PENGARUH PROSES TEMPERING
PADA HASIL PENGELASAN BAJA 516-70 TERHADAP
MECHANICAL PROPERTIES DAN SIFAT KOROSI
Ir. Soeweify M.Eng*. dan Dony Setyawan., S.T., M.Eng * Juang Priyo Bandono**
* Staf Pengajar Jurusan Teknik Perkapalan ** Mahasiswa Jurusan Teknik Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya Sukolilo – Surabaya (60111)
Telp : 081357438825 Email : [email protected]
Abstrak
Material baja karbon A 516 – 70 merupakan material yang telah dispesifikasikan American Society For Testing and Materials (ASTM) dan dispesifikasikan penggunaan material dalam pembuatan bejana bertekanan (Pressure Vessel) maupun pada sebuah konstruksi bersuhu menengah atau rendah. Seiring kebutuhan pemakaian baja karbon pada umumnya, material ini memiliki kuat tarik antara 70 (485) dalam satuan SI hingga 70-90 (485-620) dalam satuan Ksi (Mpa). Seperti yang telah kita ketahui bahwa proses pengelasaan banyak dilakukan dalam proses produksi, demikian material inipun diijinkan penggunaan las dalam proses penyambungan. Dengan kata lain proses penyambungan las sangat produktif digunakan dalam penyambungan material baja. Namun pada kenyataannya penyambungan dengan metode pengelasan, menyebabkan perubahan struktur mikro pada material baja karbon. Sehingga beberapa kejadian sering adanya keretakan pada hasil lasan yang dikarenakan adanya beban dari tekanan pada bejana bertekanan (Pressure Vessel). Permasalahan ini melahirkan sebuah penelitian yang akan dituangkan dalam penulisan tugas akhir ini. Dari beberapa literatur diketahui bahwa, struktur mikro suatu baja dapat dirubah dengan suatu perlakuan panas. Hal ini mendasari suatu penelitian tugas akhir ini yang melakukan pengamatan pada perlakuan temper sebagai salah satu metode perlakuan panas (Heat Treatment) dalam memperbaiki sifat mekanis pada baja karbon 516 dengan grade 70 ini. Namun dari beberapa literatur sebelumnya bahwa, akibat proses temper yang diberikan pada sebuah baja dapat berpengaruh menningkatnya laju korosi suatu baja. Oleh sebab itu, kami lengkapi penelitian ini dengan pengujian laju korosi yang terjadi pada material ini. Sehingga dapat diasumsikan besar peningkatan kekuatan akibat pengaruh metode temper ini, terhadap ketahanan rambat korosinya. Dengan melakukan beberapa pengujian secara mekanik dan laju perambatan korosi, diharapkan dapat memperbaiki kualitas hasil pengelasan pada material baja 516 dengan grade 70. Dari hasil prosentase kenaikan nilai kekuatan dan laju korosi pada logam lasan material baja 516-70 ini, diharapkan dapat diapplikasikan sebagai perawatan maupun perbaikan pada sebuah bejana berekanan. Kata kunci: A516 - 70, Proses Tempering, Uji Mekanik, dan Laju korosi.
