BAB II DASAR TEORI
2.4. Baja Tahan Karat 304 (SS 304)
Salah satu jenis baja tahan karat adalah AISI 304 (lihat stainless steel grades lampiran 1). Baja ini mempunyai struktur face centered cubic (fcc). Merupakan baja dengan kandungan 18% Cr dan 8% Ni, atau lebih spesifiknya mengandung unsur kimia Fe, < 0.08% C, 17.5-20% Cr, 8-11% Ni, < 2% Mn, < 1% Si, < 0.045% P, dan < 0.03% S, yang termasuk pada jenis baja tahan karat austenit. Merupakan baja yang paling umum dikenal dan paling sering digunakan. Baja tahan karat 304 mempunyai ketahanan
Tugas Akhir 25
terhadap korosi yang tinggi, formabilitas yang sempurna, berkekuatan tinggi dan juga ringan.
Baja tahan karat 304 digunakan untuk berbagai macam penerapan, karena mempunyai berbagai macam keuntungan, seperti:
1. Mempunyai ketahanan terhadap korosi yang besar
2. Tidak mudah terkontaminasi (mencegah terjadinya kontaminasi) 3. Mempunyai ketahanan terhadap oksidasi
4. Mudah dalam pengerjaan 5. Formabilitas yang baik 6. Penampilannya bagus 7. Mudah dibersihkan
8. Ringan tetapi berkekuatan tinggi
9. Pada suhu kriogenik kekuatan dan keuletan tetap terjaga 10. Tersedia untuk berbagai macam produk yang besar.
Baja tahan karat 304 merupakan baja standar dengan kadar karbon yang rendah, mudah dicari dan digunakan serta merupakan baja tahan karat yang murah. Jenis baja tahan karat 304 ada beberapa macam yaitu 304 (S30400), 304L (S30403), 304H (S30409). Baja tahan karat 304L pada umumnya digunakan untuk apklikasi yang memerlukan proses pengelasan yang menyebakan korosi antar butir pada proses pengerjaannya. Baja tahan karat 304H dapat digunakan pada temperatur yang tinggi sampai sekitar 800°C.
Tugas Akhir 26
Komposisi paduan serta persentase berat yang ada pada baja tahan karat 304, 304L dan 304H dapat dilihat pada tabel unsur kimia (Tabel 2.2) sesuai dengan ASTM A240 dan ASME SA-240.
Tabel 2.2. Unsurkimia pada baja tahan karat 304, 304L dan 304H.
Element
Percentage by Weight Maximum Unless Range is Specified 304 304L 304H Carbon 0,08 0,030 0,04-0,01 Manganese 2,00 2,00 2,00 Phosphorus 0,045 0,045 0,045 Sulfur 0,030 0,030 0,030 Silicon 0,75 0,75 0,75 Chromium 18,00 20,00 18,00 20,00 18,00 20,00 Nickel 8,0 10,50 8,0 12,00 8,0 10,50 Nitrogen 0,10 0,10 0,10 Sumber: www.sandmeyer.com
Dari kandungan unsur kimia baja tahan karat 304 tersebut, diperoleh sifat mekanik dari baja tahan karat 304 seperti pada Tabel 2.3. Pada kondisi annealed, baja tahan karat 304 memiliki sifat fisik dan listrik seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 2.4.
Tabel 2.3. Sifat mekanik stainless steel AISI 304.
Poison Tensile Yield Elong Hard Mod Density 0,27-0,30 515 205 40 88 193 8
Keterangan :
Poison : Rasio Poison
Tensile : Tensile strength (MPa) Yield : Yield Strength (MPa) Elong : elongation %
Hard : Kekerasan (HVN) Mod : Modulus elastisitas (GPa) Density : berat jenis (Kg/m3)
Tugas Akhir 27
Tabel 2.4. Sifat fisik dan listrik stainless steel AISI 304 pada kondisi annealed. Thermal ekspansi (10-6/ºC) Thermal konduktivitas (W/m-K) Spesific heat (J/kg-K) Resistivitas (10-9W-m) 17,2 16,2 500 720 Sumber: www.gadang-e-bookformaterialscience.blogspot.com
2.4.1. Ketahanan Baja Tahan Karat 304 Terhadap Korosi Merata (Uniform Corrosion)
Baja tahan karat 304 sangat tahan terhadap korosi terutama karena pengaruh oksidasi lingkungan. Biasanya digunakan untuk membuat peralatan dan perkakas pada proses pengolahan makanan dan minuman, perpipaan, tabung, dan peralatan lain yang berhubungan langsung dengan air.
