CHLORIDAPADA KETAHANAN KOROSI BAJA KARBON DAN BAJA TAHAN KARAT. Kondisi logam yang statis dan media yangdinamis dijumpai dalam kasus suatu aliran dalam pipa, dimana peninjauan mekanisme korosi lebih banyak dikaitkan denganmekanisme korosi erosi, sedangkan pada kondisi logam dinamis dan media yang statis dapat dikaitkan dengan bangunan kapal yangberada dilaut atau impeler pada suatu pompa dimana mekanisme korosi lebih relevan hila dikaitkan dengan masalah pengkayaanoksigen pada larutane Berkaitan dengan hal yang terakhir diatas, maka penelitian ini merupakan set-up dari suatu simulasi, untukmengkaji pengaruh gerakan dari spesimen logam yang dipasang pada suatu piringan yang berputar secara vertikal dan tercelupsetengalmya dalam larutan terhadap ketahanan korosi dari logam tersebut. Untuk sementara dalam penelitian ini dipergunakancasamchlor!d.a sebagai media kerja, dan untuk penelitian selanjutnya.akan dipilih pasang.an !arutan dan ~ogam kerj~ yang ak~ diam~1 dari

kondlsllapangan yang sebenarnya. Beberapa parameter yang dlpergunakan adalahJems logam (baJa karbon blasa dan baJa tab at304), kecepatan putar piringan pemegang spesimen (10-80 rpm) dan konsentrasi larutan (5-35%). Dari hasil percobaan, pa durasitertentu, terlihat bahwa perbedaan ketahanan korosi dari baja tahan karat dan baja karbon akan mulai nampak dengan jelas padakonsentrasi 15%. Gejala tersebut didapatkan baik pada percobaan statik maupun percobaan dinamik. Selain itu, dengan semakintingginya kecepatan putar yang dipakai, maka ketahanan korosi dari kedua logam, baik pada baja karbon maupun baja tahan karatsecara umum akan semakin rendah. Dengan catatan bahwa baja tahan karat memperlihatkan sifat yang selalu lebih baik dibandingkandengan baja karbon. Perbedaan sifat antara baja karbon dan baja tahan karat akan semakin jelas pada konsentrasi larutan yang lebihtinggi dan pada durasi percobaan yang lebih lama.

ABTRACTTHE INFLUENCE OF IMERSION SPEED AND HYDROCHLORIC ACID CONCENTRATION ON THE

CORROSION RESISTANCE OF PLAIN CARBON STEEL AND STAINLESS STEEL. There are four different corrosionconditions that related to the movement of the media and the movement of the metal. Firstly, the metal and the media is in staticcondition; secondly, the metal is in the static condition and the media is in the movement or in the dynamic condition like in the caseof pipeline; thirdly, the metal is in the movement and the media is in the static condition like in the ship case or in the offshorebuildings, and fourthly, the metal and the media are in the dynamic condition like in the case of the impeller pump and turbine blade.The second and the third corrosion condition can be related to tile corrosion erosion phenomena and the fourth condition especially inthe slow speed can be related to the phenomena of the enrichissement of the solution by the oxygen.The experiment is the simulation set up that can be related to the third or the fourth condition, to examine the influence of the metalmouvement which attached to a half immersion rotating disk to the corrosion resistance of the metal. This experiment use thehydrochloric acid for a solution and for the future experiment, tile couple of the metal and the solution will be realised on the realcondition in the field. There are three parameters used in the experiment, first is the metal (plain carbon steel and stainless steel 304),second is the rotation speed (10-80 rpm) and third is the solution concentration (5-35%). The results show that at the higher solutionconcentration corrosion resistance of the stainless steel and the plain carbon steel decrease and at the solution concentration 15%, thedecrease of the corosion resistance of plain carbon steel become more important than stainless steel. This tendance found at the staticand dynamic conditions. The corrosion resistance of the metals in general become lower at the higher speed rotation but the corrosionresistance of the stainless steel is always better then the corrosion resistance of the plain carbon steel.

