Oleh : Dafit Feriyanto, Process & Corrosion Engineer
Korosi adalah fenomena alam (Sunatullah) yang akan terus terjadi selama alam semesta ini ada dan selama logam berinteraksi (berhubungan) dengan lingkungannya, seperti hal-nya manusia yang mengalami tahapan dari muda menjadi tua (karena juga berinteraksi dengan lingkungannya), kemudian tiada. Semuanya itu tidak bisa kita tolak, namun sebagai makhluk yang berpikir, kita diwajibkan untuk mensiasatinya. Seperti upaya manusia agar tetap awet muda dan selalu sehat dengan mengkonsumsi makanan bergizi, vitamin, suplement, anti oksidan, ataupun memakai komestik pengencang dan pemutih kulit, dsb.; demikian pula logam, untuk menghambat laju kerusakan perlu memakai inhibitor (penghambat) korosi.
Korosi adalah kerusakan logam akibat berinteraksi dengan lingkungannya. Proses korosi logam dalam larutan akuatik (mengandung air) merupakan reaksi elektrokimia yang meliputi proses perpindahan massa dan perpindahan muatan. Bila suatu logam dicelupkan dalam larutan elektrolit, terjadi dua lokasi yang disebut anoda dan katoda. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi dan pada katoda terjadi reaksi reduksi.
Inhibitor adalah zat yang bila ditambahkan ke dalam suatu lingkungan dalam jumlah kecil, secara sinambung atau berkala, dapat menurunkan laju korosi logam. Pemakaian Inhibitor Korosi adalah salah satu upaya untuk mencegah korosi.
Ada berbagai jenis Inhibitor yang dikenal, dan diklasifikasikan berdasarkan bahan dasarnya, reaksi yang dihambat, serta mekanisme inhibisinya.
q Menurut Bahan Dasarnya :
§ Inhibitor Organik : Menghambat korosi dengan cara teradsorpsi kimiawi pada permukaan logam, melalui ikatan logam-heteroatom. Inhibitor ini terbuat dari bahan organik. Contohnya adalah : gugus amine, tio, fosfo, dan eter. Gugus amine biasa dipakai di sistem boiler.
§ Inhibitor Inorganik
Inhibitor yang terbuat dari bahan anorganik.
Menurut Reaksi yang dihambat :
§ Inhibitor katodik :
Yang dihambat adalah reaksi reduksi. Molekul organik netral teradsorpsi di permukaan logam, sehingga mengurangi akses ion hidrogen menuju permukaan elektroda. Dengan berkurangnya akses ion hidrogen yang menuju permukaan elektroda, maka hydrogen overvoltage akan meningkat, sehingga menghambat reaksi evolusi hidrogen yang berakibat menurunkan laju korosi.
Inhibitor katodik dibedakan menjadi :
· Inhibitor racun : Contohnya : As2O3, Sb2O3.
- menghambat penggabungan atom-atom Had menjadi molekul gas H2 di permukaan logam
- dapat mengakibatkan perapuhan hidrogen pada baja kekuatan tinggi.
- Bersifat racun bagi lingkungan.
· Inhibitor presipitasi katodik :
- mengendapkan CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4 dari dalam air. Contoh : ZnSO4 + dispersan.
· Oxygen scavenger :
- mengikat O2 terlarut
Contoh : N2H4 (Hydrazine) + O2 ® N2 + 2 H2O
Hydrazine diinjeksikan di up stream Deaerator dalam sistem WHB (Waste Heat Boiler) dan WHR (Waste Heat Recovery) di unit pabrik Ammonia maupun Utilitas.
§ Inhibitor Anodik :
Adalah inhibitor yang menghambat reaksi oksidasi.
Fe + OH- ® FeOHad + e-
FeOHad + Fe + OH- Û FeOHad + FeOH+ + 2e-
§ Molekul organik teradsorpsi di permukaan logam, sehingga katalis FeOHad berkurang akibatnya laju korosi menurun. Contoh inhibitor anodik adalah molibdat, silikat, fosfat, borat, kromat, nitrit, dan nitrat. Inhibitor jenis ini sering dipakai / ditambahkan pada saat chemical cleaning peralatan pabrik.
