BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5. Korosi Pada Logam
2.5.2. Jenis-Jenis Korosi Pada Stainless Steel
Meskipun alasan utama penggunaan stainless steel adalah ketahanan korosinya, tetapi pemilihan stainless steel yang tepat mesti disesuaikan dengan aplikasi yang tepat pula. Pada umumnya, korosi menyebabkan beberapa masalah seperti :
18
1. Terbentuknya lubang-lubang kecil/ halus pada tangki dan pipa-pipa sehingga
menyebabkan kebocoran cairan ataupun gas.
2. Menurunnya kekuatan material disebabkan penyusutan/ pengurangan
ketebalan/ volume material sehingga 'strength' juga menurun, akibatnya dapat terjadi retak, bengkok, patah dan sebagainya.
3. Penampilan permukaan material menjadi tidak menarik disebabkan kerak
karat ataupun lubang-lubang
4. Terbentuknya karat-karat yang mungkin mengkontaminasi zat atau material
lainnya, hal ini sangat dihindari khususnya pada proses produksi makanan.
Secara umum korosi pada stainless steel dapat dikategorikan sbb. : 1. Uniform Corrosion
2. Pitting Corrosion 3. Crevice Corrosion
4. Stress Corrosion Cracking 5. Intergranular Corrosion 6. Galvanic Corrosion
2.5.2.1 Uniform Corrosion
Uniform corrosion terjadi disebabkan rusaknya seluruh atau sebagian protective layer pada SS sehingga SS secara merata akan berkurang/aus terlihat pada gambar 2.4. Korosi ini terjadi umumnya disebabkan oleh cairan atau larutan asam
kuat maupun alkali panas. Asam hidroklorit dan asam hidrofluor adalah lingkungan yang perlu dihindari SS apalagi dikombinasikan dengan temperatur serta konsentrasi yang cukup tinggi.
Gambar 2.4 Korosi uniform yang menyebabkan berkurangnya dimensi permukaan benda secara merata.
2.5.2.2 Pitting Corrosion
Korosi berupa lubang-lubang kecil sebesar jarum, dimana dimulai dari korosi lokal (bukan seperti uniform corrosion). Pitting corrosion ini awalnya terlihat kecil dipermukaan SS tetapi semakin membesar pada bagian dalam SS yang tersaji pada gambar 2.5. Korosi ini terjadi pada beberapa kondisi pada lingkungan dengan PH rendah, temperature moderat, serta konsentrasi klorida yang cukup tinggi (misal NaCl atau garam di air laut). Pada konsentrasi klorida yang cukup tinggi, awalnya ion-ion klorida merusak protective layer pada permukaan SS terutama permukaan yang cacat. Timbulnya cacat ini dapat disebabkan oleh kotoran sulfida, retak-retak kecil akibat penggerindaan, pengelasan, penumpukan kerak, penumpukan larutan
20
padat. Proses kimia yang terjadi saat pitting korosi ini dapat dilihat dalam gambar 2.6. Umumnya SS berkadar Krom (Cr), Molybdenum (Mo) dan Nitrogen (N) yang tinggi cenderung lebih tahan terhadap pitting corrosion. Pada industri petrokimia korosi ini sangat berbahaya karena menyerang permukaan dan penampakan visualnya sangat kecil, sehingga sulit untuk diatasi dan dicegah terutama pada pipa-pipa bertekanan tinggi.
Ketahanan material terhadap pitting korosi jenis ini di formulasikan sbb :
PREN = %Cr + (3,3 x %Mo) + (16 x %N)
Satu hal yang menyebabkan pitting corrosion sangat serius bahwa ketika lubang kecil terbentuk, maka lubang ini akan terus cenderung berkembang (lebih besar dan dalam) meskipun kondisi SS tersebut sangat tertutup atau tidak dapat tersentuh sama sekali. Oleh karena itu dalam mendesain material untuk lingkungan kerja yang besar kemungkinan terjadinya pitting korosi digunakan nilai PREN, sebagai acuan. Contohnya bila dibandingkan antara SS austenitik seperti 304, 316L, dan SS super-austenitik seperti UR 6B. SS 304 memiliki komposisi (dalam %): < 0,015 C, 18.5 Cr, 12 Ni sedangkan untuk SS 316L memiliki komposisi : < 0,030 C, 17.5 Cr, 13,5 Ni, 2,6 Mo. SS super-austenitik UR 6B memiliki komposisi : < 0,020 C, 20 Cr, 25 Ni, 4,3 Mo, dan 0,13 N. Dengan komposisi yang berbeda maka nilai PREN untuk masing-masing SS adalah: 304 = 18, 316L = 26, dan UR B6 = 37. Dengan
demikian maka UR B6 memiliki ketahanan akan pitting korosi paling kuat sedangkan 304 memiliki ketahanan pitting korosi yang terlemah.
Gambar 2.5 IIustrasi pitting corrosion pada material SS.
Gambar 2.6 Skema proses kimia yang terjadi saat pitting corrosion menyerang dan terus merusak logam SS.
