1
OVERLAY PEMILIHAN LOGAM PENGISI UNS N06625 PADA WELD OVERLAY CLADDING PADA PIPA BAJA API 5L UNTUK PERLINDUNGAN
TERHADAP KOROSI SUMURAN
Fajar Adhiyat, Reyningtyas Putri Perwitasari, Rachyandi Nurcahyadi. Departemen Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Kampus UI Depok 16424, Jawa Barat, Indonesia
ABSTRACT Oil and gas industries need production equipment which made from metal, such as pipes. Oil and gas industries mostly used carbon steel st eel pipe API 5L grade X65. Metal components such as pipes are very susceptible to corrosion, so it is necessary to prevent corrosion. One of corrosion p revention methods is coat metal surfaces with other metals which have a better corrosion cor rosion resistance. This process is known as cladding process. This process uses nickel based corrosion resistant alloy which known as UNS N06625 (INCONEL® 625). Cladding which uses welding process, named as weld overlay cladding. In addition to improving corrosion resistance, this process should also consider the mechanical properties of weld area. Mechanical properties of weld area can be determined by mechanical testing, suc h as bend testing, impact testing, and hardness testing. Although the process is carried out to improve corrosion resistance, corrosion may occur in the weld area. Corrosion that can occur is pitting corrosion. Pitting corrosion resistance in weld cladding area can be determined by calculating the value of Pitting Corrosion Equivalent Number (PREN). Keywords : cladding, mechanical properties, pitting corrosion. PENDAHULUAN
Minyak dan gas merupakan komoditas utama dari hampir seluruh negara di dunia. Industri minyak dan gas yang dimiliki suatu negara biasanya menjadi sumber pendapatan yang cukup signifikan bagi negara tersebut. Efisiensi produksi minyak
2
dan gas ditentukan oleh beberapa faktor, salah satunya adalah kekuatan dan masa pakai peralatan produksi, yang terutama terbuat dari logam, seperti pipa penyalur minyak dan gas. Pemilihan material untuk pipa sangat penting karena peralatan tersebut harus memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi yang mungkin ditimbulkan oleh lingkungan operasi. Korosi merupakan permasalahan yang penting dalam industri minyak dan gas dan tidak dapat dihindari. Oleh karena itu, untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan akibat peristiwa korosi dapat dilakukan berbagai metode pencegahan korosi. Baja API 5L
Pipa baja API 5L merupakan pipa baja yang sering digunakan untuk pipa penyalur minyak dan gas. Terdapat berbagai macam jenis ( grade) dari pipa API 5L ini, tetapi pada pembahasan kali ini menggunakan pipa API 5L grade X65. Pipa baja API 5L X65 merupakan baja karbon rendah dengan kandungan karbon maksimal 0.12%[1]. Berdasarkan sertifikat material, pipa ini merupakan jenis pipa yang dilas dengan menggunakan metode las SAW ( Submerged Arc Welding ). Perlakuan panas pada baja ini yaitu Thermomechanical Treatment Process (TMCP) sehingga dapat menghasilkan sifat mekanik yang baik. Meskipun demikian, baja ini memiliki ketahanan terhadap korosi yang buruk. Seperti yang kita ketahui bahwa material yang digunakan sebagai pipa penyalur minyak dan gas harus memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi karena minyak dan gas termasuk lingkungan operasi yang bersifat korosif. Maka, untuk meningkatkan ketahanan korosi dari pipa baja ini dilakukanlah proses cladding . Cladding
Cladding merupakan salah satu contoh dari pelapisan logam dengan logam lainnya. Proses cladding merupakan proses yang dilakukan dengan proses pengelasan (welding ). Proses cladding dapat dijadikan suatu alternatif proses yang memiliki biaya lebih murah dibandingkan dengan menggunakan pipa yang terbuat dari Corrosion Resistance Alloy (CRA).[7] Proses ini dilakukan dengan melapisi bagian dalam pipa baja karbon menggunakan paduan yang memiliki ketahanan korosi yang baik (CRA) dan akan menghasilkan pipa baja karbon yang memiliki
3
ketahanan korosi yang lebih baik. Paduan yang digunakan pada proses kali ini adalah paduan nikel, yaitu UNS N06625 (INCONEL® 625).