CuNiFe is a product of many maritime application in the world as a good resistance to seawater corrosion, its applications are widely used in onboard bilga channels and also channels that deliver a substance that is chemically like the channels that contain foam extinguishers, as well as other gas lines. In this research material are used CuNiFe welded pipe circular pipe (5G) with a thickness of 2 mm pipe, 3 inch diameter pipe (76 mm), and the electrodes used was SG-CuNi10Fe (2.4 mm) with a strong flow of welding between 50 to 100 Ampere is based on Field Work Standards Property PT.PAL Indonesia (Persero). This study aimed to determine the results of welding pipes that led from CuNiFe outage WPS. But the authors analyzed only the results of the welding of the criteria accepted by the standard welding pipe welding, especially for those (ASME). To change the structure of the pipe before and after the welding deformation test used, and to know the existence of welding defects that occur in use radiography testing. Analysis of the toughness and the mechanical connections used tensile testing (Tension Test) and bending (Bending Test). From the test - a test that was done it was found that welding with a heat input pipe CuNiFe input 0.497 Kj / mm distortion angle of the farthest distance of the straight line welding of 2.43 mm, 3 mm Porosity of (reject), so that was not chosen for mechanical testing connection. For the specimens welded with heat input 0.746 Kj/mm distortion angle of the farthest distance of the straight line welding of 3.21 mm, there is no weld defects (porosity), 306.45 N/mm2 Ultimate strength, there is also an open crack or defect the bending test. For the specimens welded with heat input 0.995 Kj/mm distortion angle of the farthest distance of the straight line welding of 3.85 mm, porosity of 0.5 mm, and are not selected for mechanicaltesting.
Keywords: Pipe CuNiFe, Ampere, Heat Input, TIG, Deformation Testing, Radiography Testing, Mechanical Testing
.
1. Pendahuluan
PENDAHULUAN
Dalam penggunaan material yang telah diatur oleh ASTM, klasifikasi A516 – 70 sering digunakan proses pengelasan dalam penyambungan sebuah konstruksi. Proses pengelasan banyak dipilih sebagai proses yang memiliki nilai ekonomis dan efisiensi yang cukup tinggi. Namun dalam proses pengelasan pada penyambungan material baja dapat menunrunkan nilai kekuatan dari sebuah material baja. Hal ini disebabkan adanya perubahan struktur mikro sebuah material baja oleh pengaruh panas yang diberikan oleh proses pengelasan.
Dapat kita ketahui bahwa kekuatan sebuah sambungan las material baja yang digunakan sebagai elemen sebuah bangunan atau konstruksi sangat diharapkan dalam penggunaanya. Oleh sebab itu berbagai lembaga mengeluarkan standart yang secara spesifik yang dapat mengasumsikan sebagai kuat tarik (Tensile), kuat tekan (Bend), kuat pukul (Impact), serta ketahanan terhadap perambatan retak
(Fracture) sebuah material baja. Berbagai macam
kekuatan sebuah material baja maupun sambungan las tersebut menjadikan dasar dari berbagai macam pengujian untuk mengetahui nilai dan besaran yang dihasilkan pada sebuah baja. Diharapkan dengan mengetahui besaran kekuatan sebuah material maupun sambungannya dapat ditentukan pula
kekuatan sebuah bangunan atau sebuah konstruksi yang dibangun.
Penggunaan material baja A516 dengan grade 70, sering digunakan pada konstruksi bertekanan (Boiler) sebagai sebuah ketel / bejana
bertekanan yang dapat digunakan untuk pembangkit tenaga listrik, maupun pemanas. Dengan adanya beban yang cukup tinggi yang berasal dari tekanan yang terjadi pada sebuah bejana bertekanan dapat mematahkan sebuah sambungan lasnya. Dari uraian diatas, maka penulisan tugas akhir ini dilatar belakangi oleh perbaikan kualitas sambungan las pada material ini. Salah satu cara guna memperbaiki kualitas sambungan dengan melakukan pemanasan ulang pada sambungan las material A516 dengan grade 70 ini. Dengan perlakuan panas yang dilakukan setelah proses pengelasan dapat meningkatkan kekuatan sebuah sambungan las. Beberapa literatur yang telah menyebutkan, bahwa perlakuan panas dapat menurunkan ketahanan terhadap korosi suatu baja. Oleh karena itu pengujian terhadap laju korosi pun dilakukan yang diharapkan menjadi pertimbangan sebelum melakukan pemanasan ulang pada material ini.
