Korosi Intergranular: Penyebab, Deteksi, dan Strategi Pencegahan
Terdapat banyak jenis kerusakan korosi, seperti korosi seragam dan korosi goresan yang mudah dilihat dengan mata telanjang. Namun, beberapa kerusakan korosi tidak terlihat namun masih merugikan integritas struktur atau peralatan. Artikel ini akan membahas lebih dekat salah satu jenis kerusakan korosi yang kurang terlihat yang disebut korosi intergranular (IGC), dengan fokus pada pengembangan pemahaman yang lebih dalam tentang bagaimana korosi intergranular terjadi, bahan-bahan yang terpengaruh, jenis industri di mana korosi intergranular biasanya terjadi, dan cara mendeteksi serta mengurangi kerusakan.
Apa itu Korosi Intergranular (IGC)?
Korosi intergranular (IGC), kadang disebut juga serangan intergranular (IGA), adalah korosi preferensial atau lokal yang terjadi sepanjang batas butir (kristal) atau segera di samping batas butir. Sebaliknya, mayoritas butir tetap sebagian besar tidak terpengaruh.
Meskipun kehilangan logam minimal, IGC dapat menyebabkan kegagalan parah peralatan. IGC adalah bentuk serangan umum pada legur dalam kehadiran media korosif yang menghasilkan kehilangan kekuatan dan duktilitas. Jangan menyesatkan IGC dengan korosi retak tekanan (SCC). SCC memerlukan tegangan (residu atau diterapkan) untuk bertindak secara berkelanjutan atau bersiklus dalam lingkungan korosif yang menghasilkan retak yang mengikuti jalur intergranular.
Gambar 1. Serangan korosi intergranular pada lembar stainless steel austenitik dingin. (Sumber: Antkyr, Creative Commons ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-SA 3.0).)
Korosi lokal ICG pada batas butir disebabkan oleh pelarutan anodis area yang melemah oleh elemen legur, presipitasi fase kedua, atau daerah dengan elemen legur atau pengotor terisolasi. Bagian sisa permukaan yang terpapar biasanya berfungsi sebagai katoda, dan area katoda yang besar mendukung proses pelarutan anodis.
Rasio katoda terhadap anoda umumnya lebih dari satu. Ini tergantung pada faktor-faktor seperti fraksi volume dan distribusi fase yang aktif secara elektrokimiawi, distribusi elemen legur dan pengotor yang berdampak buruk, dan ukuran butir.
Laju korosi tergantung pada mekanisme korosi dominan, dan faktor-faktor seperti difusi spesies ke atau dari depan anoda dapat mengatur kinetika pelarutan. Ciri khas signifikan IGC adalah perkembangan kedalaman serangan yang relatif homogen dan seragam. Pelarutan batas butir menyebabkan terlepasnya butir, yang sering disebut grain dropping. Grain dropping bertanggung jawab atas sebagian besar penurunan berat yang diamati setelah paparan IGC, dan laju korosi dapat mencapai beberapa orde magnitudo lebih tinggi daripada selama korosi umum.
Gambar 2. Stainless steel yang korosi di dekat zona terpengaruh panas (HAZ) las. (Sumber: Laboratorium Teknik Korosi NASA.)
Bahan yang Sering Terdampak Korosi Intergranular
Serangan korosi intergranular terutama prevalen pada jenis stainless steel tertentu daripada pada baja karbon. (Bacaan terkait: Mengapa Stainless Steel Tahan Korosi.) Namun, bahan-bahan berikut tidak dikecualikan dari serangan IGC.
- Grade stainless steel austenitik tidak stabilized 304 dan 316 yang digunakan di pabrik kimia rentan terhadap serangan IGC ketika digunakan dalam tahap tersentisasi. Sensitisasi disebabkan oleh presipitasi karbaida krom pada batas butir di zona yang berdekatan dengan las, di mana suhu telah antara 500 - 800°C (932 - 1472°F). (Untuk informasi lebih lanjut tentang topik ini, baca Bagaimana Kelehitan dan Las Mempengaruhi Korosi dalam Logam.)
- Legur nikel-tembaga (Legur 400, UNS N04400) rentan terhadap serangan IGC ketika terpapar jenis asam hidroflorik dan asam kromik tertentu.
- Serangan IGC dapat terjadi pada legur nikel-molibdenum (Legur B, UNS N10001) yang terpapar asam klorhidrat dan asam sulfat panas karena presipitasi konstituen kaya molibdenum.
- Legur nikel-krom seperti Legur 600 rentan terhadap serangan IGC. Oleh karena itu, tidak dimaksudkan untuk digunakan dalam pelayanan dalam lingkungan korosif.
- Grade aluminium 2024 dan 7075 rentan terhadap serangan IGC karena CuAl2 mengendap pada batas butir yang berfungsi sebagai katoda, mempercepat zona yang terdepleksi di samping batas butir. Secara tambahan, grade aluminium 5083 dan 7030 juga rentan terhadap serangan IGC.
- Seng (Zn) murni tinggi tidak rentan terhadap IGC. Namun, aluminium sebagai elemen legur atau pengotor dalam legur seng dapat menyebabkan serangan IGC.