§ Inhibitor campuran : Campuran dari inhibitor katodik dan anodik.
q Menurut Mekanisme (Cara Kerja) Inhibisi :
§ Inhibitor Pasivator : menghambat korosi dengan cara menghambat reaksi anodik melalui pembentukan lapisan pasif, sehingga merupakan inhibitor berbahaya, bila jumlah yang ditambahkan tidak mencukupi.
Inhibitor Pasivator terdiri dari :
· Inhibitor Pasivator Oksidator, misalnya : Cr2O72-, , CrO42-, ClO3-, ClO4-.
Cr2O72- mempasivasi baja dengan peningkatan reaksi katodik dari Cr2O72- menjadi Cr2O3, dan menghasilkan lapisan pasif Cr2O3 dan FeOOH.
· Inhibitor Pasivator non oksidator, contohnya : ion metalat (vanadat, ortovanadat, metavanadat), NO2-. Inhibitor vanadium dipakai di Unit CO2 Removal Pabrik Ammonia, karena larutan Benfield yang bersifat korosif.
Molybdat (MoO42-) menginhibisi dengan cara membentuk lapisan pelindung yang terdiri dari senyawa ferro-molybdat menurut reaksi berikut :
Fe + ½ O2 + H+ ®Fe2+ + OH-
MoO42- + Fe2+ Û FeMoO4¯
· Pembentuk senyawa tak larut :
INH + H2O Û OH- ; M + 2 OH- ÛMO¯ + H2O
Misalnya : NaOH, Na3PO4, Na2HPO4, Na2CO3, NaBO3.
§ Inhibitor Presipitasi : Membentuk kompleks tak larut dengan logam atau lingkungan sehingga menutup permukaan logam dan menghambat reaksi anodik dan katodik. Contoh : Na3PO4, Na2HPO4.
· Contoh inhibitor yang bereaksi dengan logam :
Na3PO4 +3H2O® 3Na++3OH- + H3PO4
Fe + 2 OH-® FeO¯ + H2O + 2e-
· Contoh inhibitor yang bereaksi dengan lingkungan :
2 Na3PO4 +2Ca2+ (dalam air) ® 2Ca3(PO4)2¯ + 3Na2+
§ Inhibitor Adsorpsi : Agar teradsorpsi harus ada gugus aktif (gugus heteroatom). Gugus ini akan teradsorpsi di permukaan logam. Contoh : Senyawa asetilen, senyawa sulfur, senyawa amine dan senyawa aldehid.
§ Inhibitor Aman dan Inhibitor Berbahaya :
· Inhibitor aman (tidak berbahaya) adalah inhibitor yang bila ditambahkan dalam jumlah yang kurang (terlalu sedikit) dari konsentrasi kritisnya, tetap akan mengurangi laju korosi. Inhibitor aman ini umumnya adalah inhibitor katodik, contohnya adalah garam-garam seng dan magnesium, calcium, dan polifosfat.
· Inhibitor berbahaya adalah inhibitor apabila ditambahkan di bawah harga kritis akan mengurangi daerah anodik, namun luas daerah katodik tidak terpengaruh. Sehingga kebutuhan arus dari anoda yang masih aktif bertambah hingga mencapai harga maksimum sedikit di bawah konsentrasi kritis. Laju korosi di anoda-anoda yang aktif itu meningkat dan memperhebat serangan korosi sumuran. Yang termasuk inhibitor berbahaya adalah inhibitor anodik, contohnya adalah molibdat, silikat, fosfat, borat, kromat, nitrit, dan nitrat.
Posted by shinqueena.
