1.3 Dasar-Dasar Sains Material Terkait Proses Pengelasan
1.3.1 Mikrostruktur Material
Mikrostruktur adalah struktur kristal material pada skala mikro yang mempengaruhi sifat mekanik
dan kimia material. Proses pengelasan dapat menyebabkan perubahan mikrostruktur, seperti:


Solidification (Pelembaman): Proses pembentukan struktur kristal baru pada material yang
mengalami peleburan. Pada pengelasan, solidification terjadi pada kolam cair (weld pool)
setelah pemanasan.
Phase Transformation (Transformasi Fase): Perubahan fase mikrostruktur akibat perubahan
temperatur. Contoh: Austenit (fase gamma) berubah menjadi martensit (fase alpha) pada
baja karbon tinggi saat pendinginan cepat.
Menurut Callister (2023), perubahan mikrostruktur selama pengelasan dapat meningkatkan atau
mengurangi sifat mekanik material, tergantung pada fase yang terbentuk. Misalnya, martensit
memiliki kekuatan tinggi tetapi rapuh, sedangkan ferrit memiliki ductility tinggi.
1.3.2 Sifat Mekanik Material
Sifat mekanik material yang dipengaruhi oleh proses pengelasan antara lain:



Kekuatan Tarik (Tensile Strength): Kemampuan material menahan beban tarik. Pengelasan
dapat meningkatkan atau mengurangi kekuatan tarik tergantung pada mikrostruktur yang
terbentuk.
Ductility (Kelenturan): Kemampuan material mengalami deformasi plastis sebelum patah.
Pengelasan pada material dengan mikrostruktur rapuh (seperti martensit) dapat mengurangi
ductility.
Impact Toughness (Ketahanan Benturan): Kemampuan material menyerap energi benturan
tanpa patah. Pengelasan pada material dengan mikrostruktur kasar (seperti grain besar)
dapat mengurangi impact toughness.
1.3.3 Fenomena Kimia Selama Pengelasan
Proses pengelasan juga melibatkan fenomena kimia yang mempengaruhi kualitas sambungan,
seperti:



Oxidation (Oksidasi): Pembentukan oksida pada permukaan material akibat reaksi dengan
oksigen. Oksidasi dapat menghalangi penyambungan yang baik dan meningkatkan risiko
porositas pada sambungan.
Porosity (Porositas): Pembentukan lubang pada kolam cair akibat gas terperangkap. Gas
seperti hidrogen, oksigen, atau nitrogen dapat terperangkap pada kolam cair dan
membentuk pori-pori yang melemahkan sambungan.
Segregation (Segregasi): Pengumpulan unsur kimia tertentu pada area tertentu akibat
perbedaan kelarutan unsur pada fase cair dan padat. Segregasi dapat meningkatkan risiko
korosi lokal pada sambungan.
1.4 Tantangan dalam Metalurgi Pengelasan
1.4.1 Stres Residual
Stres residual adalah stres internal yang tertinggal pada material setelah proses pengelasan. Stres
residual tinggi dapat menyebabkan:


Cracking (Retak): Stres residual yang melebihi batas tarik material dapat menyebabkan retak
pada sambungan.
Distorsi (Deformasi): Stres residual yang tidak merata dapat menyebabkan deformasi
struktur yang tidak diinginkan.
Menurut AWS Welding Handbook (2024), stres residual tinggi adalah salah satu penyebut utama
kegagalan struktur akibat pengelasan. Kontrol stres residual melalui teknik seperti preheating dan
post-weld heat treatment (PWHT) adalah penting untuk mengurangi risiko cracking dan distorsi.
1.4.2 Perbedaan Koefisien Ekspansi Termal
Perbedaan koefisien ekspansi termal antara material dapat menyebabkan:


Stres Termal: Perbedaan kontraksi atau pembengkakan material akibat perubahan
temperatur dapat meningkatkan stres internal.
Cracking: Stres termal yang tinggi dapat menyebabkan retak pada sambungan, terutama
pada material dengan mikrostruktur rapuh.
Menurut Machinemfg (2024), perbedaan koefisien ekspansi termal adalah tantangan utama dalam
pengelasan material dissimilar, seperti baja dengan aluminium. Teknik seperti penggunaan interlayer
atau filler material kompatibel dapat mengurangi risiko cracking akibat perbedaan ekspansi termal.
1.4.3 Fenomena Galvanik
Fenomena galvanik terjadi ketika dua material dengan potensial elektrokimia berbeda bersentuhan
dalam cairan elektrolit. Material dengan potensial lebih negatif (anoda) akan korosi lebih cepat. Hal
ini dapat meningkatkan risiko korosi galvanik pada sambungan.
Menurut Kalpakjian (2024), fenomena galvanik adalah salah satu tantangan utama dalam
pengelasan material dissimilar, seperti baja dengan tembaga. Penggunaan teknik seperti coating
anti-korosi atau pemilihan material pengisi yang tepat dapat mengurangi risiko korosi galvanik.
1.5 Solusi untuk Mengatasi Tantangan dalam Metalurgi Pengelasan
1.5.1 Kontrol Panas
Kontrol panas adalah teknik untuk mengatur input panas selama pengelasan untuk mengurangi stres
residual dan perubahan mikrostruktur yang tidak diinginkan. Metode kontrol panas antara lain:


Preheating (Pemanasan Pra-Las): Pemanasan material sebelum pengelasan untuk
mengurangi laju pendinginan dan mengurangi stres residual.
Interpass Temperature (Suhu Antar Lapisan): Kontrol suhu antar lapisan las untuk
mengurangi perbedaan temperatur yang menyebabkan stres termal.
Menurut AWS Welding Handbook (2024), preheating adalah teknik efektif untuk mengurangi risiko
cracking pada material dengan kadar karbon tinggi, seperti HSS (High Strength Steel).
1.5.2 Pemilihan Material Pengisi yang Tepat
Pemilihan material pengisi yang tepat sangat penting untuk menghasilkan sambungan yang kuat dan
tahan korosi. Material pengisi harus memiliki komposisi kimia yang kompatibel dengan material
dasar untuk mengurangi risiko reaksi kimia negatif.
Menurut Machinemfg (2024), penggunaan filler material seperti Ni-Resist untuk pengelasan cast iron
dapat mengurangi risiko cracking akibat perbedaan koefisien ekspansi termal.
1.5.3 Teknik Pengelasan yang Tepat
Teknik pengelasan yang tepat dapat mengurangi risiko kegagalan struktur akibat pengelasan. Contoh
teknik pengelasan yang efektif antara lain:


Gas Tungsten Arc Welding (GTAW): Teknik pengelasan dengan elektroda tungsten nonkonsumtif yang memberikan kontrol panas tinggi.
Metal Inert Gas Welding (MIG): Teknik pengelasan dengan elektroda konsumtif yang efisien
untuk produksi besar.
Menurut Kalpakjian (2024), GTAW adalah teknik pengelasan yang ideal untuk material dengan
ketebalan tipis, seperti aluminium alloy, karena kemampuannya dalam mengontrol panas dengan
presisi tinggi.
1.6 Aplikasi Metalurgi Pengelasan dalam Industri
1.6.1 Industri Otomotif
Pengelasan digunakan secara luas dalam industri otomotif untuk menyambung komponen struktur
seperti chassis, body, dan komponen mesin. Penggunaan material tinggi kuat seperti High Strength
Steel (HSS) memerlukan teknik pengelasan yang tepat untuk menghindari cracking dan distorsi.
Menurut Machinemfg (2024), pengelasan laser adalah teknik yang efektif untuk mengelas
komponen otomotif dengan ketebalan tipis, seperti body panels, karena kemampuannya dalam
menghasilkan sambungan dengan deformasi rendah dan kualitas tinggi.
1.6.2 Industri Energi
Pada industri energi, pengelasan digunakan untuk menyambung pipa pembangkit, komponen
reaktor nuklir, dan struktur lain yang mengalami temperatur tinggi. Penggunaan material seperti
creep-resistant steel (P91) memerlukan teknik pengelasan khusus untuk menghindari deformasi dan
korosi.
Menurut AWS Welding Handbook (2024), pengelasan electron beam welding (EBW) adalah teknik
yang efektif untuk mengelas komponen reaktor nuklir karena kemampuannya dalam menghasilkan
sambungan dengan penetrasi tinggi dan korosi resistance tinggi.
1.6.3 Industri Konstruksi
Pengelasan digunakan dalam industri konstruksi untuk menyambung struktur baja, komponen
bangunan, dan struktur lain yang memerlukan kekuatan tinggi. Penggunaan material seperti
Structural Steel (S355) memerlukan teknik pengelasan yang tepat untuk menghindari cracking dan
distorsi.
Menurut Machinemfg (2024), pengelasan plasma arc welding (PAW) adalah teknik yang efektif untuk
mengelas struktur baja dengan ketebalan besar, seperti struktur bangunan tinggi, karena
kemampuannya dalam menghasilkan sambungan dengan penetrasi tinggi dan deformasi rendah.
1.7 Kesimpulan
Pemahaman tentang metalurgi pengelasan sangat penting untuk memastikan kualitas dan
keandalan struktur yang dilas. Tantangan utama dalam metalurgi pengelasan meliputi stres residual,
perbedaan koefisien ekspansi termal, dan fenomena galvanik. Solusi untuk mengatasi tantangan ini
antara lain kontrol panas, pemilihan material pengisi yang tepat, dan teknik pengelasan yang tepat.
Pada pagi yang tenang di sebuah bengkel pengelasan di tepi kota, seorang insinyur muda bernama
Arya menatap tumpukan logam yang harus disambungkan dengan las. Arya baru saja bergabung
dengan tim teknik yang bertanggung jawab pada proyek pembangunan jembatan besar. Tugasnya
adalah memastikan setiap sambungan las tidak hanya kuat, tetapi juga tahan lama dalam
menghadapi kondisi berat. Namun, Arya menyadari satu hal yang penting—pemahaman tentang
metalurgi pengelasan adalah jantung dari pekerjaannya. Sebagai seorang yang berkomitmen pada
tugasnya, Arya pun mulai mendalami ilmu ini.
“Metalurgi pengelasan adalah seni dan sains,” kata mentor Arya, seorang insinyur berpengalaman
bernama Pak Hendra, yang telah bekerja dalam bidang pengelasan selama puluhan tahun. “Ketika
kamu mengelas dua logam, itu seperti memperkenalkan dua dunia yang berbeda. Jika kamu tidak
memahami bagaimana mereka akan berinteraksi, hasilnya bisa bencana.”
Pak Hendra kemudian menjelaskan dasar-dasar metalurgi pengelasan kepada Arya. Proses
pengelasan melibatkan panas tinggi yang menyebabkan material dasar dan material pengisi meleleh.
“Namun,” kata Pak Hendra sambil menunjuk sebuah mikroskop, “Yang terjadi di tingkat mikro itu
yang lebih penting. Di sini, mikrostruktur logam berubah secara dramatis, menghasilkan sifat baru—
kadang baik, kadang buruk.”
Arya mulai memahami bahwa metalurgi pengelasan melibatkan studi mendalam tentang struktur
mikro logam, perubahan kimiawi yang terjadi selama proses las, dan pengaruhnya pada sifat
mekanis. Ini termasuk bagaimana kekuatan, fleksibilitas (ductility), dan ketahanan terhadap korosi
sebuah material dapat berubah. Cerita Arya juga mengupas berbagai jenis kegagalan sambungan las,
seperti retak akibat stres termal, distorsi struktural, dan korosi akibat perubahan mikrostruktur.
Sebagai langkah berikutnya, apakah Anda ingin saya meneruskan cerita ini atau lebih memfokuskan
pada aspek teknis metalurgi pengelasan? Saya juga bisa membagikan lebih banyak wawasan tentang
bagaimana perubahan mikrostruktur terjadi selama pengelasan, dan mengembangkannya secara
mendalam! 😊
lanjut
Tentu, mari kita lanjutkan cerita tentang Arya dan perjalanan belajarnya mengenai metalurgi
pengelasan.
Beberapa minggu setelah Arya mulai belajar dasar-dasar metalurgi pengelasan, ia menghadapi
tantangan nyata di lapangan. Sebuah sambungan las di bagian struktural jembatan menunjukkan
retakan kecil, yang dikhawatirkan dapat mempengaruhi integritas jembatan secara keseluruhan.
Arya, bersama dengan Pak Hendra, menyadari bahwa ini adalah kesempatan untuk menerapkan
ilmu yang telah dipelajari.
Pak Hendra memimpin Arya ke laboratorium untuk menganalisis retakan tersebut. Di bawah
mikroskop, Arya bisa melihat struktur mikro logam yang berbeda di sepanjang sambungan las. “Ini
adalah contoh dari hot cracking, yang terjadi saat logam meleleh terlalu cepat tanpa cukup waktu
untuk mengakomodasi stres termal,” jelas Pak Hendra. “Kamu harus memahami bagaimana fase
mikrostruktur terbentuk selama pendinginan untuk mencegah ini.”
Arya pun mulai menyelidiki lebih dalam tentang konsep transformasi fase, seperti bagaimana
struktur austenit dapat berubah menjadi martensit selama pendinginan cepat, menciptakan wilayah
yang keras tetapi rapuh. Ia juga belajar tentang bagaimana elemen paduan, seperti karbon, mangan,
dan nikel, memengaruhi perilaku pengelasan. “Ini seperti seni mengombinasikan bahan,” pikir Arya,
“hanya saja medianya adalah logam cair dan panas.”
Hari berlalu, dan Arya mulai menguasai ilmu tentang bagaimana sifat mekanik seperti kekuatan,
ketangguhan (ductility), dan resistansi terhadap korosi dapat dikendalikan melalui parameter
pengelasan. Ia mulai memahami bahwa sebuah sambungan las adalah hasil dari banyak faktor, mulai
dari pemilihan material, metode pengelasan, hingga kontrol suhu selama proses pengelasan.
Namun, Arya juga belajar dari kegagalan. Pada salah satu proyeknya, sebuah sambungan las
menunjukkan deformasi yang signifikan akibat distorsi termal. Arya merasa frustrasi tetapi Pak
Hendra memberinya nasihat bijak: “Belajar dari kesalahan adalah inti dari penguasaan. Bahkan para
ahli pernah mengalami momen seperti ini.”
Bagian ini bisa dikembangkan lebih lanjut untuk menggali detail teknis, seperti pendekatan
pengujian nondestruktif (non-destructive testing) yang digunakan Arya untuk memverifikasi kualitas
las atau cerita pengalaman pribadi lainnya di proyek-proyek besar. Apakah Anda ingin melanjutkan
penggalian teknis atau tetap mempertahankan gaya narasi ini? 😊
lanjut
Tentu, mari kita teruskan kisah Arya dalam perjalanan belajarnya mengenai metalurgi pengelasan.
Saat Arya semakin mendalami pekerjaannya, ia merasa bahwa setiap sambungan las yang dihasilkan
adalah tantangan baru. Suatu hari, ia diminta untuk mengerjakan proyek penting di industri minyak
dan gas, di mana ketahanan terhadap korosi adalah prioritas utama. Arya memutuskan untuk
menggunakan semua ilmu yang telah ia pelajari untuk memastikan hasil terbaik.
Dia memulai dengan memahami sifat material yang akan dilas. Material tersebut adalah baja tahan
karat (stainless steel), yang memiliki keunggulan terhadap korosi tetapi memerlukan teknik
pengelasan yang hati-hati untuk menghindari pembentukan karbida kromium pada batas butir, yang
dapat memicu korosi antar butir (intergranular corrosion). Arya pun menghabiskan waktu untuk
membaca lebih banyak tentang pengelasan baja tahan karat, termasuk parameter suhu yang tepat
untuk mencegah masalah ini.
Pak Hendra, seperti biasa, siap mendampingi Arya. "Ingat," katanya, "ketika mengelas baja tahan
karat, kontrol suhu adalah kunci. Suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan presipitasi karbida
kromium, sementara pendinginan yang terlalu cepat dapat menyebabkan tegangan residual."
Arya pun menerapkan prinsip-prinsip ini saat melakukan proses pengelasan. Dengan hati-hati, ia
mengatur suhu interpas (interpass temperature) dan memastikan kecepatan pendinginan yang
cukup lambat untuk meminimalkan tegangan residual. Setelah selesai, Arya menggunakan metode
pengujian nondestruktif (non-destructive testing, NDT) seperti uji penetran cair (dye penetrant test)
untuk memeriksa kemungkinan adanya retak atau cacat lainnya pada sambungan las. Proses ini
memberinya kepercayaan diri bahwa sambungan tersebut aman dan berkualitas tinggi.
Namun, tantangan belum berakhir. Beberapa minggu kemudian, Arya diberi tugas untuk
mengembangkan solusi terhadap distorsi termal yang terjadi selama pengelasan struktur besar. Ia
mempelajari teknik-teknik seperti pra-pemanasan material untuk mengurangi perbedaan suhu yang
drastis dan menggunakan perlengkapan penahan (clamping fixtures) untuk menjaga geometri
struktur selama proses pengelasan.
Dalam proses pembelajaran ini, Arya menemukan bahwa pengelasan adalah perpaduan yang indah
antara seni dan sains. Setiap material memiliki keunikan, setiap sambungan memiliki tantangan, dan
setiap tantangan mengajarkan pelajaran baru.
Kisah Arya dapat terus dikembangkan untuk menyentuh lebih banyak aspek dari metalurgi
pengelasan, seperti jenis-jenis cacat pengelasan lainnya, metode pengendalian kualitas, hingga
kolaborasi dengan tim teknik dalam skala proyek yang lebih besar. Apakah Anda ingin saya
melanjutkan dengan tema tertentu, seperti analisis lebih teknis, atau tetap fokus pada kisah
inspiratif Arya? 😊
3. Jenis Perpatahan (Fracture) pada Material



