## ANALISIS TERJADINYA KOROSI BATAS BUTIR AKIBAT PROSES PENGELASAN GTAW

## PADA MATERIAL AUSTENITIC STAINLESS STEEL AISI A304
Mudjianto Ramadhan Cahya 1 , Wawan 2 , Amri Abdulah 3
1,2,3 Program Studi Teknik Mesin STT WASTUKANCANA Purwakarta
1 mudjianto.ramadan@gmail.com 2 wawan.st69@gmail.com 3 amri@stt-wastukancana.ac.id

## ABSTRAK
Austenitic  stainless  steel Seri  300,  AISI  A304  merupakan  jenis  paling  umum  digunakan  pada berbagai Industri, karena memiliki sifat non magnetik, mampu bentuk, mampu las dan ketahanan korosi  lebih  baik  dibandingkan  dengan ferritic  stainless  steel dan martensitic  stainless  steel . Namun  pada  temperatur  500 o C-800 o C,  rentan  terhadap  korosi  antar  butir  ( intergranular corrosion ),  untuk  itu  perlu  dilakukan  analisis  corrosion.  Metode  analisis  yang  dilakukan  yaitu dengan pengujian yang meliputi non destructive test , destructive test , metalografi dan SEM , pada material austenitic  stainless  steel AISI  A304  dengan  variasi  kuat  arus  75  A,  100  A  dan  125  A, menggunakan filler  metal ER308  terhadap intergranular  corrosion dengan  analisis  data menggunakan  deskriptif.  Hasil  pengujian  pada  kuat  arus  100  A  dan  125  A  terjadi intergranular corrosion pada  batas  butir  logam,  menyebabkan  terbentuknya  pengendapan chromium  carbide (Cr 23 C 6 )  dalam  bentuk  presipitat  halus  pada  batas  butir  dan  tidak  terbentuk  didalam  butiran  itu sendiri.
Kata kunci : Austenitic stainless steel , intergranular corrosion, pengelasan.

## 1. Latar Belakang
Baja  tahan  karat  ( Austenitic Stainless Steel )  Seri  300,  banyak  digunakan  di industri,  terutama  industri  kimia,  industri pengolahan  makanan  dan  obat-obatan, industri minyak dan gas, dan industri pupuk. Hal  ini  disebabkan  karena  baja  ini  memiliki ketahanan  korosi,  sifat  mampu  bentuk  dan mampu  las  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan martensite stainless steel dan ferritic stainless  steel .  Namun  demikan,  baja  ini dapat  mengalami  penurunan  ketahanan korosi,  apabila  dilakukan  proses  pengelasan yang  disebabkan  oleh  adanya  fenomena sensitasi.
Sensitasi adalah terbentuknya presipitasi karbida  krom  (Cr 23 C 6 )  pada  batas  butir austenit akibat  pendinginan  lambat  (680 0 C- 480 0 C).  Fenomena  ini  disebut intergranular corrosion (IGC) , yaitu  peristiwa  terjadinya chromium depletion di  area  sekitar  batas butir  sehingga  dapat  menurunkan passive proctective  layer di  area  yang  mengalami
penurunan komposisi krom.
Penanggulangan masalah sensitasi, dapat  dilakukan  dengan  cara  menerapkan proses solution treatment .  Namun  aplikasi metode  ini  sangat  sulit  dilakukan,  terutama untuk equipment yang  berdimensi  besar. Oleh  sebab  itu,  maka  dibutuhkan  suatu metode  penanganan  yang applicable di lapangan.

## 2. Identifikasi Masalah
Berdasarkan    latar  belakang  tersebut, maka  identifikasi  masalah  pada  penelitian ini yaitu : a. Menghindari terjadinya fenomena sensitasi  dengan  menentukan  material yang sesuai.
b. Mengatur parameter proses pengelasan.
c. Memilih filler metal yang standar.

## 3. Rumusan Masalah
Perumusan masalah  pada  penelitian  ini, terangkum pada :
Bagaimanakah  mengatur  parameter  proses dan  pemilihan filler  metal pada  pengelasan material Austenitic    stainless  steel AISI  A
304 agar terhindar dari fenomena
intergranular corrosion ?