BAJA KARBON RENDAH
- kandungan karbonnya < 0,25%C
- tidak responsif terhadap perlakuan panas yang bertujuan membentuk martensit
- metode penguatannya dengan “Cold Working” ìstruktur mikronya terdiri ferit dan perlit
- relatif lunak dan lemah ìulet dan tangguh
- mampu mesin dan mampu lasnya baik
- murah
- aplikasi : bodi mobil,bentuk struktur (profil I, L, C, H), pipa saluran
BAJA KARBON MEDIUM
- kandungan karbonnya: 0,25 – 0,6%C
- dapat dinaikkan sifat mekaniknya melalui perlakuan panas austenitizing, quenching, dan tempering
- banyak dipakai dalam kondisi hasil tempering sehingga struktur mikronya martensit
- lebih kuat dari baja karbon rendah
- aplikasi :poros, roda gigi, crankshaft
BAJA KARBON TINGGI
- kandungan karbonnya: 0,6 < % C ≤ 1,7
- dapat dinaikkan sifat mekaniknya melalui perlakuan panas austenitizing, quenching, dan tempering
- banyak dipakai dalam kondisi hasil tempering sehingga struktur mikronya martensit
- paling keras, paling kuat, paling getas di antara baja karbon lainnya
- tahan aus
- aplikasi :pegas, pisau cukur, kawat kekuatan tinggi, rel kereta api,perkakas potong, dies
BAHAN TEKNIK
PROSES DAPUR TINGGI
Dapur tinggi terbuat dari susunan batu tahan api yang diperkuat dengan tiang-tiang baja. Dalam dapur tinggi akan terjadi proses reduksi bijih besi menjadi besi kasar (besi mentah). Selain itu, juga terjadi reaksi-reaksi kimia yang menyertai proses reduksi tersebut. Berikut adalah gambar dapur tinggi beserta bagian-bagiannya.
Gambar 1. Dapur tinggi
Dapur tinggi tersebut dapat berukuran : 30 m
Garis tengah maksimum : 7 m
Garis tengah puncak : 4,5 m
Garis tengah bawah : 4 m
Dapur tinggi didirikan diatas fondasi yang diperkuat oleh tiang-tiang baja. Bagian dalam dapur tinggi dilapisi batu tahan api yang mempunyai sifat tahan terhadap suhu tinggi dan dan merupakan penyekat panas. Pada bagian atas dapur terdapat corot pengisi yang bekerja secara bergantiansehingga kehilangan gas dapur tinggi dapat dicegah sekecil mungkin. Dapur tinggi ini dilengkapi dengan alat pemanas udara (pesawat Cowper), alat pemisah debu dan sebagainya.
Gambar 2. Skema Dapur Tinggi
B. Pengisian Bahan
Bahan-bahan yang akan diisikan ke dalam dapur tinggi ialah : bijih besi, kokas, dan batu kapur. Bahan ini disimpan di dekat dapur tinggi supaya pengisiannya mudah. Bahan-bahan diangkut ke puncak dapur tinggi dengan alat pengangkut selapis demi selapis. Mula-mula diisikan bijih besi 3 m3 , dan seterusnya secara bergantian sehingga pengisian bahan akan berlangsung secara terus menerus.
C. Proses Dapur Tinggi
Bahan-bahan pengisi dapur tinggi ialah bijih besi, kokas dan batu kapur yang akan mengalami proses fisika ataupun kimia. Mula-mula bahan tersebut akan mengalami pemanasan pendahuluan, kemudian disusul oleh reaksi reduksi dan terjadi peleburan besi.
1. Pemanasan pendahuluan
Di dalam dapur tinggi gas-gas hasil pembakaran yang suhunya masih panas akan naik ke atas sambil memanaskan bahan-bahan yang diisikan. Akibatnya air dan zat-zat yang mudah menguap yang terdapat dalam bahan-bahan pengisi akan menguap sehingga akhirnya bahan-bahan akan menjadi cukup kering.
2. Proses reduksi
Dalam daerah reduksi yaitu daerah dapur tinggi dan suhu berkisar 800oC – 1400oC, akan terjadi serangkaian reaksi-reaksi kimia antara lain reaksi reduksi bijih besi, reaksi pembakaran kokas, dan peruraian batu kapur.
Karena pengaruh udara maka kokas akan terbakar menurut reaksi sebagai berikut:
C + O2 --------------- CO2
Dalam pembakaran ini akan dihasilkan panas sehingga mampu untuk meleburkan bijih besi dan juga dapat mempercepat reaksi-reaksi yang lain. Selanjutnya gas CO2 yang terjadi akan naik ke atas bersinggungan dengan lapisan kokas diatasnya dan bereaksi menurut reaksi sebagai berikut :
CO2 + C ------- 2CO
Gas CO yang terjadi akan mereduksi bijih besi menurut reaksi berikut :
Fe3O4 + CO ----------- 3FeO + CO2
Fe2O3 + CO ---------- 2FeO + CO2
Kedua reaksi di atas disebut reaksi reduksi tidak langsung.