Ductile fracture vs. Brittle fracture
Penyebab:
o Overloading, keausan, atau kerapuhan material
o Temperatur ekstrem (tinggi/rendah)
Analisis perpatahan menggunakan mikroskop (SEM/TEM)
Bab 3: Jenis Perpatahan (Fracture) pada Material
3.1 Pengertian Perpatahan pada Material
Perpatahan adalah proses pemisahan material menjadi dua atau lebih bagian akibat stres mekanik.
Ada dua jenis utama perpatahan pada material: perpatahan ductile (plastis) dan perpatahan brittle
(kerapuhan). Kedua jenis ini memiliki mekanisme, karakteristik, dan penyebab yang berbeda.
3.2 Perbedaan antara Ductile Fracture dan Brittle Fracture
Kategori
Ductile Fracture
Brittle Fracture
Deformasi
Mengalami deformasi plastis besar
sebelum patah (contoh: penipisan
"necking")
Hanya sedikit atau tanpa deformasi
plastis (patah tiba-tiba)
Energi yang
Diterima
Menyerap energi tinggi sebelum patah
(karena deformasi besar)
Menyerap energi rendah (patah
dengan cepat tanpa peringatan)
Karakteristik
Permukaan
Kasar, fibrous, atau berdempetan (dimpled)
Rata, mengkilap, atau kristalin
(granular)
Peringatan
Sebelum Patah
Tidak langsung patah; biasanya ada tanda
seperti penipisan atau peregangan
Patah tiba-tiba tanpa peringatan
Suhu Pengaruh
Ductilitas meningkat pada suhu tinggi
Kerapuhan meningkat pada suhu
rendah
Kategori
Ductile Fracture
Brittle Fracture
Material Umum
Logam (aluminium, baja rendah karbon),
beberapa polimer
Keramik, kaca, baja tinggi karbon
pada suhu rendah
Gambar 3.1: Perbedaan antara ductile fracture (kiri) dan brittle fracture (kanan) .
3.3 Mekanisme Perpatahan
3.3.1 Mekanisme Ductile Fracture
1. Nucleation: Pori mikro terbentuk di sekitar inklusi atau partikel kedua fase.
2. Growth: Pori tumbuh dan memanjang akibat stres yang diterima.
3. Coalescence: Pori bergabung membentuk retak mikro, kemudian retak makro hingga
material patah.
o Contoh: Patahnya poros mesin karena overloading .
3.3.2 Mekanisme Brittle Fracture
1. Stres Konsentrasi: Retak dimulai pada area kerapuhan (seperti sudut tajam, lubang).
2. Propagasi Cepat: Retak menyebar dengan cepat sepanjang bidang kristalografi (cleavage
planes).
o Contoh: Patahnya baja pada suhu rendah akibat shock termal .
3.4 Penyebab Perpatahan
3.4.1 Faktor Overloading dan Keausan


Overloading: Beban melebihi batas tarik material (contoh: poros mesin yang terlalu
dipaksa).
Keausan (Fatigue): Retak timbul karena siklus beban berulang (contoh: komponen mesin
getaran tinggi).
3.4.2 Faktor Temperatur Ekstrem

Suhu Rendah: Meningkatkan kerapuhan material (contoh: baja karbon menjadi brittle pada
<0°C).

Suhu Tinggi: Menyebabkan grain长大 atau kehilangan sifat mekanik (contoh: creep pada
baja tahan panas).
3.4.3 Faktor Material


Kontaminasi Kimia: Sulfur atau fosfor meningkatkan kerapuhan grain boundary.
Struktur Mikro: Baja dengan kadar karbon tinggi lebih rentan terhadap brittle fracture .
3.5 Analisis Perpatahan menggunakan Mikroskop (SEM/TEM)
3.5.1 Teknik Analisis


SEM (Scanning Electron Microscopy):
o Digunakan untuk mengamati permukaan patahan dengan resolusi tinggi.
o Ductile fracture: Permukaan kasar dengan pola dempetan (dimpled).
o Brittle fracture: Permukaan rata dengan pola kristalin (cleavage facets) .
TEM (Transmission Electron Microscopy):
o Digunakan untuk menganalisis struktur mikro (seperti retak mikro, dislokasi).
o Bisa mengidentifikasi segregasi unsur pada grain boundary yang menyebabkan
embrittlement.
3.5.2 Contoh Aplikasi


** Kasus 1**: Analisis patahnya pipa minyak menggunakan SEM menunjukkan pola dimpled,
mengindikasikan ductile fracture akibat overloading.
** Kasus 2**: Patahnya struktur baja pada suhu rendah menunjukkan cleavage facets (SEM),
mengindikasikan brittle fracture akibat DBT (ductile-to-brittle transition) .
3.6 Ductile-to-Brittle Transition Temperature (DBT)


Definisi: Suhu di mana material beralih dari perilaku ductile menjadi brittle.
Pengaruh:
o Baja dengan kadar karbon tinggi memiliki DBT lebih tinggi (lebih rentan pada suhu
rendah).
o Pengujian: Charpy impact test digunakan untuk menentukan DBT .
Gambar 3.2: Grafik DBT menunjukkan penurunan energi dampak pada suhu rendah .
3.7 Kasus Studi: Kegagalan Struktur karena Perpatahan
Kasus 1:



Insiden: Patahnya poros mesin pada pabrik semen.
Penyebab:
o Overloading: Beban operasional melebihi batas desain.
o Kontaminasi sulfur: Memicu kerapuhan grain boundary.
Solusi:
o Ganti material dengan baja tahan keausan (contoh: ASTM A36).
o Lakukan analisis SEM untuk memastikan jenis perpatahan.
Kasus 2:



Insiden: Patahnya struktur jembatan pada musim dingin.
Penyebab:
o Suhu rendah: Baja karbon menjadi brittle.
o Desain buruk: Sudut penyambungan tajam meningkatkan stres konsentrasi.
Solusi:
o Gunakan baja dengan DBT rendah (contoh: baja Ni-Steel).
o
Modifikasi desain untuk mengurangi stres konsentrasi.
3.8 Kesimpulan



Ductile fracture: Lebih aman karena memberikan peringatan sebelum patah (contoh:
penipisan).
Brittle fracture: Berbahaya karena patah tiba-tiba tanpa peringatan.
Analisis SEM/TEM: Kritis untuk mengidentifikasi jenis perpatahan dan penyebabnya.
Pemahaman tentang faktor penyebab (overloading, suhu ekstrem, kontaminasi kimia) dan teknik
analisis (SEM/TEM) penting untuk mencegah kegagalan struktur.
3.9 Referensi
1. Differences Between Ductile & Brittle Fractures (ARCCA, 2024) .
2. Understanding Ductile and Brittle Fracture (Gold Supplier, 2024) .
3. Ductile Fracture and Brittle Fracture (ExtruDesign, 2022) .
Catatan: Bagian ini dapat dilengkapi dengan praktikum pengujian impact (Charpy test) dan analisis
SEM pada material yang mengalami perpatahan.
4. Heat Treatment pada Pengelasan


Tujuan:
o Penghilangan stress residual
o Peningkatan ketahanan korosi
o Modifikasi mikrostruktur
Proses utama:
o Annealing, normalizing, quenching, tempering
o Pengaruh heat treatment pada baja karbon vs. baja paduan
Bab 4: Heat Treatment pada Pengelasan
4.1 Tujuan Heat Treatment pada Pengelasan
Heat treatment adalah proses pengendalian pemanasan dan pendinginan material untuk mengubah
sifat mikrostruktur dan mekaniknya. Dalam konteks pengelasan, heat treatment memiliki tujuan
utama:
1. Penghilangan Stress Residual:
o Penyebab: Pemanasan lokal selama pengelasan menyebabkan stres internal yang
dapat memicu crack.
o Solusi: Heat treatment seperti stress relieving atau normalizing mengurangi stres
residual dengan pendinginan terkontrol.
2. Peningkatan Ketahanan Korosi:
o Contoh: Pada stainless steel, heat treatment seperti solution annealing
menghilangkan precipitation unsur seperti karbon yang meningkatkan risiko korosi
intergranular.
3. Modifikasi Mikrostruktur:
o Tujuan: Mengubah fase mikro (contoh: austenit ke martensit) untuk meningkatkan
kekuatan atau ketangguhan.
4.2 Proses Utama Heat Treatment
4.2.1 Annealing (Pemuraman)

Proses:
o

Tujuan:
o

Material dipanaskan hingga suhu tinggi (di atas A1 atau A3) dan didinginkan secara
lambat (dalam炉 atau dengan udara).
Menghilangkan stres residual, meningkatkan ductility, dan memudahkan
pemachiningan.
Aplikasi:
o Baja tinggi karbon (contoh: tool steel) untuk meningkatkan kerja塑性 sebelum
pemotongan.
4.2.2 Normalizing (Normalisasi)

Proses:
o
Material dipanaskan hingga suhu di atas A3 (baja karbon) atau AC1 (baja paduan)
dan didinginkan dengan udara bebas.

Tujuan:

o Menghasilkan mikrostruktur yang halus dan seragam (contoh: ferrit + pearlit).
Aplikasi:
o Struktur baja (contoh: ASTM A36) untuk meningkatkan ketangguhan dan kekuatan.
4.2.3 Quenching (Pengerasan)

Proses:
o

Material dipanaskan hingga suhu kritis (A1 untuk baja) dan didinginkan secara cepat
(dalam air, minyak, atau gas).
Tujuan:
o

Membentuk mikrostruktur martensit untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan
aus.
Aplikasi:
o Baja karbon tinggi (contoh: HSS) untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan aus
tinggi.
4.2.4 Tempering (Pemanggangan)

Proses:
o


Material yang telah diquench dipanaskan kembali pada suhu rendah (200–500°C)
dan didinginkan secara lambat.
Tujuan:
o Mengurangi kekerasan dan keausan akibat martensit, meningkatkan ketangguhan.
Aplikasi:
o Komponen mesin (contoh: gear, spring) untuk mengimbangi kekerasan dengan
ketangguhan.
4.3 Pengaruh Heat Treatment pada Baja Karbon vs. Baja Paduan
4.3.1 Baja Karbon (Carbon Steel)
1. Quenching:
o Mikrostruktur: Martensit (keras, rapuh).
o Aplikasi: Baja karbon tinggi (≥0.4% C) untuk alat potong.
2. Tempering:
o Mikrostruktur: Martensit tempered (kurang rapuh).
o Aplikasi: Komponen yang mengalami beban impak (contoh: poros mesin).
3. Normalizing:
o Mikrostruktur: Ferrit + pearlit halus.
o Aplikasi: Struktur baja untuk meningkatkan ketangguhan.
4.3.2 Baja Paduan (Alloy Steel)
1. Aging Treatment:
o
Proses: Pemanasan pada suhu rendah untuk mengendapkan fase kedua (contoh:
NbC pada stainless steel).
o Tujuan: Meningkatkan kekuatan tanpa mengorbankan ductility.
2. Solution Annealing:
o Proses: Pemanasan pada suhu tinggi untuk menghilangkan precipitasi karbid.
o Aplikasi: Austenitic stainless steel (304, 316) untuk meningkatkan korosi resistance.
3. Nitriding:
o Proses: Menyuntikkan nitrogen pada permukaan untuk membentuk lapisan nitrid
keras.
o Aplikasi: Baja paduan untuk aplikasi tinggi (contoh: katup mesin, camshaft).
4.4 Perbedaan Mikrostruktur setelah Heat Treatment
Material
Annealing
Normalizing
Quenching + Tempering
Baja Karbon
Rendah
Mikrostruktur lembut
(ferrit + pearlit)
Mikrostruktur seragam
(ferrit + pearlit)
Mikrostruktur keras
(martensit tempered)
Baja Paduan
Mikrostruktur korosi
resistance tinggi
Mikrostruktur kuat dengan Mikrostruktur keras dengan
ketangguhan
ketahanan aus
4.5 Kasus Studi: Aplikasi Heat Treatment pada Industri
Kasus 1:



Insiden: Patahnya poros mesin pada pabrik semen.
Penyebab:
o Overloading + mikrostruktur martensit rapuh akibat quenching tanpa tempering.
Solusi:
o Melakukan tempering pada 300°C untuk meningkatkan ketangguhan.
Kasus 2:



Insiden: Korosi intergranular pada pipa stainless steel 304.
Penyebab:
o Precipitasi karbid (Cr₂₃C₆) pada grain boundary akibat pemanasan tidak tepat.
Solusi:
o Melakukan solution annealing pada 1050°C untuk menghilangkan precipitasi.
4.6 Kesimpulan
Heat treatment adalah teknik kritis dalam pengelasan untuk:
1. Mengurangi risiko crack akibat stres residual.
2. Meningkatkan ketahanan korosi pada material seperti stainless steel.
3. Mengoptimalkan mikrostruktur untuk aplikasi spesifik (contoh: keras vs. tangguh).
Pemilihan jenis heat treatment tergantung pada komposisi kimia material dan aplikasinya.
4.7 Referensi
1. Effect of Heat Treatment on Material Properties (InsPenet, 2024) .
2. Comprehensive Guide to Heat Treatment Methods (MFG Shop, 2025) .
3. Influence of Aging Heat Treatment on the Microstructure and Properties of
Co29Cr31Cu4Mn15Ni21 High-Entropy Alloys (ScienceDirect, 2025) .
Catatan: Bagian ini dapat dilengkapi dengan praktikum simulasi heat treatment menggunakan
software seperti Thermo-Calc untuk menganalisis perubahan mikrostruktur.
5. Struktur Baja: Structural Steel vs. High Strength Steel