Serangan Intergranular pada Stainless Steel Austenitik
Pada stainless steel austenitik, serangan intergranular biasanya merupakan hasil presipitasi karbaida krom (Cr23C6) pada batas butir, yang menghasilkan zona sempit depleksi krom pada batas butir. Kondisi ini disebut sensitisasi (Gambar 3). Sensitisasi melibatkan presipitasi karbaida krom pada batas butir, yang menghasilkan zona sempit depleksi krom pada batas butir.
Gambar 3.
Karena krom adalah elemen legur utama yang membuat stainless steel tahan korosi, zona yang terdepleksi krom rentan terhadap serangan korosi preferensial. Dipercaya bahwa ini terjadi karena konten krom segera di samping karbaida mungkin di bawah yang diperlukan untuk legur stainless steel. Jika karbaida membentuk jaringan kontinu pada batas butir, maka korosi dapat menghasilkan pemisahan atau celah pada batas dan grain dropping atau kehilangan yang mungkin.
Metode untuk Mendeteksi Korosi Intergranular
Biasanya IGC berlangsung sepanjang batas butir dan sulit dideteksi dengan mata telanjang atau teknik inspeksi non-destruktif lainnya. Namun, bahan dapat diuji untuk daya tahan terhadap IGC sebelum fabrikasi peralatan dengan metode laboratorium tertentu, seperti uji Huey (yang menggunakan larutan asam nitrat) atau uji Strauss untuk mengidentifikasi kepekaan stainless steel terhadap korosi intergranular. Uji Streicher juga dapat digunakan, yang didasarkan pada penurunan berat kuantitatif. Secara tambahan, retakan IGC dapat dilihat saat sampel dari area yang gagal disiapkan secara metalografis dan diperiksa di bawah mikroskop elektron pemindai (SEM).
Metode Mitigasi untuk Mencegah Serangan IGC pada Stainless Steel Nikkel-Krom Austenitik
Melakukan perawatan pemanasan dan pendinginan yang benar di bengkel fabrikasi atau pabrik akan mengurangi kepekaan stainless steel dan legur kaya nikkel-krom terhadap IGC. Ketika perawatan ini dilakukan dengan sukses, karbaida krom yang terlarut, nitrida dan karbaida molibdenum, dan bentuk pre-presipitasi mereka, tetap dalam larutan selama pendinginan.
Pada stainless steel feritik (AISI Tipe 430, Tipe 446), laju difusi karbon sangat besar sehingga presipitasi karbaida krom tidak dapat dicegah, bahkan dengan pendinginan air cepat dari perawatan pemanasan suhu tinggi. Namun, laju difusi krom dalam legur ini juga tinggi. Memungkinkan untuk memulihkan zona yang terdepleksi krom di sekitar presipitasi karbaida krom dengan perawatan panas di dekat 816°C (1.500°F). Hasilnya adalah mikrostruktur yang mengandung jumlah besar sisa karbaida, yang imun terhadap IGC.
Gambar 4. Perawatan panas las saluran untuk mencegah korosi intergranular. (Sumber: Berkut34 | Dreamstime.com)
Saat legur stainless dipasang las, pembentukan karbaida krom dan nitrida dalam banyak kasus dapat dicegah dengan mengurangi konten karbon dan nitrogen. Pengenalan proses dekarburisasi argon-oxygen, pencairan vakum, dan pencairan ulang konsumsi arc telah sangat mempengaruhi pencegahan pembentukan karbaida krom dan nitrida dalam legur AISI Tipe 304L, Tipe 316L, Legur C-276 dan C-4, dan Fe-29%Cr-4%Mo.
Pembentukan karbaida krom dalam stainless steel dapat dicegah dengan menambahkan elemen titan (Ti) atau Niobium (Nb). (Bacaan terkait: Peran Krom dalam Korosi Intergranular.) Elemen ini bersatu dengan karbon dan menurunkan konsentrasinya sehingga karbaida krom tidak terbentuk selama paparan dalam rentang suhu sensitisasi selama las dan pengendapan tegangan, dan bahkan dalam kondisi operasi. Ini disebut legur stabilized, dan mereka adalah AISI Tipe 321 (Ti), AISI Tipe 347 (Nb), Legur 20Cb-3(Nb), Legur 625 (Nb) dan Legur 825 (Ti).
Berbagai ukuran las dan teknik las lain (seperti input panas lebih rendah) dapat mengurangi derajat sensitisasi. Namun, tidak mudah untuk mempertahankan kontrol pasti untuk membuat pendekatan ini dapat diterapkan secara umum.
Industri yang Sering Terdampak Korosi Intergranular
IGC dapat terjadi pada setiap peralatan yang terbuat dari stainless steel austenitik, legur nikel-tembaga, legur nikel-molibdenum, legur nikel-krom, legur aluminium dan legur seng di setiap industri di mana kondisi yang tepat ada, yang berarti jika bahan tidak telah melalui perawatan panas yang tepat dan mengandung konten karbon yang lebih tinggi (C > 0,03%) maka ia rentan.
Korosi intergranular dapat menyebabkan kegagalan parah pada sebagian besar peralatan proses jika bahan yang tepat dan perawatan panas yang tepat tidak digunakan selama tahap fabrikasi. Kehilangan ketebalan penampang dan perkenalan retak dapat memiliki konsekuensi yang parah untuk aplikasi seperti penahanan tekanan.