PENDAHULUANPada umumnya peristiwa korosi ban yak

dipelajari untuk melihat kelakuan materialkhususnya logam dalam suatu media padakondisi operasi tertentu. Kondisi operasi tersebutsering diterjemahkan dalam berbagai parameterantara lain potensial, pH, konsentrasi, temperaturdaD sebagainya. Tetapi dari kajian lapangantemyata ada satu. faktor yang cukup besar

pengaruhnya terhadap peristiwa korosi, gerakandari logam di dalam suatu media dan/ataugerakan dari media itu sendiri seperti halnyaperistiwa korosi dari suatu pipa yang dialiri olehsuatu media seperti air atau minyak, peristiwa

korosi daTi bangunan-bangunan di pinggir lautatau di lepas pantai, serta peristiwa korosi padapompa atau turbin, kesemuanya itu berhubungandengan adanya suatu gerakan relatif antara logamclan medianya.Peristiwa korosi yang ditimbulkan oleh faktorgerakan tersebut berkaitan pula denganfenomena-fenomena perusakan yang berbeda.Disatu pihak gerakan logam di dalam mediakorosif pada kecepatan relatif yang tinggi yangdisertai adanya unsur-unsur padat di dalammedia, akan mendorong terjadinya fenomenakorosi erosi, clan di lain pihak gerakan suatulogam di dalam suatu media yang menciptakan

1. Dipresentasikan pada Seminar Ilmiah PPSM 19962. Laboratorium Metalurgi Jurusan Mesin ITB

58

dipergunakan untuk mencerrninkan suatu larutankorosif yang ban yak dipergunakan diindustri; dankecepatan divariasikan oleh karena setiap barangyang bergerak selalu mempunyai kecepatan yangberbeda.

Perlu disebutkan juga, bahwa padapenelitian ini dilakukan suatu teknik percobaantertentu yang menciptakan suatu kondisi siklik,dimana logam bergerak keluar daD masuk larutandengan kecepatan tertentu. Pertama, kondisitersebut akan menciptakan fenomena korosi yangberbeda dengan biasanya, kedua gerakan sikliktersebut akan mengubah konsentrasi oksige!1didalam larutan.Percobaan ini belum memakai pasangan darilogam daD media sesuai dengan kasus sebenamyadilapangan yang akan dilakukan dikemudian hari,tetapi daTi basil percobaan ini diharapkan dapatdiketahui kecenderungan perubahan ketahanankorosi logam pada kondisi pemakaian, daD dalamsuatu larutan tertentu, akibat adanya kecepatangerak tertentu.

Beberapa pembatasan terjadi pad avariasi parameter yang dipergunakan, oleh karenaketerbatasan kemampuan alat yang dibuat yangmempergunakan komponen-komponen sederhanayang kemampuannya terbatas.

Walaupun percobaan ini ditujukanterutama untuk melihat perubahan ketahanankorosi didalam suatu larutan asam khlorida padakondisi siklik, tetapi basil percobaan inidibandingkan pula terhadap basil percobaan statisdalam larutan yang sarna, daD juga dibandingkandengan basil percobaan dalam larutan yangmengandung garam NaCI.

suatu kondisi turbulensi akan mendorongterjadinya pengkayaan oksigen di dalam larutanterutama pada butiran larutan didekat permukaan.

Apabila ditinjau terha4ap suatu contohseperti kasus sebuah tiang pancang dari suatu

bangunan lepas pantai seperti platform eksplorasiminyak bumi atau jembatan, maka sudah sangatdikenal adanya fenomena korosi yang terjadipada logam didekat permukaan laut didalam air,akibat adanya perbedaan konsentrasi oksigenantara bagian media dipermukaan dan daerahmedia yang lebih dalam. Permukaan air akanselalu lebih kaya akan oksigen akibat suplai yangdiberikan oleh udara, sehingga logam padadaerah tersebut akan bersifat sebagai katoda dandaerah tetangganya akan bersifat sebagai anoda.Dengan adanya air disekitarnya, maka akanterjadi suatu sel korosi atau sel galvanik yangakhimya akan menimbulkan perusakan.Pada kasus bangunan lepas pantai ini, walaupunterdapat gerakan dari air laut akibat gelombang,tetapi gerakan tersebut dapat dinilai sangatlambat sehingga dalam kasus ini gerakan tersebutdapat diabaikan dan logam maupun medianyadianggap diam atau statis.

Tetapi dalam kasus kapal yang bergerakdengan kecepatan cukup tinggi, dan sebuahpompa air ataupun pompa s~atu larutan diindustriyang memiliki kecepatan gerak yang cepat, dapatdiamati terjadinya turbulensi yang cukup besarpada daerah antar muka yang akan menambahkandungan oksigen yang cukup berarti didalamlarutan. Semakin besar turbulensi yang terjadi,semakin besar pula oksigen yang dilarutkan.

Oleh karena dari penjelasan sebelumnya,telah disebutkan bahwa perbedaan konsentrasioksigen dalam larutan akan menyebabkan korosi,maka semakin besar kandungan oksigen akanmenyebabkan semakin besar pula perbedaanpotensial yang tercipta, dan laju korosi akanbertambah besar pula.