Perbedaan komposisi kimia dan spesifikasi mekanik
Aplikasi:
o Structural steel (ASTM A36, S235)
o High strength steel (HSS, AHSS)
Tantangan pengelasan: Distorsi, crack susceptibility
Bab 5: Struktur Baja: Structural Steel dan High Strength Steel
5.1 Pengertian dan Perbedaan Komposisi Kimia
Structural Steel (baja struktur) adalah jenis baja dengan komposisi kimia yang dirancang untuk
menghasilkan sifat mekanik seimbang antara kekuatan, ductility, dan weldability. Umumnya
memiliki kadar karbon rendah (0.1–0.3%) dan kadar sulfur/fosfor rendah untuk mengurangi
kerapuhan. High Strength Steel (HSS) dan Advanced High Strength Steel (AHSS) memiliki komposisi
lebih kompleks, dengan kadar karbon tinggi (0.3–0.8%) dan paduan seperti Mn, Cr, Mo, atau Ni
untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi.
Parameter
Komposisi
Kimia
Structural Steel
Rendah karbon (0.1–0.3%), rendah
sulfur/phosphor
Tinggi karbon (0.3–0.8%), paduan (Mn,
Cr, Mo, Ni)
Martensit, bainit, atau kombinasi fase
tinggi kuat
Mikrostruktur Ferrit + pearlit
Karatangan
High Strength Steel (HSS/AHSS)
Rendah (memerlukan pelapisan antikorosi)
Tinggi (beberapa jenis AHSS tahan
korosi)
5.2 Perbedaan Spesifikasi Mekanik
Structural Steel seperti ASTM A36, S235, S275, S355, dan S420 memiliki spesifikasi mekanik yang
bervariasi tergantung pada komposisi kimia dan proses manufaktur. Berikut adalah perbandingan
utama:
Parameter
Structural Steel
High Strength Steel (HSS/AHSS)
Kekuatan Tarik
400–550 MPa (ASTM A36), 360–510 MPa
(S235)
>700 MPa (AHSS)
Kekuatan Hasil
250 MPa (ASTM A36), 235 MPa (S235)
>400 MPa (HSS)
Ductility
Tinggi (elastisitas tinggi)
Rendah (rapuh pada suhu rendah)
Parameter
Ketahanan
Korosi
Structural Steel
Rendah (perlu galvanisasi)
High Strength Steel (HSS/AHSS)
Tinggi (beberapa jenis AHSS tahan
korosi)
5.3 Aplikasi Struktur Baja
5.3.1 Structural Steel
Structural Steel digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi karena sifat mekanik yang seimbang
dan kemudahan pemrosesan. Berikut adalah beberapa jenis umum dan aplikasinya:
1. ASTM A36:
o Komposisi: Karbon ≤0.26%, Mn ≤0.85%, P ≤0.04%, S ≤0.05%.
o Aplikasi: Bangunan, jembatan, konstruksi sipil, struktur baja ringan .
2. S235 (EN 10025):
o Komposisi: Karbon ≤0.22%, Mn ≤1.6%, P ≤0.035%, S ≤0.035%.
o Aplikasi:
 Konstruksi: Beam, kolom, dan girder untuk bangunan residensial, komersial,
dan industri .
 Automotive: Chassis dan sistem suspensi karena kekuatan tinggi dan daya
tahan dampak .
 Marine: Konstruksi kapal dan platform minyak karena kemampuan
galvanisasi untuk korosi resistance .
3. S275 (EN 10025):
o Komposisi: Karbon ≤0.25%, Mn ≤1.5%, P ≤0.030%, S ≤0.030%.
o Aplikasi: Struktur berat seperti mesin industri dan rangka peralatan .
4. S355 (EN 10025):
o Komposisi: Karbon ≤0.23%, Mn ≤1.6%, P ≤0.030%, S ≤0.030%.
o Aplikasi:
 Bridge Construction: Girder dan truss karena rasio kekuatan-berat tinggi .
 High-Rise Buildings: Struktur utama karena kemampuan menahan beban
berat dan gempa .
5. S420 (EN 10025):
o Komposisi: Karbon ≤0.20%, Mn ≤1.6%, P ≤0.030%, S ≤0.030%.
o Aplikasi: Konstruksi berat dan platform offshore karena ketahanan tinggi pada suhu
rendah .
5.3.2 High Strength Steel (HSS/AHSS)
HSS/AHSS digunakan untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan ketahanan aus:
1. HSS:
o
Aplikasi: Struktur berat seperti kran, peralatan pertambangan, dan komponen mesin
tinggi .
2. AHSS:
o
Aplikasi: Industri otomotif (kontainer, frame kendaraan), konstruksi tinggi, dan
aplikasi korosi resistance tinggi .
5.4 Tantangan Pengelasan pada Struktur Baja
5.4.1 Distorsi (Distortion)


Penyebab:
o Pemanasan lokal: Pengelasan yang tidak merata menyebabkan kontraksi termal
tidak seragam.
o Desain sambungan: Sudut penyambungan tajam meningkatkan risiko distorsi.
Solusi:
o Sequencing las: Lakukan las secara simetris untuk mengurangi stres residual.
o Preheating: Kontrol suhu antar lapisan las (interpass temperature) untuk mencegah
overheating.
5.4.2 Susceptibilitas Crack


Hot Cracking:
o Penyebab: Kontaminasi sulfur pada baja dengan kadar karbon tinggi.
o Solusi: Gunakan elektroda low-hydrogen dan kontrol suhu las.
Cold Cracking:
o Penyebab: Hidrogen diffusi pada baja tinggi karbon (contoh: HSS).
o Solusi: Preheating 150–300°C dan post-weld heat treatment (PWHT).
5.4.3 Tantangan pada High Strength Steel


Kehadiran Martensit:
o Mikrostruktur martensit meningkatkan risiko stress corrosion cracking (SCC).
Kontrol Suhu:
o HSS memerlukan preheating hingga 200°C untuk mencegah crack.
5.5 Kasus Studi: Aplikasi Struktur Baja
Kasus 1:



Insiden: Patahnya struktur jembatan dari S235 akibat beban berlebih.
Penyebab:
o Overloading: Beban melebihi batas tarik S235 (235 MPa).
o Desain buruk: Sudut penyambungan tajam meningkatkan stres konsentrasi.
Solusi:
o Ganti dengan baja lebih kuat (contoh: S355) dan modifikasi desain.
Kasus 2:



Insiden: Distorsi pada struktur bangunan dari ASTM A36.
Penyebab:
o Pemanasan lokal: Pengelasan tidak simetris.
o Tidak ada preheating: Memicu stres residual tinggi.
Solusi:
o Lakukan las secara simetris dan gunakan teknik stress relieving.
5.6 Kesimpulan



Structural Steel (ASTM A36, S235, S275, S355, S420) cocok untuk aplikasi umum dengan
kekuatan moderat.
High Strength Steel (HSS/AHSS) digunakan untuk aplikasi tinggi (contoh: industri otomotif)
tetapi memerlukan teknik las khusus.
Tantangan utama: Distorsi, crack susceptibility, dan kontrol mikrostruktur.
5.7 Referensi
1.
2.
3.
4.
Structural Steel 101: A Comprehensive Guide (CivilEngPro, 2024).
S235 Grade Steel: Composition, Properties, and Uses (MachineMFG, 2025) .
Structural Steels S235, S275, S355, S420 and Their Properties (MachineMFG, 2025) .
A36 Steel: A Comprehensive Guide (MachineMFG, 2025).
Catatan:


Standar Global:
o ISO 630: Menyediakan spesifikasi untuk baja struktur serupa dengan EN 10025.
o JIS G3101: Standar Jepang untuk baja struktur (contoh: SS400, SS490).
o ASTM A36: Digunakan secara luas di Amerika Utara untuk aplikasi konstruksi umum.
Aplikasi Lanjutan:
o Renewable Energy: S355 dan S420 digunakan dalam konstruksi turbin angin dan
panel surya .
o Marine Industry: S235 digunakan untuk kapal dan platform minyak karena
kemampuan galvanisasi .
6. Baja Tahan Mulur (Creep Resistance Steel)



Definisi fenomena creep:
o Deformasi lambat pada temperatur tinggi
Baja tahan creep:
o Contoh: Austenitic stainless steel (310S), alloy steel (P91)
Aplikasi: Industri tenaga, pipa uap
Bab 6: Baja Tahan Mulur (Creep Resistance Steel)
6.1 Definisi Fenomena Creep
Creep adalah fenomena deformasi lambat dan progresif pada material yang terjadi ketika material
dikenakan beban mekanik pada temperatur tinggi selama periode waktu yang lama. Kondisi ini
umumnya terjadi pada temperatur >0.4×suhu leleh material (dalam skala absolut). Pada tingkat
mikro, creep disebabkan oleh gerakan dislokasi dan diffusi atom pada struktur kristal material.


Faktor utama yang memengaruhi creep:
o Temperatur: Semakin tinggi temperatur, semakin cepat tingkat deformasi.
o Stres: Semakin tinggi beban yang diterima, semakin cepat material mengalami
creep.
o Komposisi kimia: Material dengan paduan pengeras (contoh: kromium,
molybdenum) memiliki ketahanan creep lebih tinggi.
Fase creep:
1. Primary creep: Deformasi awal dengan laju yang menurun seiring waktu.
2. Secondary creep: Deformasi stabil dengan laju konstan (fase kritis untuk
perencanaan struktur).
3. Tertiary creep: Deformasi mempercepat hingga akhirnya material patah.
6.2 Baja Tahan Creep: Komposisi dan Sifat
Baja tahan creep adalah jenis baja yang dirancang untuk menahan deformasi progresif pada
temperatur tinggi (350°C–800°C) dalam aplikasi jangka panjang. Berikut adalah beberapa jenis
material utama:
6.2.1 Austenitic Stainless Steel (Contoh: 310S)


Komposisi kimia:
o Kromium (Cr): 24–26%
o Nikel (Ni): 19–22%
o Karbondioksida (C): ≤0.08%
o Mangan (Mn): ≤2%
o Fosfor (P): ≤0.045%
o Sulfur (S): ≤0.03%
Sifat utama:
o
o
o

Ketahanan creep: Tahan deformasi pada temperatur hingga 1000°C.
Korosi resistance: Tahan oksidasi dan sulfidasi pada lingkungan korosif.
Ductility: Tinggi, memudahkan pemrosesan seperti bending atau stamping.
Aplikasi:
o Industri tenaga: Pipa pembuangan gas panas, komponen furnace.
o Petrokimia: Reaktor cracking, pipa transportasi bahan kimia.
6.2.2 Alloy Steel P91



Komposisi kimia:
o Kromium (Cr): 8.0–9.5%
o Molybdenum (Mo): 0.85–1.05%
o Vanadium (V): 0.18–0.25%
o Nikel (Ni): ≤0.40%
o Karbon (C): 0.08–0.12%
o Mangan (Mn): 0.30–0.60%
o Nitrogen (N): 0.03–0.07%
Sifat utama:
o Ketahanan creep: Tahan deformasi pada temperatur 560°C–610°C.
o Korosi resistance: Tahan oksidasi dan korosi sulfida.
o Kekuatan tinggi: Tensile strength >585 MPa, yield strength >415 MPa.
Aplikasi:
o Industri tenaga: Pipa superheater, komponen boiler, turbine.
o Petrokimia: Pipa transportasi gas minyak bumi (LNG).
6.2.3 Lainnya: SA240 Austenitic Stainless Steel (Contoh: 304H, 316H)



Komposisi kimia:
o 304H: 18% Cr, 8% Ni, C: 0.04–0.10%
o 316H: 16–18% Cr, 10–14% Ni, 2–3% Mo, C: 0.04–0.10%
Sifat utama:
o Ketahanan creep: Tahan deformasi pada temperatur hingga 815°C.
o Korosi resistance: Tahan korosi intergranular dan pitting.
Aplikasi:
o Industri tenaga: Pipa uap, komponen turbine.
o Nuklir: Reaktor nuklir (tahan radiasi neutron tinggi).
6.2.4 SA387 Alloy Steel (Contoh: Grade 9, Grade 22)



Komposisi kimia:
o Grade 9: 9% Cr, 1% Mo, 0.5% V
o Grade 22: 2.25% Cr, 1% Mo, 0.5% V
Sifat utama:
o Ketahanan creep: Tahan deformasi pada temperatur 455°C–595°C.
o Korosi resistance: Tahan oksidasi pada lingkungan asam.
Aplikasi:
o Industri petrokimia: Tangki penyimpanan kimia, pipa reaktor.
o Tenaga: Komponen boiler, pipa uap.
6.3 Aplikasi Baja Tahan Creep
6.3.1 Industri Tenaga (Power Generation)


Pipa superheater dan reheater:
o Material: P91, SA387 Grade 9, 310S.
o Fungsi: Mengangkut uap panas (temperatur 550°C–600°C) ke turbine.
o Tantangan: Tahan creep, korosi, dan getaran.
Komponen boiler:
o Material: SA240 304H, SA387 Grade 22.
o Fungsi: Menahan tekanan tinggi (170–230 bar) dan temperatur tinggi.
6.3.2 Industri Petrokimia (Petrochemical)


Pipa transportasi gas minyak bumi (LNG):
o Material: P91, SA387 Grade 11.
o Fungsi: Mengangkut LNG pada temperatur -162°C hingga 50°C.
Reaktor cracking:
o Material: 310S, SA240 316H.
o Fungsi: Menahan temperatur tinggi (800°C) dan korosi asam.
6.3.3 Industri Nuklir (Nuclear Energy)

Reaktor nuklir:
o Material: SA240 304H, SA387 Grade 5.
o Fungsi: Menahan radiasi neutron tinggi dan temperatur tinggi.
6.4 Tantangan Pengelasan pada Baja Tahan Creep
6.4.1 Kontrol Temperatur

Preheating:
o P91: Memerlukan preheating 200°C–300°C untuk mencegah cracking.
o

Austenitic stainless steel: Preheating rendah (<100°C) untuk mencegah grain长大.
Interpass temperature:
o P91: Kontrol suhu antar lapisan las <300°C.
o 310S: Kontrol suhu <200°C untuk mencegah sensitivitas karbon.
6.4.2 Pemilihan Material Pengisi

P91:
o

Elektroda: Low-hydrogen (AWS E8018-B2) untuk mencegah hydrogen-induced
cracking.
o Isi las: Komposisi mirip dengan base metal (Cr: 8–9%, Mo: 0.85–1.05%).
Austenitic stainless steel:
o Elektroda: AWS E310-16 untuk 310S.
o Isi las: Tahan korosi intergranular (contoh: ER310Si).
6.4.3 Post-Weld Heat Treatment (PWHT)

P91:
o
o

Proses: Temper bead (750°C–780°C) untuk menghilangkan stres residual.
Tujuan: Meningkatkan ketangguhan dan ketahanan creep.
Austenitic stainless steel:
o Proses: Solution annealing (1050°C–1100°C) untuk menghilangkan precipitasi karbid.
o Tujuan: Meningkatkan korosi resistance.
6.4.4 Tantangan Khusus

Hydrogen embrittlement:
o P91: Kontrol kadar hidrogen dengan preheating dan drying elektroda.