Pada daerah reduksi juga terjadi peruraian batu kapur dan mungkin juga peruraian MgCO3 ataupun FeCO3 yang mungkin terdapat dalam batu kapur tersenut menurut reaksi berikut :
CaCO3 ---------- CaO + CO2
MgCO3 ---------- MgO + CO2
FeCO3 ---------------- FeO + CO2
Gas CO2 hasil dari peruraian ini akan bersinggungan dan bereaksi dengan lapisan kokas menurut reaksi berikut :
CO2 + C --------- 2CO
3. Proses Peleburan
Pada daerah hentian suhu mencapai 1400oC – 1600oC. Disini akan terjadi peleburan hasil reduksi tak langsung dan juga terjadi pembentukan terak . Disamping itu juga akan terjadi reduksi langsung FeO oleh kokas. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi pada daerah ini adalah sebagai berikut :
Reduksi langsung FeO + C ---- Fe + CO
Pembentukan terak CaO + SiO2 ---- CaSiO3
Kalau bijih besi mengandung Mangan MnO + SiO2 ---- MnSiO3
Karena berat jenis terak lebih ringan daripada berat jenis besi, maka terak akan mengapung pada bagian atas.
Besi mentah yang dihasilkan bukan merupakan besi murni tetapi masih mengandung unsure yang lain seperti karbon (C) yang berasal dari kokas, silisium (Si), mangan (Mn) dan Phospor (P) yang berasal dari bijih besi.
Input dapur tinggi :
1 biji besi.
2 kokas.
3 batu kapur.
Out put dapur tinggi :
1 Gas Buang (CO2 dan Gas Lainnya).
2 besi kasar.
3 kerak.
Diagram Fe-Fe3C
Diagram kesetimbangan fasa Fe-Fe3C adalah alat penting untuk memahami struktur mikro dan sifat-sifat baja karbon, suatu jenis logam paduan besi (Fe) dan karbon (C). Karbon larut di dalam besi dalam bentuk larutan padat (solidsolution) hingga 0,05% berat pada temperatur ruang. Baja dengan atom karbon terlarut hingga jumlah tersebut memiliki alpha ferrite pada temperatur ruang.Pada kadar karbon lebih dari 0,05% akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiometric compound (Fe3C) yang dikenal sebagai cementite atau carbide. Selain larutan padat alpha-ferrite yang dalam kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang terdapat fase-fase penting lainnya, yaitu delta-ferrite dan gamma-austenite.
Logam Fe bersifat polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada
temperatur berbeda. Pada Fe murni, misalnya, alpha-ferrite akan berubah
menjadi gamma-austenite saat dipanaskan melewati temperature 910oC. Pada
temperatur yang lebih tinggi, mendekati 1400oC gamma-austenite akan kembali
berubah menjadi delta-ferrite. (Alpha dan Delta) Ferrite dalam hal ini memiliki
struktur kristal BCC sedangkan (Gamma) Austenite memiliki struktur kristal FCC.
Gambar 1 Diagram Kesetimbangan Fe3C
1.1 Ferrite
Ferrite adalah fase larutan padat yang memiliki struktur BCC (body centered cubic). Ferrite dalam keadaan setimbang dapat ditemukan pada temperatur
ruang, yaitu alpha-ferrite atau pada temperatur tinggi, yaitu delta-ferrite. Secara umum fase ini bersifat lunak (soft), ulet (ductile), dan magnetik (magnetic) hingga temperatur tertentu, yaitu Tcurie. Kelarutan karbon di dalam fase ini relatif lebih kecil dibandingkan dengan kelarutan karbon di dalam fase larutan padat lain di dalam baja, yaitu fase Austenite. Pada temperatur ruang,kelarutan karbon di dalam alpha-ferrite hanyalah sekitar 0,05%.
Berbagai jenis baja dan besi tuang dibuat dengan mengeksploitasi sifat-sifat ferrite. Baja lembaran berkadar karbon rendah dengan fase tunggal ferrite misalnya, banyak diproduksi untuk proses pembentukan logam lembaran.