## 4. Batasan Masalah
Korosi  batas  butir  pada  material Austenitic  stainless steel AISI A 304 setelah proses  pengelasan.  Fenomena  terjadinya korosi, merupakan pembatasan dalam penelitian ini.
5. Literatur
a. Karakteristik Austenitic Stainless Steel
Salah  satu  kelompok  baja  tahan  karat yang  banyak  digunakan  adalah austenitic stainless  steel .  Dikenal  secara  luas  dengan nama  18-8  (Cr-Ni),  mempunyai  ketahanan temperatur  >  760 0 C,  tetapi  ketahanan oksidasinya  terbatas  pada  temperatur  tinggi, ketahanan  korosi  dan  mampu  las  yang  lebih baik dibandingkan baja tahan karat lainnya. Austenitic  stainless  steel memiliki single phase,  face  centered  cubic (FCC).  Unsur paduan  utama  Krom  (Cr)  dan  Nikel  (Ni) dengan  sedikit  unsur  paduan  lain  seperti Molibdenum  (Mo),  Tembaga  (Cu)  dan Mangan (Mn). Kandungan kromium
merupakan  pembentuk passive  protective layer yang  dapat  mencegah  terjadinya oksidasi  dan  korosi.  Nikel  merupakan elemen  pendukung  yang  paling  dominan pada pembentukan austenit, yang
ditambahkan dalam jumlah lebih dari 8%wt. Elemen pendukung lainnya adalah C, N dan Cu. Range komposisi standar dari baja tahan karat jenis ini adalah : Cr (16-25  %wt), Ni (8-20  %wt), Mn (1-2 %wt), Si (0,5-3  %wt), C (0,02-0,08  %wt) dan  (<0,04  %wt  untuk grade L), Mo (0-2 %wt), N (0-0,15  %wt) Ti (0- 0,2%wt dan Nb ). (9)

## b. Tinjauan Umum Proses Pengelasan
Menurut  DIN  ( Deutsche  Industrie Normen ) pengelasan adalah ikatan metalurgi pada  sambungan  logam  atau  logam  paduan. Dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair yang  merupakan  sambungan  setempat  dari beberapa batang logam dengan menggunakan  energi  panas,  dengan  atau tanpa  tekanan,  atau  hanya  tekanan,  dengan atau  tanpa  menggunakan  logam  pengisi ( filler ). (3,9)
Salah  satu  teknik  pengelasan  yang dikenal  dalam  penyambungan  baja  tahan karat  adalah  proses  pengelasan  las  busur GTAW  ( gas  tungsten  arc  welding ).  Dalam proses  pengelasan  diperlukan  alat  yang
digunakan  untuk  memanaskan  dan  atau menekankan kedua bagian logam yang akan disambung. (9)
Peralatan  ini  dapat  didasarkan  pada penggunaan  energi  listrik,  energi  gas  atau energi  mekanik. (2) Proses  pengelasan  dapat dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu :
1. Pengelasan mencair ( fusion welding ). 2. Pengelasan  tidak  mencair  ( solid state welding ).
3. Soldering atau brazing .
c. Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)
Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW) merupakan  pengelasan  yang  dilakukan dengan  menggunakan  busur  las  antara elektroda  tungsten  dan  benda  kerja  yang akan  disambung.  Sebagian  logam  induk mencair akibat pemanasan busur listrik yang timbul diantara ujung elektroda dan permukaan  benda  kerja..  Sementara filler metal yang  digunakan  merupakan penyuplai logam  las,  oleh  karena  itu  maka  material yang  digunakan  mirip  dengan  logam  induk. Gas  pelindung  yang  bersifat  lembam  ( inert ) seperti  Argon  dan  Helium  diberikan  pada saat  proses  pengelasan  untuk  melindungi logam  las  maupun  elektrodanya  dari kontaminasi
atmosferik serta memperpanjang busur. (2,9)
Gambar Skema Proses GTAW (9)

## d. Korosi
Korosi  didefinisikan  sebagai  serangan merusak,  karena  reaksi  dengan  lingkungan sekitarnya yang merupakan reaksi elektrokimia,  bersifat  alamiah,  berlangsung dengan  sendirinya  dan  biasanya  dimulai  di permukaan.  Proses  korosi  terjadi  jika terdapat  faktor-faktor  yang  terlibat  dalam proses,  yaitu  :  anoda,  katoda,  dan  larutan elektrolit.  Banyak  kasus  di  mana  ketahanan korosi weld metal lebih tinggi daripada base
metal .  Namun, ada  kalanya  juga weld  metal rentan terhadap korosi. Terkadang sulit untuk menentukan mengapa weld  metal mengalami  korosi,  namun  satu atau lebih faktor berikut sering terlibat yaitu :  lapisan  oksida  dan scale ,  pilihan filler metal yang  tidak  tepat, final  surface  finish , dan  faktor  metalurgi.  Siklus  pemanas  dan pendingin  yang  terjadi  selama  proses pengelasan  akan  mempengaruhi  struktur mikro  dan  komposisi  permukaan  daerah lasan dan daerah HAZ. (7,8,9)