Bahan Penelitian
Penyambungan las material A516-70 dilakukan dengan membentuk bevel berdasarkan AWS
D1.1dengan sudut 30º sehingga kampuh las berbentuk ’V’ ( ’V’ groove ). Proses pembuatan
kampuh ini dilakukan dengan tahapan penandaan dan diikuti dengan pemotongan menggunakan alat potong gas oxy acetylene (gambar 3.3) sebagai
berikut: 12,7 B a c k P la te (R o o t O p e n in g ) (G ro v e A n g e l) 3. Proses Pengelasan
Disusun sebuah welding parameter sbb:
Dengan tebal material 12.7mm, maka digunakan metode seperti pada gambar dibawah:
1 2 3
4
GAUGING
Pengelasan dilakukan 4 layer dengan parameter tersebut diatas. Dari proses pengelasan dihasilkan perubahan struktur mikro yang dapat mengurangi kualitas sambungan. Perubahan tersebut dapat digambarkan seperti gambar dibawah:
4. Proses Temper
Temperng merupakan salah satu metode perlakuan panas yang dilakukan pada temperature A1. Hal ini dilakukan bertujuan untuk mendapatkan kumpulan bentuk cementite yang berasal dari struktur ferrite.
Mengikuti perlakuan panas yang diizinkan oleh ASTM-A516 / A516M point 5.4, proses tempering dilakukan pada kisaran suhu 595ºC hingga 705ºC. dengan tujuan menghasilkan struktur mikro pada baja karbon martensite dengan butiran yang halus sehingga material lebih keras dan kuat.
1. Dilanjutkan proses temper yaitu: memanaskan material hingga suhu 595ºC dengan waktu penahanan 60menit.
2. Setelah perlakuan panas tersebut diatas, maka dilakukan pendinginan pada suhu ruang (28ºC)
Filler Metals Current Pass No. Welding Process AWS Class (Brand Name) Dia. (mm) Type & Polarity Range (A) Volt Range (V) Travel Speed (mm / Min) 1 2 3 4 FCAW FCAW FCAW FCAW E70T-2 E70T-2 E70T-2 E70T-2 1.2 1.2 1.2 1.2 DC- DC- DC- DC- 100-150 105-155 110-160 100-150 27-28 29-30 31-32 27-28 10-20 20-40 40-80 10-25
5. Uji Mekanik
5.1 Uji Tarik (Tensile Test)
Tujuan
Kekuatan tarik merupakan sifat mekanis material yang penting, terutama untuk perencanaan konstruksi maupun pengerjaan logam tersebut. Kekuatan tarik suatu bahan dapat diketahui dengan melakukan pengujian tarik pada bahan tersebut. Pengujian tarik dapat dilakukan pada bahan dasar (raw material) maupun material product. Dari hasil pengujian tarik dapat diketahui sifat-sifat material dan informasi sebagai berikut :
• Tegangan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength)
σ
u• Tegangan luluh (yield strength)
σ
y• Regangan (elongation)
• Pengurangan luas penampang (reduction of area)
• Diagram tegangan-regangan (stress-strain diagram)
• Lokasi dan mode kepecahan Hasil Uji Tarik
Dari pengujian tarik dari material dengan proses temper dan Non temper, dapat dijelaskan dengan grafik dibawah:
Perbandingan Kuat Tarik & Kuat Luluh
447.58 455.86 439.29 431.00 518.03 528.39 509.74 505.59 0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00
Temper 1 Temper 2 Non Temper 1 Non Temper 2
Ultimate Strength Yield Stregth
5.2 Uji Tekuk (Tensile Test)
Tujuan
Tujuan dari Pengujian tekuk digunakan untuk menguji kualitas sambungan tersebut, yaitu untuk mengetahui kekenyalan dan adanya cacat-cacat pada bagian dalam logam las. Berdasarkan standar AWS D1.1 yang didapati, bahwa ketentuan pada pengujian tekuk material A516 grade 70 dengan ketebalan 12,7 dapat dilakukan dengan uji tekuk dari sisi weld metal (Side Bending). Pada pengujian
tekuk ini menurut AWS D1.1 (4.8.3.3) material uji dapat dikatakan diterima (acceptable) apabila:
• Pada permukaan logam terdapat sobekan tidak lebih dari > 1/8 in (3 mm) pada arah manapun juga.