Didalam percobaan ini dilakukan suatuset-up penelitian untuk mempelajari pengaruhdari gerakan relatif terse but terhadap laju korosidari suatu logam dengan mempergunakanvariabel kecepatan gerakan, konsentrasi larutanyang dipergunakan dan sudah barang tentuvariasijenis logam yang dipergunakan.

Baja biasa dipergunakan untukmencerminkan bangunan lepas pantai atau kapal,baja tahan karat dipergunakan, karena merupakansuatu jenis baja yang sudah diperbaiki sifatnyadengan mempergunakan unsur penambah untukmemperbaiki ketahanan korosinya; asam khlorida~

PROSEDURPERCOBAANPada 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 pengampelasansecara bertingkat dengan mempergunakan kertas

ampelas yang terkasar adalah grit 100 dan yang

terhalus adalah grit 1000.

Percobaan dilakukan pada alat uji yangdibuat 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 dengankecepatan berbeda karena dihubungkan padasebuah motor melalui suatu timing belt dengan

59

perbandingan transmisPiringan pemegangsetengahnya didalamlarutan.

Motor listrik yang dipergunakanmempunyai kecepatan yang terbatas yangmengakibatkan kecepatan pillar dari piringanpemegang spesimen hanya mempunyai variasikecepatan dari 0,016 sampai dengan 80 rpm.Percobaan dilakukan dengan mengambilkecepatan pillar 0)016, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70daD 80 rpm.

Konsentrasi asam khlorida yangdipergunakan didalampercobaan ini adalah 5, 15,25 daD 35%, sedangkan percobaan denganlarutan garam mempergunakan konsentrasi 5, 15daD 25%. Waktu percobaan yang digunakanadalah 1, 2, 3 daD 4 jam.

Hasil dari percobaan ini adalahpengurangan berat spesimen yang didapatkandari penimbangan spesimen setelah mengalamiproses korosi. Spesimen yang telah dikorosikansebelum ditimbang dicuci denganmempergunakan prosedur ASTM G 1-90 untukmenghilangkan produk korosi yang menempel

pada permukaan logam.Untuk melengkapi percobaan ini, maka

pada sebagian spesimen dilakukan pemeriksaanmetalografi pada potongan melintang dari

spesimen.

HASIL PERCOBAANHasil percobaan ini disampaikan pada

gambar 3 sampai dengan gambar 23 pada

lampiran.

PEMBAHASANGambar 3 sampai dengan gambar 21

menunjukkan basil pengukuran perubahan beratdari baja karbon rendah dan baja tahan karat yangmengalami proses pengkorosian dalam keadaanstatik dan dinamik, pada berbagai konsentrasilarutan dan pada durasi percobaan yangbervariasi.

Dari gambar-gambar tersebut tidakterlihat dengan jelas perbedaan perubahan beratyang diakibatkan oleh perbedaan kecepatan putaryang digunakan. Hal ini terjadi oleh karenaperubahan berat yang diliasilkan sangatlah kecil,sehingga skala grafik yang dipakai tidak cukupmemberikan akomodasi terhadap perbedaanperubahan berat yang terjadi secara jelas. Hanyapada beberapa kondisi percobaan saja sepertiyang ditunjukkan dalamgambar-gambar 7, 8, dan

13, terlihat cukup jelas pengaruh kecepatan putarterhadap perubahan berat yang terjadi. Tetapi daripenelitian yang terdahulu(7) perubahan berattersebut terdeteksi dengan jelas denganmempergunakan skala grafik yang lebih besar,terutama seperti yang terjadi dalam kasus korosipada baja karbon rendah.

Dilain pihak, pada gambar-gambartersebut terlihat dengan jelas pengaruh darikonsentrasi asam khlorida pada ketahanan korosidari kedua bahan uji. Semakin besar konsentrasilarutan yang dipergunakan, ketahanan korosi daribaja karbon rendah clan baja tahan karat akansemakin rendah pula, baik dalam kondisi statikmaupun dinamik atau siklik yang ditunjukkandengan pengurangan berat dari basil percobaandengan konsentrasi larutan 15, 25 clan 35%dibandingkan dengan basil percobaan padakonsentrasi larutan 5%. Dalam hat ini ketahanankorosi dari baja tahan karat selalu akan relatiflebih baik dibandingkan dengan ketahanan korosidari baja karbon rendah.