Gambar 2. Proses Cladding [7] Proses cladding yang akan dibahas kali ini adalah Weld Overlay Cladding (WOC). Weld Overlay Cladding adalah suatu proses cladding dengan proses pengelasan di mana logam pengisi ( filler metal ) dilebur pada permukaan logam dasar untuk melapisi permukaan sehingga permukaan logam dasar memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap korosi. Selain peningkatan ketahanan terhadap korosi, setelah proses cladding dilakukan sifat mekanik dari logam dasar juga harus diperhatikan. Artinya, setelah proses ini logam dasar tidak boleh mengalami penurunan sifat mekaniknya.[6] Metode pengelasan yang digunakan dalam proses ini adalah Gas Tungsten Arc Welding (GTAW). Gas-Tungsten Arc Welding (GTAW) atau biasa juga disebut Tungsten Inert Gas (TIG) adalah salah satu proses penggabungan arc welding (las busur) dengan menggunakan gas inert seperti argon, helium atau campurannya untuk menjaga lelehan logam dari kontaminasi atmosfer.[2] Berikut ini adalah skema dari proses GTAW:
Gambar 3. Skema Proses Las GTAW [2]
4
Logam Pengisi UNS N06625
Untuk menghasilkan lapisan permukaan pada permukaan logam dasar dengan ketahanan korosi yang lebih baik, dalam proses pengelasannya faktor pemilihan logam pengisi menjadi sangat penting. Logam pengisi UNS N06625 yang merupakan jenis paduan nikel-kromium, digunakan dalam proses ini karena memiliki kekuatan yang sangat tinggi dan sifat ketahanan korosi yang sangat baik. Kombinasi unsur nikel dan kromium di dalamnya menunjukkan ketahanan oksidasi yang baik, serta kandungan unsur molybdenum yang tinggi mampu membuat logam paduan ini tahan terhadap serangan korosi sumuran dan korosi celah. Dalam peranannya sebagai logam pengisi, material UNS N06625 sangat sesuai diaplikasikan dengan proses las GTAW yang digunakan dalam metode ini. [3] Hal ini dikarenakan deposit las yang terbentuk dari proses pengelasan membawa sifat dominan dari logam pengisi UNS N06625 sehingga mampu meningkatkan sifat ketahanan korosi pada baja API 5L grade X65 yang digunakan sebagai logam dasar dari proses ini. Korosi
Korosi adalah degradasi material karena bereaksi secara elektrokimia dengan lingkungannya. Secara spesifik, korosi pada logam didefinisikan sebagai penurunan kualitas logam karena reaksi oksidasi dan reduksi kimia akibat logam berinteraksi dengan lingkungannya. Pada dasarnya, korosi disebabkan oleh fakta bahwa logam dalam bentuk olahan tidak stabil dan cenderung kembali ke bentuk oksidanya. Seperti yang kita ketahui, fenomena korosi pada logam tidak dapat dihindari, namun fenomena ini dapat dicegah. Untuk mencegah masalah korosi, kit a harus melindungi peralatan dari korosi. Ada berbagai metode perlindungan korosi, seperti perlindungan katodik, coating , penggunaan inhibitor, material selection, dan cladding (pelapisan logam dengan logam lain yang memiliki ketahanan korosi yang lebih baik). Pada pembahasan kali ini, akan difokuskan pada pencegahan korosi dengan metode cladding .
5
Proses cladding ini dilakukan dengan proses pengelasan. Meskipun proses ini dilakukan untuk meningkatkan ketahanan korosi, korosi masih mungkin terjadi pada daerah las. Salah satu contoh korosi yang dapat terjadi adalah korosi sumuran ( pitting corrosion). Korosi sumuran merupakan korosi lokal yang membentuk lubang di logam. Jenis korosi ini lebih berbahaya daripada korosi seragam ( uniform corrosion) karena kita tidak dapat mengidentifikasi seberapa dalam lubang yang terbentuk. Pada saat itu, lubang akan tumbuh dan membuat beberapa inisiasi retak. Korosi ini dapat terjadi karena lokalisasi senyawa kimia yang dapat merusak lapisan pasif logam. Korosi sumuran dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu pH, jumlah ion Cl-, dan ketidakseragaman mikrostruktur.[8] Pada dasarnya, korosi sumuran dapat diprediksi dengan menghitung Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) dengan menggunakan persamaan berikut:
= % + 3.3% + 16%
Gambar 4. Mekanisme Korosi Sumuran [8] Produk dan Prosedur WOD
Berikut ini penulis mencantumkan salah satu produk dari WOD dengan salah satu prosedur pengelasan untuk meneliti ketahanan korosi dari produk tersebut. Prosedur pengelasan dapat dilihat di bawah ini Proses Logam
: GTAW Pengisi
(Elektroda
: UNS N06625 (ERNiCrMo-3)