2.6.2.3 Crevice Corrosion
Korosi jenis ini sering terjadi di daerah yang kondisi oksidasi terhadap krom (Cr) SS sangat rendah atau bahkan tidak ada sama sekali (miskin oksigen). Sering pula terjadi akibat desain konstruksi peralatan yang tidak memungkinkan terjadinya oksidasi tersebut misal celah antara gasket/ packing, celah yang terbentuk akibat pengelasan yang tidak sempurna, sudut-sudut yang sempit, celah/ sudut antara 2 atau lebih lapisan metal, celah antara mur/baut dsb. Peristiwa korosi ini terjadi di daerah
22
yang sangat sempit (celah, sudut, takik dsb) seperti disajikan pada gambar 2.7. Crevice Corrosion dapat dipandang sebagai pitting corrosion yang lebih berat/ hebat dan terjadi pada temperature dibawah temperature moderate yang biasa menyebabkan pitting corrosion. Cara untuk menghindari masalah ini, salah satunya dengan membuat desain peralatan lebih 'terbuka' walaupun kenyataannya sangat sulit untuk semua aplikasi.
Gambar 2.7 Ilustrasi crevice corrosion yang menyerang saat 2 material bertemu dan membentuk celah sempit, sehingga terjadi perbedaan kandungan oksigen yang
menyebabkan korosi.
2.5.2.4 Stress Corrosion Cracking
Dalam kondisi kombinasi antara tegangan (baik tensile, torsion, compressive maupun thermal) dan lingkungan yang korosif maka SS cenderung lebih cepat mengalami korosi. Karat yang mengakibatkan berkurangnya penampang luas efektif permukaan SS menyebabkan tegangan kerja (working Strees) pada SS akan bertambah besar. Korosi ini dapat terjadi pula misal pada pin, baut-mur dengan lubangnya/ dudukannya, SS yang memiliki tegangan sisa akibat rolling, bending,
welding dan sebagainya. Ilustrasi dari korosi ini dapat dilihat pada gambar 2.8. Korosi ini meningkat jika part yang mengalami stress berada di lingkungan dengan kadar klorida tinggi seperti air laut yang temperaturnya cukup tinggi. Sebagai akibatnya aplikasi SS dibatasi untuk menangani cairan panas bertemperatur di atas 50 0
C bahkan dengan kadar klorida yang sangat sedikit sekalipun (beberapa ppm). SS yang cocok korosi ini adalah austenitic SS disebabkan kadar Nikel-nya (Ni) relative tinggi. Grade 316 tidak lebih tahan secara siknifikan dibanding 304. Duplex SS (misal 2205/ UR 45N) lebih tahan dibanding 304 atau 316 bahkan sampai temperatur
aplikasi 150oC dan super duplex akan lebih tahan lagi terhadap stress corrosion
cracking. Pada beberapa kasus, korosi ini dapat dikurangi dengan cara penembakan permukaan logam dengan butir pasir logam, atau juga meng-annealing setelah SS selesai proses permesinan, sehingga dapat mengurangi tegangan pada permukaan logam.
Gambar 2.8 Ilustrasi stress-cracking-corrosion akibat adanya tegangan sisa dan lingkungan korosif.
24
2.5.2.5 Intergranular Corrosion
Korosi ini disebabkan ketidak sempurnaan mikrostruktur SS. Ketika austenic SS berada pada temperature 425-850 oC (temperatur sensitasi) atau ketika dipanaskan dan dibiarkan mendingin secara perlahan (seperti halnya sesudah welding atau pendinginan setelah annealing) maka karbon akan menarik krom untuk membentuk partikel kromium karbida (chromium carbide) di daerah batas butir (grain boundary) struktur SS. Formasi kromium karbida yang terkonsentrasi pada batas butir akan menghilangkan/ mengurangi sifat perlindungan kromium pada daerah tengah butir. Sehingga daerah ini akan dengan mudah terserang oleh korosi (Gambar 2.9). Umumnya SS dengan kadar karbon kurang dari 2 % relative tahan terhadap korosi ini. Ketidak sempurnaan mikrostruktur ini diperbaiki dengan menambahkan unsur yang memiliki daya tarik terhadap Karbon lebih besar untuk membentuk karbida, seperti Titanium (misal pada SS 321) dan Niobium (misal pada SS 347). Cara lain adalah dengan menggunakan SS berkadar karbon rendah yang di tandai indeks 'L' -low carbon steel- (misal 316L atau 304L). SS dengan kadar karbon tinggi juga akan tahan terhadap korosi jenis ini asalkan digunakan pada temperatur tinggi pula (misal 304H, 316H, 321H, 347H)
Gambar 2.9 Ilustrasi korosi pada butir akibat terjadinya sensitasi krom (Cr).
2.5.2.6 Galvanic Corrosion
Galvanic corrosion terjadi disebabkan sambungan dissimilar material (2 material yang berbeda terhubung secara elektris/ tersambung misal baut dengan mur, paku keling/ rivet dengan body tangki, hasil welding dengan benda kerja) dan atau terendam dalam larutan elektrolit, sehingga dissimilar material tersebut menjadi semacam sambungan listrik. Mekanisme ini disebakan satu material berfungsi sebagai anoda dan yang lainnya sebagai katoda sehingga terbentuk jembatan elektrokimia tersaji pada gambar 2.10. Dengan terjadinya hubungan elektrik tersebut maka logam yang bersifat anoda akan lebih mudah terkorosi. Urutan tersebut ditunjukkan pada seri elektrokimia logam berikut :
Logam deret sebelah kiri cenderung menjadi anoda (mudah berkarat) sementara logam sebelah kanan cenderung menjadi katoda. Galvanic corrosion ini tergantung pada :