## e. Sensitisasi
Adalah  cacat  atau  kerusakan  las  ( weld decay ),  terjadi  selama  proses  pengelasan disekitar  HAZ.  Pada  temperatur  482 o C  - 760 o C,  terbentuklah chromium  carbide (Cr 23 C 6 ) sepanjang butiran Austenit, sehingga  menurunkan  ketahanan  korosi  dan lapisan pasif (protective passive film ). Batas butir  akan  menjadi  anodik  dan  butir  nya sendiri akan menjadi lebih katodik, sehingga batas butir akan lebih mudah terkorosi. (4,9)
Krom karbida sebagian besar terbentuk pada batas butir dan tidak terbentuk didalam butiran  itu  sendiri.  Hal  ini  terjadi  karena adanya  laju  difusi  ( difussion  rate )  atom- atom chromium (Cr)  melewati  volume  butir dan sepanjang batas butir yang jenuh dengan ketidak sempurnaan dari kisi-kisi kristal. (4,9) Perlakuan panas memungkinkan pembentukan  partikel  presipitat  karbida krom  kecil  di  sepanjang  batas  butir  dengan reaksi  antara  kromium  dan  karbon  dalam stainless  steel .  Baik  kromium  dan  karbon harus  berdifusi  ke  batas  butir  untuk membentuk presipitat, meninggalkan chromium  depleted  zone yang  berdekatan dengan  batas  butir.  Akibatnya,  daerah  batas butir  menjadi  sangat  rentan  terhadap korosi. (4,9)
Sensitisasi  terjadi  karena  pembentukan krom karbida sepanjang batas butir, sehingga  kadar  kromium  menipis  di  daerah yang  berdekatan  dengan  batas  butir.  Daerah ini menyebabkan perbedaan potensial elektrokimia yang dapat mem promote terjadinya  korosi  terlokalisasi  pada  struktur mikro. (4,9)
Gambar Daerah depleted yang berdekatan dengan presipitat (3)
Jika  pengurangan  ini  menurunkan kadar  krom  sampai  di  bawah  12  %wt  yang diperlukan  untuk  mempertahankan  lapisan pasif  protektif,  maka  akan  mengalami sensitisasi  dan  akhirnya  korosi.  Fenomena sensitisasi dapat dihindari antara lain dengan memadukan  baja  tahan  karat  dengan  logam lain  seperti  niobium  atau  titanium,  yang memiliki  kecenderungan  yang  lebih  besar untuk membentuk karbida daripada kromium  Cr  sehingga  tetap  dalam  larutan padat. (2)
f. Intergranular Corrosion (Korosi Batas
Butir) Intergranular corrosion merupakan korosi  batas  butir  logam,  disebabkan  oleh pendinginan perlahan dari temperatur sensitisasi  (500 o C-850 o C),  menyebabkan terbentuknya  pengendapan  krom  karbida Cr 23 C 6 dalam  bentuk  presipitat  halus  pada batas butir, menghilangkan sifat perlindungan  kromium  pada  daerah  tengah butir, sehingga akan mudah terkorosi. (4,7)
Gambar Korosi batas butir . (4)
6. Metodologi Penelitian
7. Pembahasan
a. Hasil Pengamatan Struktur Mikro Pengamatan dilakukan di Laboratorium Metalurgi Institut Teknologi  Bandung.  Spesimen  terlebih dahulu  melalui  proses  etsa  dengan menggunakan    HNO 3 (10ml),  HCL (20ml), H 2 O (30ml), dilihat menggunakan  mikroskop  optic  dengan pembesaran 200x. Pengamatan dilakukan  pada  area  HAZ, fusion  line , dan welding zone.
b. Struktur  Mikro  HAZ  pada  Kuat
Arus 75 Ampere
Pengelasan  dengan  kuat  arus  yang rendah  mengakibatkan  masukan  panas tidak  terlalu  besar,  terlihat  dari  ukuran besar  butir.  Hal  ini  menunjukan  karena terjadinya  transformasi,  rekristalisasi parsial  dari  pembentukan  struktur  ferit (α) halus  dan  struktur austenit  (γ)  yang lebih  kasar  dan  padat,  terjadi  karena proses  pendinginan  secara  perlahan dan
didominasi  austenit  yang  berbentuk memanjang dan terlihat halus.
Gambar  Foto mikro pengelasan 75A pada area HAZ
c. Struktur Mikro Fusion Line pada Kuat Arus 75 Ampere
Pada  foto  mikro fusion line terlihat fasa ferit (α) (warna hitam) pada matriks austenit  (γ)  (warna  putih).  Memiliki struktur  dengan  butir-butir  yang  lebih kasar,  hal  ini  disebabkan base  metal menerima  panas  yang  lebih.  Perubahan struktur  mikro  yang  terjadi  disebabkan oleh  perilaku  panas  yang  ditimbulkan selama proses pengelasan.
Gambar Foto mikro pengelasan 75A pada area fusion line