AWS. No.) Gas
: 99.99% Ar
Laju Alir Gas
: 16-20 L/min
6
Polaritas
: DCEN
Posisi Pengelasan
: 2G
Kecepatan Pengelasan
: 400-450 mm/min
Pemanasan Sebelum
: Preheat Temp. Min ( oC): Ambient
Pengelasan
(Remove moisture) Interpass Temp. Max ( oC): 186 oC
Pemanasan Setelah
: Temperature range: 650±10oC
Pengelasan
Time range: 1 Hour/inch WT, min 2 Hour
Heat Input 1 st Layer
: 0.439 KJ/mm
2nd Layer
: 0.463 KJ/mm
Tegangan 1 st Layer
: 11.0-13.4 V
2nd Layer
: 11.0-13.7 V
Gambar 5. Proses Pengelasan Berdasarkan Welding Procedure Specification (WPS) Dari hasil WPS tersebut dilakukan pengujian korosi sumuran dapat dilakukan dengan perhitungan nilai PREN. Logam yang berfungsi sebagai logam peningkat ketahanan korosi adalah logam pengisi (UNS N06625). Oleh karena itu, perhitungan PREN yang dilakukan adalah PREN pada logam pengisi. Perhitungan PREN logam pengisi dapat dilihat sebagai berikut:
= % + 3.3% + 16% = 20 + (3.3 8 )+16 0 = 46.4
7
Berdasarkan perhitungan di atas, nilai minimum PREN untuk paduan UNS N06625 adalah 46.4. Maka, daerah lapisan cladding harus memiliki nilai minimum 46,4 agar memiliki ketahanan terhadap korosi sumuran yang baik. Perhitungan PREN untuk daerah las cladding sejauh 2 mm dari garis fusi adalah sebagai berikut:
= % + 3.3% + 16% = 21.5 + 3.3 8.42 + 16 0.004 = 49.35 Berdasarkan perhitungan di atas, nilai PREN pada daerah las adalah 49.35. Hal ini menunjukkan bahwa daerah las cladding tersebut memiliki ketahanan korosi yang baik karena nilai PREN pada daerah tersebut melebihi nilai PREN minimum untuk UNS N06625. Selain itu, melalui perhitungan yang sama didapatkan nilai PREN pada baja API 5L grade X65 sebelum dilakukan cladding yaitu sebesar 0,01272. Peningkatan nilai PREN tersebut membuktikan bahwa setelah dilakukan cladding , sifat ketahanan korosi baja API 5L grade X65 semakin meningkat. Untuk lebih meyakinkan bahwa pada daerah tersebut tidak terjadi korosi sumuran, maka perlu dilakukan pengujian korosi sumuran. Pengujian ini berdasarkan standar pengujian ASTM G48 metode A. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel berikut ini: Tabel Hasil Pengujian Korosi Sumuran Pitting Corrosion – ASTM G48:2003r09 Practice A Surface Dimensions [mm]
Prep [Grit]
Time
Temp
[hr]
[oC]
24
50.0
Weight
Weight
Loss
Loss
[mg]
[g/m2]
1.3
4.7x10 -1
Pitting
Assessment Method
011: Pitting
50.30x24.60x2.10
1200
No
Probing
test
Hal yang perlu diperhatikan dari hasil pengujian di atas adalah kehilangan berat (weight loss) setelah pengujian. Dari hasil pengujian di atas terlihat bahwa kehilangan berat setelah pengujian yaitu sebanyak 4.7x10 -1 gr/mm2. Berdasarkan literatur, korosi sumuran terjadi ketika kehilangan berat lebih dari 4 gr/mm 2.[6]
8
Maka, dapat disimpulkan bahwa pada hasil las cladding ini tidak terjadi korosi sumuran. Hasil penilitian menunjukkan bahwa terjadi peningkatan sifat ketahanan korosi pada baja API 5L grade X65 setelah dilakukannya cladding yang ditunjukkan melalui analisis perhitungan nilai PREN pada baja API 5L grade X65 sebelum dan sesudah dilakukannya cladding .
DAFTAR PUSTAKA
1. American Petroleum Institute. 2010. API 5L Specification. Washington D.C: API Publishing Services. 2. American Society for Metals. 1993. ASM
Metals
Handbook
Vol
6:
Welding, Brazing, and Soldering . New York: ASM International Handbook Committee. 3. The American Society of Mechanical Engineers. 2004. ASME Section II Part C. Specifications for Welding Rods, Electrodes, and Filler Metals. New York: The American Society of Mechanical Engineers. 4. The American Society of Mechanical Engineers. 2007. ASME Section IX Qualification Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers, and Welding and Brazing Operators. New York: The American Society of Mechanical Engineers. 5. ASM International. 2006. Basic Understanding of Weld Corrosion. New York: ASM International Committe. 6. Irwan, Yusril. 2012. Pengaruh Sifat Mekanik Hasil Weld Overlay Cladding Baja Karbon 0.35%C dengan Elektroda E309-16 dan E316-16. Bandung: Insitut Teknologi Nasional. 7. Jenkins. P.E, James F. 2010. Metal Cladding . http://events.nace.org/library/corrosion/MetalCoatings/Cladding.asp. Terakhir diakses pada 12 Januari 2013 17:25 WIB. 8. Jones, D.A. 1996. Principles and Prevention of Corrosion. New Jersey: Prentice Hall.