Dewasa ini bahkan telah dikembangkan baja berkadar karbon ultra rendah untuk karakteristik mampu bentuk yang lebih baik. Kenaikan kadar karbon secara umum akan meningkatkan sifat-sifat mekanik ferrite sebagaimana telah dibahas sebelumnya. Untuk paduan baja dengan fase tunggal ferrite, faktor lain yang berpengaruh signifikan terhadap sifat-sifat mekanik adalah ukuran butir.
1.2 Austenite
Fase Austenite memiliki struktur atom FCC (Face Centered Cubic). Dalam keadaan setimbang fase Austenite ditemukan pada temperatur tinggi. Fase ini bersifat non magnetik dan ulet (ductile) pada temperatur tinggi. Kelarutan atom karbon di dalam larutan padat Austenite lebih besar jika dibandingkan dengan kelarutan atom karbon pada fase Ferrite. Secara geometri, dapat dihitung perbandingan besarnya ruang intertisi di dalam fase Austenite (atau kristal FCC) dan fase Ferrite (atau kristal BCC). Perbedaan ini dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena transformasi fase pada saat pendinginan Austenite yang berlangsung secara cepat. Selain pada temperatur tinggi, Austenite pada sistem Ferrous dapat pula direkayasa agar stabil pada temperatur ruang. Elemen-elemen seperti angan dan Nickel misalnya dapat menurunkan laju transformasi dari gamma-ustenite menjadi alpha-ferrite. Dalam jumlah tertentu elemen-elemen tersebut akan menyebabkan Austenite stabil pada temperatur ruang. Contoh baja paduan dengan fase Austenite pada temperatur ruang misalnya adalah Baja Hadfield (12%Mangan) dan Baja Stainless 18-8 (8%Ni).
1.3 Cementite
Cementite atau carbide dalam sistem paduan berbasis besi adalah
stoichiometric inter-metallic compund Fe3C yang keras (hard) dan getas
(brittle). Nama cementite berasal dari kata caementum yang berarti stone chip
atau lempengan batu. Cementite sebenarnya dapat terurai menjadi bentuk
yang lebih stabil yaitu Fe dan C sehingga sering disebut sebagai fase
metastabil. Namun, untuk keperluan praktis, fase ini dapat dianggap sebagai
fase stabil. Cementite sangat penting perannya di dalam membentuk sifat-sifat
mekanik akhir baja. Cementite dapat berada di dalam sistem besi baja dalam
berbagai bentuk seperti: bentuk bola (sphere), bentuk lembaran (berselang
seling dengan alpha-ferrite), atau partikel-partikel carbide kecil. Bentuk,
ukuran, dan distribusi karbon dapat direkayasa melalui siklus pemanasan dan
pendinginan. Jarak rata-rata antar karbida, dikenal sebagai lintasan Ferrite
rata-rata (Ferrite Mean Path), adalah parameter penting yang dapat
menjelaskan variasi sifat-sifat besi baja. Variasi sifat luluh baja diketahui
berbanding lurus dengan logaritmik lintasan ferrite rata-rata.
1.4 Reaksi-reaksi Invarian dan Konstituen Mikro Penting
Secara keseluruhan ada tiga reaksi penting di dalam diagram Kesetimbangan Fase Fe-Fe3C, yaitu: Reaksi Peritectic, Reaksi Eutectic, dan Reaksi Eutectoid sebagaimana terlihat di dalam diagram kesetimbangan. Untuk sistem Besi Baja, reaksi Eutectoid adalah reaksi yang sangat penting karena dengan mengontrol Reaksi Eutectoid kita dapat memperoleh berbagai konstituen mikro atau micro constituent yang diinginkan untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu.
Baja Paduan
Baja dikatakan dipadu jika kompesisi unsur-unsur paduannya secara khusus, bukan Baja karbon biasa yang terdiri dari unsur silisium dan mangan. Baja paduan semakin banyak digunakan.Unsur yang paling banyak digunakan untuk baja paduan, yaitu: Cr,Mn, Si, Ni, W, Mo, Ti, Al, Cu, Nb dan Zr. Baja paduan dapat diklasifikasikan sesuai dengan komposisi struktur dan penggunaan
1.