Baja tahan karat 304 dengan kandungan 18-19% Cr, mampu bertahan terhadap oksidasi lingkungan yang mengandung nitric acid. Data ketahanan korosi untuk baja tahan karat 304 terhadap nitric acid dapat dilihat pada Tabel 2.5. (Untuk pengaruh korosi pada baja tahan karat 304 terhadap larutan asam dapat dilihat pada lampiran 2)
Baja ini juga mempunyai ketahanan terhadap asam organik seperti acetic dan asam pengurang seperti fosfor. Penambahan 9-11% Ni pada baja ini akan menambah ketahanan korosi terhadap lingkungan.
Dalam beberapa kasus, kandungan C yang rendah pada baja tahan karat 304L mempunyai laju korosi yang rendah dibandingkan dengan kandungan C yang tinggi pada baja tahan karat 304. Hal ini
Tugas Akhir 28
terjadi apabila baja berada pada kondisi lingkungan yang mengandung formic acid, asam sulfamic, dan caustic soda.
Tabel 2.5. Laju korosi pada baja tahan karat 304 terhadap nitric acid.
% Nitric Acid Temperature °C Corrosion Rate Mils/Yr (mm/a) 10 149 5,0 (0,13) 20 149 10,1 (0,25) 30 149 17,0 (0,43) Sumber: www.sandmeyer.com
2.4.2. Ketahanan Baja Tahan Karat 304 Terhadap Korosi Antar Butir (Intergranular Corrosion)
Pengerjaan panas baja tahan karat pada suhu antara 427-816°C akan menyebakan presipitasi karbida Cr pada batasan-batasan butir. Kebanyakan baja akan mengalami cacat dan terpengaruh oleh adanya korosi antar butir pada lingkungan yang agresif. Kandungan C pada baja 304 menyebabkan cacat akibat terkena panas dari pengelasan, baik pada bagian yang di las maupun bagian-bagian yang terpengaruh oleh panas dari las tersebut. Dalam hal ini baja dengan kandungan C yang rendah, yaitu baja 304L, lebih menguntungkan. Kandungan C yang rendah akan menghambat presipitasi karbida Cr tetapi tidak mengurangi reaksi presipitasi.
Tugas Akhir 29
Tabel 2.6. Intergranular Corrosion Tests.
ASTM A262 Evaluation Test
Corrosion Rate, Mils/Yr (mm/a)
304 304L
Practice E Base Metal Welded
No Fissures on Bend Some Fissures on Weld (unacceptable) No Fissures No Fissures Practice A Base Metal Welded Step Structure Ditched (unacceptable) Step Structure Step Structure Sumber: www.sandmeyer.com
2.4.3. Ketahanan Baja Tahan Karat 304 Terhadap Korosi Retakan
Tegangan (Stress Corrosion Cracking)
Baja 304 merupakan baja tahan karat austenit yang paling mudah terpengaruh terhadap retakan korosi tegangan (stress corrosion cracking), karena kandungan Ni yang rendah. Kondisi yang menyebabkan korosi ini dipengaruhi oleh:
a. Adanya ion klor
b. Sisa pengaruh tegangan c. Suhu lebih dari 49°C
Keretakan bisa terjadi akibat perubahan bentuk dari baja pada saat proses pembentukan, atau pada saat baja mengalami pengerolan, atau pada saat terjadi proses pengelasan secara berkala.
Tugas Akhir 30
Tabel 2.7. Halide (Chloride Stress Corrosion Tests).
Test U-Bend (Highly Stressed) Samples
304 33% Lithium Chloride, Boiling Base Metal Welded Cracked, 14 – 19 hours Cracked, 18 – 90 hours 26% Sodium Chloride, Boiling Base Metal Welded Cracked, 142 – 1004 hours Cracked, 300 – 500 hours 40% Calcium Chloride, Boiling
BaseMetal Cracked, 144 hours – Ambient Temperature Seacoast Exposure Base Metal Welded No Cracking No Cracking Sumber: www.sandmeyer.com
2.4.4. Ketahanan Baja Tahan Karat 304 Terhadap Pitting/Crevice Corrosion
Baja tahan karat 304 sangat bagus digunakan pada air segar dengan kandungan ion chloride yang rendah. Biasanya, 100 ppm chloride merupakan batas maksimum untuk baja tahan karat, terutama untuk menghindari crevice corrosion, karena kandungan klor yang tinggi memungkinkan terjadinya crevice corrosion dan pitting corrosion. Pada beberapa kondisi dengan kandungan klor yang tinggi, pH rendah, dan/atau suhu yang tinggi, dianjurkan untuk menggunakan baja dengan kandungan molybdenum (Mo) yang tinggi seperti baja tahan karat 316. Baja 304 tidak dianjurkan untuk penggunaan pada lingkungan yang mengandung kadar air laut tinggi.
(Sumber: www.sandmeyer.com)
Untuk menghitung laju korosi pada baja tahan karat secara umum dapat dilihat pada lampiran 3 dan untuk standarisasi ASTM pengujian korosi secara umum dapat dilihat pada lampiran 4.
Tugas Akhir 31