• Jumlah semua sobekan tidak lebih dari > 3/8 in (6 mm) dengan kedalaman 1/32 in (1mm).
Hasil Uji Tekuk (Bending Test)
5.3Uji Pukul (Impact Test)
Impact strength adalah ketahanan batang uji terhadap pukulan (impact) dinyatakan dengan banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan batang uji, dengan satuan kg m atau ft lb atau joule.
Hasil Uji Pukul
Dari Pengujian impact, didapat nilai kekuatan impact masing-masing spesimen pada tabel 4.4
sebagai berikut: Impact 1.67 1.67 1.67 1.68 1.68 1.68 1.68 1.68 1.69 1.69 1.69
Temper 1 Temper 2 Temper 3 Non Temper 1 Non Temper 2 Non Temper 3 Spesimen Im p act S tr e n g th (N m /m m 2) 5.4Laju korosi
Hukum termodinamika mengungkapkan kepada kita tentang kuatnya kecenderungan keadaan energi tinggi untuk berubah ke keadaan energi rendah. Kecenderungan inilah yang membuat logam-logam tergabung kembali dengan unsur-unsur yang ada di
BENDING TEST RESULT
Diameter Mandrel =
50º Result
No. Item Identification Width Thick Open Lateral Tubular (mm) (mm) Defect Crack Crack
(mm²) (mm²) (mm²) 1 Temper 1 Weld Metal 9.9 12.7 - - - 2 Temper 2 Weld Metal 9.95 12.75 - - - 3 Temper 3 Weld Metal 10.22 12.66 - - - 4 Temper 4 Weld Metal 10.26 12.7 - - - 1 Non Temper 1 Weld Metal 9.7 12.7 - - - 2 Non Temper 2 Weld Metal 10.25 12.7 - - - 3 Non Temper 3 Weld Metal 9.84 12.7 - - - 4 Non Temper 4 Weld Metal 9.82 12.7 - - -
lingkungan, yang akhirnya membentuk gejala yang disebut korosi.
Dasar Teori
Ketika suatu logam tidak berada dalam kesetimbangan dengan larutan yang mengandung ion-ionnya, potensial elektrodanya berbeda dari potensial korosi medianya dan selisih antara keduanya disebut polarisasi. Polarisasi merupakan parameter yang penting yang memungkinkan kita membuat pernyataan-pernyataan tentang laju-laju proses korosi. Hal tersebut terjadi karena laju korosi dan kerapatan arus mempunyai kaitan langsung. Polarisasi atau penyimpangan dari potensial kesetimbangan disini sama dengan gabungan polarisasi anoda pada logam dan polarisasi katoda pada lingkungannya. [Trethewey, et, al, 1991].