Dari pandangan secara menyeluruh,terlihat pengaruh dari kecepatan putar atau

gerakan yang diterapkan pada spesimen terhadapperubahan berat pada konsentrasi 15% keatas.Temyata terdapat suatu ambang batas darikonsentrasi larutan untuk membedakan basilproses korosi statik clan dinamik. Ambang batasdaTi konsentrasi terse but adalah 15%. Percobaandengan mempergunakan konsentrasi larutan yangrendah dibawah 15% menunjukkan bahwaperubahan berat yang terjadi baik pada i<;orosidari baja karbon rendah maupun untuk baja tahankarat pada korosi statik, relatif lebih rendahdibandingkan kondisi korosi sikliknya. Tetapiuntuk konsentrasi larutan yang lebih tinggi,temyata ketahanan korosi pada kondisi statiksangat jauh berbeda. Pada kondisi statik tersebutperusakan yang terjadi yang dinyatakan oleh

besamya perubahan berat, sangatlah besar, tetapihal ini dapat diperbaiki dengan menerapkan suatu

gerakan pada logam yang dipergunakan.Perubahan berat yang terjadi akan turun dengandrastis akibat adanya gerakan spesimen, ataudengan pemyataan lain, gerakan siklik darispesimen akan mengurangi perusakan akibatkorosi yang terjadi.Peristiwa tersebut dijelaskan dalam gambar 3sampai dengan gambar 6 untuk durasi percobaan1 jam. Untuk durasi percobaan yang lebih lamaseperti ditunjukkan pada gambar 7 sampaidengan gambar 18 gejala yang sarna dialami olehspesimen uji, tetapi pada durasi percobaan

60

i (22) yang berbeda.

spesimen tercelupsuatu bak yang berisi

terjadi mempunyai pola narrow deep yang berartikerusakan yang terjadi berupa lubang yang dalamdengan posisi tegak lurus pacta pennukaan sepertiditunjukkan dalam gambar 23, tetapi khususnyapacta baja karbon rendah yang mengalami korosisiklik, bentuk kerusakan yang terjadi adalahsubsurface yang berarti dangkal tetapi melebarseperti yang ditunjukkan dalam gambar 22.

KESIMPULAN1. Secara logis dapat disimpulkan bahwa secara

keseluruhan ketahanan korosi daTi baja tahankarat type 304 lebih baik daTi pada bajakarbon rendah karena adanya pengaruhunsur-unsur penambah yang ditujukan untukmemperbaiki ketahanan korosinya.

2. Kecepatan putar yang lebih tinggi akanmemperbesar kerusakan akibat korosi padabaja karbon rendah dan baja tahan karat baikpada larutan Hcl maupun pada larutan NaCI.

3. Pada konsentrasi 15% daD lebih besar,perusakan akibat korosi statik jauh lebihbesar daTi korosi siklik atau dinamik.Semakin tinggi konsentrasi larutan yangdipergunakan, maka perbedaan tingkatperusakan yang terjadi semakin besar.Dengan catatan bahwa kondisi statik daDdinamik daTi baja karbon rendahmenghasilkan perbedaan yang jauh lebihbesar dibandingkan baja tahan karat.Konsentrasi 15% ini biasanya disebut sebagaikonsentrasi ambang atau konsentrasi batas.

4. Pengurangan berat yang dihasilkan padapercobaan didalam larutan HCl akan naikdengan naiknya konsentrasi larutan,sedangkan pada larutan NaCI yang terjadiadalah scbaliknya.

DAFTARPUSTAKAI. DJUNIARDI IWAN, Thesis, ITB 19922. Laque, Francis Laurence, Marine Corrosion.

Causes and Prevention. John Wiley & Sons1975

3. SEDRIKS, A.JOHN, Corrosion of StainlessSteel, John Wiley and Sons, 1979

4. G.L Makar and D. Tromans. PillingCorrosion of Iron in Weakly AlkalineChloride Corrosion, Corrosion Vol 52, No.4.

Aparil1994'. G. LIU, D.A. TREE. AND M.S.HIGH,

Relalionships between rotating diskcorrosion measurements and corrosion inpipe flow. Corrosion Science Vol.50. No.8,August 1994

khusunya pada 4 jam, maka walaupunkonsentrasi larutan yang digunakan cukup rendahyaitu 5%, tetapi pengurangan berat yang terjadipada kondisi statisnya sudah cuk\lp besar.

Dari data-data yang didapat, terlihatsemakin tinggi konsentrasi larutan yang dipakai,maka penurunan perubahan berat akibat gerakanspesimen tersebut menjadi semakin berartiterutama untuk baja karbon rendah.Ditinjau daTi perubahan-perubahan ketahanankorosi yang terjadi, baja tahan karat memilikikestabilan sifat yang lebih baik dibandingkanbaja karbon rendah, oleh karena perubahanpengurangan berat yang terjadi daTi kondisi statikkekondisi siklik tidaklah terlalu besar.