Komposisi:
Berdasarkan komposisi baja paduan dibagi lagi menjadi : Baja tiga komponen : terdiri satu unsur pendu dalam penambahan Fe dan C. dan Baja empat komponen : terdiri dua unsur pemadu dst. Sebagai contoh baja paduan kelas tinggi terdiri: 0,35% C, 1% Cr,3% Ni dan 1% MO.
2.
Struktur.
Baja paduan diklasifikasikan berdasarkan :
- Baja pearlit
- Baja martensit
- Baja austenit
- Baja ferric
- Karbid atau ledeburit.
Baja pearlit (sorbit dan troostit), didapat, jika unsur-unsur paduan relatif kecil maximum 5% Baja ini mampu dimesin, sifat mekaniknya maningkat oleh heat treatment (hardening &tempering) Baja martenst, unsur pemadunya lebih dari 5 %,sangat keras dan sukar dimesin.Baja austenit, terdiri dari 10 – 30% unsur pemdu tertentu (Ni, Mn atau CO) Misalnya : Baja tahan karat (Stainlees steel),nonmagnetic dan baja tahan panas (heat resistant steel).Baja Ferrit, terdiri dari sejumlah besar unsur pemadu (Cr, W atau Si) tetapi karbonnya rendah. Tidak dapat dikeraskan.Baja Karbid (ledeburit), terdiri sejumlah karbon dan unsur-unsur penbentuk karbid (Cr, W, Mn, Ti, Zr).
3.
Penggunaan : Berdasarkan penggunaan dan sifat-sifanya, baja paduan diklasifikasikan.Baja konstruksi (structural steel),Baja perkakas (tool steel),Baja dengan sifat fisik khusus.Baja Konstruksi, dibedakan lagi mejadi; tiga golongan tergantung persentase unsur pemadunya, yaitu : Baja paduan rendah (maximum 2 %),Baja paduan menengah (2- 5 %),Baja paduan tinggi (lebih dari 5 %)
Sesudah di heat treatment baja jenis ini sifat-sifat mekanikya lebih baik dari pada baja karbon biasa.Baja Perkakas, dipakai untuk alat-alat potong, komposisinya tergantung bahan dan tebal benda yang dipotong/disayat,kecepatan potong, suhu kerja.
-Baja perkakas paduan rendah, kekerasannya tak berubah hingga pada suhu 250 °C .
-Baja perkakas paduan tinggi, kekerasannya tak berubah hingga pada suhu 600°C.
Biasanya karposisinya terdiri dari 0,8% C, 18% W, 4% Cr, dan 1% V. Ada lagi terdiri 0,9% C, 9 W, 4% Cr dan 2-2,5% V.Baja dengan sifat fisik khusus, dapat dibedakan sebagai berikut :
Baja paduan istimewa lainnya terdiri 35-44% Ni dan 0,35% C,memiliki koefisien muai yang rendah yaitu :
- -Invar : memiliki koefisien muai sama dengan nol pada suhu 0 – 100 °C. Digriakan untuk alat ukur presisi.
- -Platinite : memiliki koefisien muai seperti glass, sebagai pengganti platina.
- -Elinvar : memiliki modulus elastisitet tak barubah pada suhu 50°C sampai 100°C. Digunakan untuk pegas arloji dan berbagai alat ukur fisika.
Paduan patong
Paduan potong digunakan untuk alat-alat potong yang beroperasi sampai suhu 1000-1100°C. tidak dapat dimesn secara biasa. Diproduksi dangan dua cara :
- -casting cutting alloys atau stellites, terdiri dari sejumlah besar cobalt dan wolfram, memiliki kekerasan (HRc= 60-65) dan mencair pada suhu tinggi. Batang-batang tuangan paduan ini dengan ketebalan 5-10mm digunakan untuk memperkeras permukaan dengan disambung pada ujung alat-alat potong untuk meningkatkan umur (lama pemakaian).
- -cemented carbides, dibuat dari campuran powder (serbuk) wolfram dan titanium carbide dan cobalt yang disatukan secara proses powsere metallurgy.Kekerasannya mencapai lebih dari 85 HRc, dan tetap keras hingga suhu 1000°C.