Bila dalam percobaan mendapatkan iukur >> ic maka akan menunjukkan perilaku pengeplotan Tabel yang linier. Bagaimanapun, ketika polarisasi mendekati Ekor, yakni bila ia kurang lebih sama dengan io maka harga kerapatan arus terukur akan jauh meninggalkan harga ia yang sejati dan kita akan mendapatkan penyimpangan yang besar sekali dari perilaku linier. Argumen-argumen yang sama berlaku baik apabila polarisasi anoda maupun polarisasi katoda yang digunakan. Jadi kalau kita mencoba mendapatkan data dari percobaan, dalam hal ini kita masih bisa menetapkan harga io melalui ekspolasi terhadap bagian-bagian yang linier pada hasil pengeplotan polarisasi. (grafik 2.13) [Trethewey, et, al, 1991]. o i Ekor -1 -2 -3 -4 10 10 1 10 10 0.20 0.10 0 -0.20 -0.10 -2 Kerapatan Arus (A m ) P o la risas i (V)
Setelah dilakukan percobaan, maka diperoleh besarnya arus yang diasumsikan sama dengan besarnya elektron yang melewati elektroda kerja dan
elektroda acuan. besarnya arus yang keluar dicatat sebagai variabel untuk perhitungan besarnya laju korosi. Berdasarkan hukum Faraday, maka besarnya laju korosi dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :
Laju korosi(2) = K ai
nD
Dimana :
K = Konstanta (0.129 untuk mpy) a = Berat atom logam terkorosi i = kerapatan arus (μA/cm³)
n = Jumlah elektron valensi logam terkorosi D = Densitas logam terkorosi (gr/cm³) Hasil Laju Korosi
Jenis No ikor Laju korosi
Spesimen (μA/cm2) (mmpy)
Tempered Base Metal T1 3,002 1.09 x 10-4
Tempered Weld Metal T2 3.328 1.34 x 10-4
Non Tempered Base Metal 1 2.812 0.927 x 10-4
Non Tempered Weld Metal 2 2.926 0.998 x 10-4
Laju Korosi 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.00016 Tempered Base Metal Tempered Weld Metal
Non Tempered Base Metal
Non Tempered Weld Metal
Spesimen
iko
rr
6. Kesimpulan
• Dari hasil perhitungan besar kekuatan tarik pada masing-masing spesimen uji tarik, dapat diambil hasil logam lasan material A-516 grade 70 yang telah melalui proses temper hingga suhu 595ºC dengan pendinginan suhu ruang, rata-rata menunjukan kenaikan nilai kuat tarik hingga 3%.
• Dari hasil uji impact dapat diperhitungkan besar kuat impact pada masing-masing spesimen material hasil lasan pada material A-516 grade 70, dapat diketahui rata-rata kenaikan nilai kuat impact hingga 11%.
• Dengan proses temper material baja 516-70 dan hasil logam lasannya, yang dilakukan pada suhu 595°c selama 1 jam dengan pendinginan
temperatur ruang sebesar 27°c yang telah dilakukan dalam penulisan ini, tidak menghasilkan peningkatan nilai kuat tarik dan yang besar. Proses temper ini, merupakan suatu proses temper yang dikondisikan secara sederhana sehingga dapat dilakukan dengan cepat dan pada suatu konstruksi yang telah terpasang.
• Pengaruh perlakuan temper terhadap laju korosi suatu material baja karbon A516 grade 70 dengan ukuran spesimen 10x10x20 tidak menunjukan nilai hingga 1.34 x 10-4 (mmpy) dengan
peningkatan laju korosi hingga 35%, namun dari literatur yang didapat pada bab II tabel 2.7 dapat
digolongkan sempurna. Sehingga peningkatan laju korosi yang terjadi masih dapat di terima. 7. Sumber
1. Benjamin W. Niebel, Alan B. Draper, Richard A. Wysk : “ Modern Manufacturing Process
Engineering ” Mc GRAW_HILL EDITIONS
2. B. Zakharov : “HEAT - TRATMENT OF METALS”
3. Amercan Society for Testing and Material
(ASTM) A20 / A20M dan A516 / A516M – 01
4. American Welding Society (AWS) D1.1
5. Amercan Society of Mechanical Engineering
(ASME) Section IX
6. Dosen Metalurgi , ‘DIKTAT PETUNJUK PRAKTIKUM LOGAM’ , Teknik Mesin FTI – ITS 1992
7. Fontana G. Mars “Corrosion Engineering”,
second edition
8. Trethewey, K. R dan Chamberlain J. 1991.
“Korosi untuk Mahasiswa dan Rekayasawan”.
Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama. 9. Diktat API and JWES Welding Engineers. 10. SAE-AISIdesignations
forSteel(http//www:help@material engineers.com)
11. Donald Clark Ph.D/Phisicall Metalurgy for Engineering 2nd Edition
12. Ayers and Machmeier, Metall. and Mater. Trans. A, 24 (1993), 1943.
13. Tempered Martensite by H. K. D. H. Bhadeshia University of Cambridge tempered martensite.html.