Pada umumnya suatu peristiwa korosidapat terjadi karena adanya peristiwa polarisasiyang terdiri daTi dua bagian, yaitu polarisasiaktivasi clan polarisasi konsentrasi(8). Polarisasiaktivasi dikendalikan oleh reaksi pada antarmukalogam-larutan sedangkan polarisasi konsentrasidikendalikan oleh perbedaan konsentrasi dalamlarutan. Dari kejadian yang didapatkan padapercobaan ini seolah-olah bahwa dalam keadaanstat is terutama pada konsentrasi larutan yangtinggi, maka peristiwa korosi didominasi olehpolarisasi aktivasi sehingga menghasilkanpengurangan berat spesimen yang jauh lebihbesar. Tetapi dengan menerapkan gerakanspesimen maka pengaruh polarisasi aktivasi dapatditekan sehingga dihasilkan pengurangan beratyang lebih rendah.

Pengujian korosi denganmempergunakan larutan garam, menghasilkanpengurangan berat yang lebih kecil dibandingkandengan pengujian korosi didalam larutan HCI.Semakin tinggi konsentrasi NaCI yang

dipergunakan ternyata menghasilkanpengurangan berat yang lebih kecil. Tetapipengaruh dari putaran cukup berarti sehinggamenghasilkan pengurangan berat yang lebihbesar pada putaran yang lebih tinggi, dengancatalan bahwa pengurangan berat pad a bajakarbon rendah selalu lebih besar daripada bajatahan karat.

Seperti halnya pada percobaan korosidengan larutan HCI, percobaan dengan NaCI jugamenunjukkan bahwa kecepatan putar yang lebihtinggi akan memperbesar pengurangan berat dari

spesimen. ~Pemeriksaan metalografi memberikan

informasi yang cukup menarik padapolaperusakan akibat pengujian statik dan dinamikyang dilakukan. Secara umum perllsakan yang

61

6.

7.

8.

D.R.GABE, F.C. WALSH, The rotatingcylinder electrode; a review of development,Review of Applied Electrochemistry 6, 1983.WillY ANTO B, ASRUL, .SURA TMAN R,The effect of hydrochloric acid concentrationand cyclic mmersion speed on the corrosionbehaviour of austenitic stainless steel andplain carbon steel, International CorrosionCongress, Melbourne, 25-29 November1996.Jones Denny A, Principles and Prevention ofCorrosion, Maxwell McMilan International,1992

DISKUSIAnonim :Apakah tidak acta hubungan interface mekanikdengan reaksi kimia, pada waktu contoh ujiberotasi, atau di celupkan ?Bambang Widyanto :Masalah ini belum diarnatiAmir Partowiyatmo :Bagaimana Korosi dinamik, di dalam Air?Bambang Widyanto :Percobaan dengan pencelupan sepenuhnya dalamair tidak dilakukan, karena tujuan percobaanadalah meneliti pengaruh pengkayaan oksigendalam larutan akibat gerakan dinamik yangdilakukan

Diagram aJir pengujian

62

13 Rumah bantaian14 Koplinq15 Baut motor:16 Klem17 , Gear: motor18 Dudukan motor19 Kapasitor:20 Rangka21 Dudukan rangka22 Timing belt23 Pemegang rumah banta1an24 Rumah bantalan25 ..Piringan pemegang spesimen26 penguat kaki27 Kaki penyangga

Gb. 1. Susunan alat uji

63

~...Voltage regulator~...Kipas pendingin(3)...Bak penampung larutan<i>...Spesimen~,..Piringan tempat spesimen

Gb.2. Setting peralatan pada saat pengujian

64

J

IiIIIiI~IiIt..i IiI!I-I!IiII..II

II .

I!,-J~IiItG~II..I!,-J~

ilIt~I

65

66 iU)

oK

~..jI!If.I ~II

sfNI

IjI

IJ

iI~

I

.i.,.-

-~=It

IiIi

IiI~

IiIt~

I

67

IiI!t-)2IiItGI

Ij

Ii

IiIi

IiIt~

I

68

I

~~

.~OL

09

~ItItOt

01

.,to-o.

-' '

0

1111111°ddoddod

<&

8,M

--.I

Ii .

I!t!-zJ~

IIIIt!IIiI Ii)2IiIt-E~

IiIiIiJ~i'It~I

69

.

Gb. 22 Korosi pad. baja karbon rendah didalam larutan SO;. DC'selam. 2. jam pada kecepatan 47 rpm (400 X)

Gb. 13. Korosi pada baja tahan karat didalam larutan 58;' DCIselama 1 jam pada kecepatan 47 rpm (400X)

70