## 8. Kesimpulan dan Saran

## Kesimpulan
Dari  seluruh  rangkaian  percobaan  dan pengujian yang sudah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Terhadap  kecacatan  material  dengan menggunakan dye  penetrant ,  diketahui bahwa  tidak  ditemukan  keretakan  pada material pengujian tersebut .
2. Terjadi  sifat  magnetis  pada  semua  area pengelasan.
3. Sensitisasi  terjadi  karena  pembentukan krom  karbida  sepanjang  batas  butir, sehingga  kandungan    kromium  menipis disekitarnya. Hal ini dapat mem promote terjadinya  korosi  terlokalisasi  pada struktur mikro. 4. Perlakuan panas memungkinkan pembentukan  partikel  presipitat  karbida krom  kecil  di  sepanjang  batas  butir dengan  reaksi  antara  kromium  dan karbon dalam stainless steel .
5. Kromium dan karbon harus berdifusi ke batas  butir untuk membentuk  presipitat, meninggalkan chromium  depleted  zone yang  berdekatan  dengan  batas  butir.
Akibatnya,  daerah  batas  butir  menjadi sangat rentan terhadap korosi.
6. Proses pengelasan pada material
austenitic  stainless  steel AISI  A304 dengan  menggunakan filler  metal ER
308  dengan  menerapkan  kuat  arus  75
Ampere tidak  menimbulkan  fenomena terjadinya serangan intergranular corrosion. 7. Proses pengelasan pada material austenitic  stainless  steel AISI  A304 dengan  menggunakan filler  metal ER 308 pada kuat arus 100 Ampere dan 125 Ampere , terbukti terjadi serangan intergranular corrosion .  Hal ini terlihat pada fusion line dan welding zone area.

## Saran
Penelitian  ini  masih  terdapat  banyak kekurangan  dan  kesempurnaan,  sehingga diharapkan  dapat  dilanjutkan  oleh  Peneliti lain  yang  tertarik  melakukan  penelitian pengelasan  terhadap  material austenitik stainless steel AISI A304.
Keterlanjutan  penelitian  ini  dapat  dilakukan pada :
1. Memastikan  metode  pendinginan  pada material setelah proses pengelasan.
2. Pembuktian  proses quenching terhadap hasil  pengelasan,  agar  tidak  terbentuk fenomena intergranular corrosion .
3. Melakukan  penelitian  lanjut  untuk pengamatan,  sehingga  tidak  terbentuk sentisisasi apabila pengelasan
menggunakan teknik yang berbeda.
4. Menentukan  material  elektroda  atau logam  tambahan  yang  sesuai,  agar dihasilkan logam las bebas retak

## Daftar Pustaka
1. Wiryosumarto.  H,  Okumura.T.  2008,
Teknologi  Pengelasan  Logam ,  cetakan kesepuluh,  halaman  1.  PT.  Balai
Pustaka, Jakarta.
2. Sonawan.  H,  Suratman  R.  2003, Pengantar  Untuk  Memahami  Proses Pengelasan  Logam halaman  1-16.
Alfabeta, Bandung.
3. Murfi.  A.  2017,  Tesis Pengaruh  Kuat Arus dan Kecepatan
Pengelasan Dengan  Menggunakan  Gas  Tungsteen Arc  Welding  (GTAW)  Pada  Austenitic Stainless  Steel  AISI  A  304  dan  AISI  A 316L , Magister Teknik Mesin. Universitas Pasundan Bandung.
4. Budianto.  A,  Purwantini.  K,  Sujitno. T. 2009,  Jurnal Pengamatan  Struktur Mikro Korosi Antar Butir Dari Mineral
Baja  Tahan  Karat  Austenitik  Setelah Mengalami Proses Pemanasan , Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN,
Yogyakarta.
5. Al  Fajri,  MH.  Aris,  M.  2013,  Jurnal Pengelasan  GTAW  Terhadap  Bentuk Hasil  Lasan  Dan  Struktur  Mikro
SS316L ,  Departemen  Metalurgi  Dan
Material,  Fakultas  Teknik,  Universitas
Indonesia.
6. Triyono,  Arifin.  Z,  Sutaryono.  2005, Jurnal Validasi  Diagram  Schaeffler,
Delong dan WRC 1992 Dalam
Memprediksi  Struktur  Mikro  Pada Pengelasan  Logam  Berbeda  Dengan Baja  Tahan  Karat .  Jurusan  Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS, Solo.
7. Priyotomo,  G.  2008, Kamus  Saku Korosi  Material ,  volume  1  no  1,  Pusat
Penelitian Metalurgi-LIPI, Banten.
8. Fontana, M.G. 1986, Corrosion Engineering ,  Third  Edition,  Mc  Graw- Hill Book Company, Singapore.
9. Indraswari,  R.  2010,  Jurnal Pengaruh Pengelasan Pada Stainless Steel , Fakultas  Teknik,  Universitas  Indonesia, Depok.