Grain长大:
o 310S: Kontrol suhu las untuk mencegah penurunan ductility.
6.5 Kasus Studi: Aplikasi Baja Tahan Creep
Kasus 1:



Insiden: Patahnya pipa superheater dari P91 pada pembangkit tenaga.
Penyebab:
o Overtemperature: Temperatur operasional melebihi 600°C.
o Tidak ada PWHT: Stres residual tinggi memicu crack.
Solusi:
o Ganti dengan material yang lebih tahan creep (contoh: SA387 Grade 91).
o Lakukan PWHT pada temperatur 760°C untuk 1 jam.
Kasus 2:



Insiden: Korosi pada reaktor cracking dari 310S.
Penyebab:
o Kontaminasi sulfur: Lingkungan korosif tinggi.
o Desain buruk: Sudut sudut tajam meningkatkan stres lokal.
Solusi:
o Ganti dengan material tahan korosi tinggi (contoh: Incoloy 800HT).
o Modifikasi desain untuk mengurangi stres konsentrasi.
6.6 Kesimpulan



Baja tahan creep adalah kunci dalam aplikasi industri dengan temperatur tinggi (contoh:
industri tenaga, petrokimia).
Material utama: P91, 310S, SA240 304H, SA387 Grade 9.
Tantangan utama: Kontrol suhu las, pemilihan material pengisi, dan PWHT.
6.7 Referensi
1. Alloy Steel Grade P91: Composition, Properties, and Uses (MachineMFG, 2024) .
2. Creep-resistant-steels for service at elevated temperatures (Welding Advisers, 2024) .
3. Creep relaxation to relieve residual stress in girth-butt welded X80 pipelines (ScienceDirect,
2024) .
Catatan:


Standar Global:
o ASME SA240: Spesifikasi untuk austenitic stainless steel (contoh: 304H, 316H).
o ASME SA387: Spesifikasi untuk alloy steel tahan creep (contoh: Grade 9, Grade 22).
o ISO 15156: Pedoman material untuk aplikasi dengan hidrogen sulfida.
Aplikasi Lanjutan:
o Renewable Energy: Baja tahan creep digunakan pada turbin angin untuk komponen
yang mengalami temperatur tinggi.
o Marine Industry: Pipa uap pada kapal uap menggunakan P91 untuk menahan
tekanan tinggi.
7. Baja untuk Cryogenic Application



Sifat kritis: Ketahanan impact pada temperatur rendah
Contoh material: Ni-Steel (9% Ni), austenitic stainless steel
Tantangan pengelasan: Pengendalian氢 embrittlement
Bab 7: Baja untuk Aplikasi Cryogenic
7.1 Sifat Kritis: Ketahanan Impact pada Temperatur Rendah
Cryogenic adalah kondisi temperatur ekstrem rendah (<-150°C), seperti yang digunakan dalam
industri LNG, hidrogen cair, atau aplikasi ruang angkasa. Pada temperatur ini, material umumnya
menjadi kerapuhan karena ikatan kristal melemah dan gerakan dislokasi terhambat.
Ketahanan impact adalah sifat kritis untuk material cryogenic karena:


Mencegah fraktur tiba-tiba: Material harus mampu menyerap energi benturan tanpa patah.
Stabilitas mikrostruktur: Austenitic stainless steel (struktur FCC) tetap ductile pada
temperatur rendah, sementara baja karbon (struktur BCC) menjadi rapuh .
Contoh:

316L stainless steel menunjukkan peningkatan 690% dalam siklus kegagalan lelah pada 15 K
dibandingkan suhu ruang karena aktivasi mekanisme deformasi ganda (twinning dan
martensit) .
7.2 Contoh Material untuk Cryogenic Application
7.2.1 Ni-Steel (9% Ni)



Komposisi:
o Nickel: 8.5–9.5%
o Kromium: 0.8–1.2%
o Molybdenum: 0.2–0.3%
o Karbon: ≤0.08%
Sifat Utama:
o Ketahanan impact: >40 J pada -196°C.
o Korosi resistance: Tahan oksidasi pada LNG (kontaminasi sulfida).
Aplikasi:
o LNG Storage: Tangki LNG kapal dan terminal (contoh: Samsung Heavy Industries
menggunakan 9% Ni steel untuk tangki LNG) .
o Pipa Transportasi: Pipa LNG pada temperatur -162°C.
7.2.2 Austenitic Stainless Steel (304, 316, 316L)

Komposisi:
o
o


304: 18% Cr, 8% Ni, C: ≤0.08%
316L: 16–18% Cr, 10–14% Ni, 2–3% Mo, C: ≤0.03%
Sifat Utama:
o Ketahanan impact: 316L menunjukkan impact energy >100 J pada 77 K .
o Korosi resistance: Tahan pitting korosi pada lingkungan klorida tinggi.
Aplikasi:
o Industri Kimia: Tangki penyimpanan bahan kimia cair pada temperatur rendah.
o Ruang Angkasa: Komponen pesawat ruang angkasa (contoh: NASA menggunakan
304 untuk tangki bahan bakar) .
7.2.3 Medium-Manganese Steel



Komposisi:
o Manganese: 6–8%
o Kromium: 1–2%
o Karbon: ≤0.05%
Sifat Utama:
o Ketahanan impact: Setara dengan 9% Ni steel pada -196°C.
o Kemudahan pemrosesan: Non-magnetik, meningkatkan otomasi pengelasan .
Aplikasi:
o Alternatif 9% Ni: Digunakan untuk mengurangi biaya dan meningkatkan efisiensi
produksi.
7.3 Tantangan Pengelasan: Pengendalian Hydrogen Embrittlement
Hydrogen embrittlement adalah fenomena kerapuhan akibat diffusi hidrogen ke dalam material,
meningkatkan risiko delayed cracking pada sambungan las.
7.3.1 Faktor Penyebab
1. Kontaminasi Hidrogen:
o Elektroda: Elektroda dengan kadar hidrogen tinggi (contoh: AWS E7018)
meningkatkan risiko.
o Kelembaban: Udara lembap atau minyak pada permukaan material.
2. Stres Residual:
o Pendinginan cepat: Meningkatkan stres tinggi pada HAZ (Heat-Affected Zone).
7.3.2 Teknik Pengendalian
1. Pemilihan Elektroda:
o Low-Hydrogen Electrodes: Contoh: AWS E308L-16 untuk austenitic stainless steel.
o Pengeringan Elektroda: Pemanasan hingga 250°C sebelum penggunaan .
2. Preheating:
o 9% Ni Steel: Preheating 50–100°C untuk mengurangi laju pendinginan.
o Austenitic Stainless Steel: Preheating <100°C untuk mencegah grain长大.
3. Interpass Temperature:
o Kontrol suhu antar lapisan las <150°C untuk mencegah overheating.
4. Post-Weld Heat Treatment (PWHT):
o Stabilizing Annealing: Pemanasan pada 850°C untuk menghilangkan precipitasi
karbid pada 316L .
5. Pembersihan Permukaan:
o
Penggunaan pelarut khusus untuk menghilangkan minyak dan lemak.
7.3.4 Tantangan Khusus


Grain coarsening pada Austenitic Steel:
o Temperatur las tinggi (>1200°C) menyebabkan grain coarsening, mengurangi
ductility.
o Solusi: Kontrol suhu las menggunakan sensor inframerah.
Martensit Transformasi pada Ni-Steel:
o Pendinginan cepat pada 9% Ni steel menyebabkan transformasi austenit ke
martensit, meningkatkan risiko cracking.
o Solusi: Temper bead PWHT pada 650°C untuk menghilangkan martensit .
7.4 Kasus Studi: Aplikasi Baja Cryogenic
Kasus 1:



Insiden: Patahnya tangki LNG dari 9% Ni steel pada terminal ekspor.
Penyebab:
o Hydrogen-induced cracking: Kontaminasi hidrogen dari elektroda basah.
o Tidak ada PWHT: Stres residual tinggi memicu crack.
Solusi:
o Ganti dengan medium-manganese steel untuk aplikasi baru.
o Lakukan PWHT pada 650°C untuk menghilangkan stres residual.
Kasus 2:



Insiden: Korosi pada pipa LNG dari 316L stainless steel.
Penyebab:
o Kontaminasi sulfida: Lingkungan korosif pada pipa LNG.
o Desain buruk: Sudut sudut tajam meningkatkan stres lokal.
Solusi:
o Ganti dengan 316L dengan kromium tinggi (18–20%).
o Modifikasi desain untuk mengurangi stres konsentrasi.
7.5 Kesimpulan



Baja cryogenic harus memiliki ketahanan impact tinggi pada temperatur rendah (<-196°C).
Material utama: 9% Ni steel, austenitic stainless steel (304, 316L), medium-manganese
steel.
Tantangan utama: Hydrogen embrittlement, kontrol suhu las, dan modifikasi mikrostruktur.
7.6 Referensi
1. Stainless Steels in Cryogenic Applications: An In-Depth Overview (G-SALLOY, 2024) .
2. Steels for Cryogenic Low Temperature Service (Total Materia, 2024) .
3. Exceptional fatigue-resistant austenitic stainless steel for cryogenic applications
(ScienceDirect, 2024) .
4. Investigation of welded joints on a medium-manganese steel (Springer, 2025) .
Catatan:


Standar Global:
o ISO 15156: Pedoman material untuk aplikasi dengan hidrogen sulfida.
o AWS D1.1: Spesifikasi pengelasan untuk baja cryogenic.
Aplikasi Lanjutan:
o Ruang Angkasa: Tangki bahan bakar pesawat ruang angkasa menggunakan 304
stainless steel.
o Energi Alternatif: Penyimpanan hidrogen cair menggunakan medium-manganese
steel.
8. Korosi pada Material



Jenis korosi:
o Galvanic, pitting, crevice, stress corrosion cracking (SCC)
Pengujian korosi (ASTM standar)
Pencegahan: Coating, inhibitor, material tahan korosi
Bab 8: Korosi pada Material
8.1 Jenis Korosi
Korosi adalah degradasi material akibat reaksi kimia dengan lingkungan, menyebabkan kerusakan
struktur dan kehilangan sifat mekanik. Berikut adalah jenis korosi utama yang sering terjadi pada
material:
8.1.1 Galvanic Corrosion




Definisi:
Korosi yang terjadi ketika dua logam dengan potensial elektrokimia berbeda bersentuhan
dalam cairan elektrolit (contoh: air laut). Logam dengan potensial lebih negatif (anodik) akan
korosi lebih cepat.
Penyebab:
o Perbedaan logam: Contoh kombinasi baja karbon dan aluminium.
o Kelembaban: Udara lembap atau cairan elektrolit (contoh: NaCl).
Contoh:
o Kapal: Korosi pada sambungan baja dengan tembaga.
o Pipa: Korosi pada pipa campuran baja dan PVC.
Solusi:
o Penggunaan anoda pengorban (contoh: magnesium untuk melindungi baja).
o Pemisahan logam dengan lapisan isolasi.
8.1.2 Pitting Corrosion




Definisi:
Korosi lokal yang membentuk lubang kecil (pit) pada permukaan material, biasanya
disebabkan oleh kerusakan lapisan pelindung (contoh: oksida pada stainless steel).
Penyebab:
o Klorida: Kontaminasi klorida (Cl⁻) pada lingkungan (contoh: air laut).
o Lapisan oksida rusak: Kerusakan pada lapisan pelindung material.
Contoh:
o Pipa minyak: Korosi pada pipa stainless steel 304 karena klorida.
o Kapal: Korosi pada hull kapal karena air laut.
Solusi:
o Penggunaan stainless steel tahan pitting (contoh: 316L dengan kromium ≥16%).
o Pembersihan rutin untuk menghilangkan klorida.
8.1.3 Crevice Corrosion




Definisi:
Korosi lokal yang terjadi pada celah sempit (crevice) antara dua material, biasanya karena
terperangkapnya cairan korosif.
Penyebab:
o Celah sempit: Antara baut, washer, atau sambungan.
o Konsentrasi korosif: Cairan korosif terperangkap (contoh: asam sulfat).
Contoh:
o Gasket: Korosi pada gasket mesin karena terperangkapnya cairan korosif.
o Pipa: Korosi pada sambungan pipa dengan celah sempit.
Solusi:
o Desain celah lebar untuk meminimalkan perangkapan cairan.
o Penggunaan baut tahan korosi (contoh: Inconel).
8.1.4 Stress Corrosion Cracking (SCC)




Definisi:
Korosi yang menyebabkan retak pada material akibat kombinasi stres mekanik dan
lingkungan korosif.
Penyebab:
o Stres tinggi: Tensile stress pada material.
o Lingkungan korosif: Contoh: larutan klorida untuk stainless steel.
Contoh:
o Pipa LNG: Korosi pada pipa austenitic stainless steel karena klorida.
o Reaktor kimia: Korosi pada reaktor baja karbon tinggi.
Solusi:
o Penggunaan material tahan SCC (contoh: Incoloy 825).
o Kontrol stres residual dengan post-weld heat treatment (PWHT).
8.2 Pengujian Korosi (ASTM Standar)
Pengujian korosi adalah proses untuk menilai tingkat kerusakan material akibat korosi. Berikut
adalah standar ASTM yang umum digunakan:
8.2.1 ASTM G48: Uji Pitting dan Crevice Corrosion



Metode:
o A: Uji imersi pada larutan asam klorida (FeCl₃).
o B: Uji imersi pada larutan natrium klorida (NaCl).
Tujuan:
o Menilai ketahanan material terhadap pitting dan crevice corrosion.
Aplikasi:
o Stainless steel: Uji ketahanan pada lingkungan klorida.
o Paduan tembaga: Uji korosi pada aplikasi laut.
8.2.2 ASTM G39: Uji Galvanic Corrosion


Metode:
o Pengujian pada dua logam berbeda dalam cairan elektrolit.
Tujuan:

o Menilai tingkat korosi galvanik antara dua logam.
Aplikasi:
o Kapal: Uji kombinasi baja dengan aluminium.
o Pipa: Uji kombinasi baja dengan PVC.
8.2.3 ASTM G129: Uji Stress Corrosion Cracking (SCC)



Metode:
o Uji pada material yang dikenakan stres dalam lingkungan korosif.
Tujuan:
o Menilai ketahanan material terhadap SCC.
Aplikasi:
o Pipa LNG: Uji korosi pada stainless steel 316L.
o Reaktor kimia: Uji korosi pada baja karbon tinggi.
8.3 Pencegahan Korosi
Pencegahan korosi melibatkan teknik material, kimia, dan desain untuk mengurangi tingkat
kerusakan.
8.3.1 Penggunaan Coating



Jenis Coating:
o Organik: Epoxy, polyurethane (untuk pipa dan tangki).
o Inorganik: Galvanisasi (lapisan zinc), alumunium spray.
Aplikasi:
o Pipa minyak: Coating epoxy untuk mencegah korosi internal.
o Kapal: Galvanisasi untuk melindungi hull kapal.
Keuntungan:
o Harga terjangkau: Coating epoxy murah untuk aplikasi luas.
o Efektivitas tinggi: Lapisan zinc pada galvanisasi tahan korosi galvanik.
8.3.2 Penggunaan Inhibitor



Jenis Inhibitor:
o Anoda: Nitrit (untuk sistem pendingin).
o Kateda: Fosfat (untuk pipa air).
Aplikasi:
o Pipa minyak: Inhibitor amonia untuk mencegah korosi asam.
o Sistem pendingin: Inhibitor nitrit untuk mencegah korosi logam.
Keuntungan:
o Efektivitas tinggi: Inhibitor fosfat mengurangi korosi pada pipa air.
o Biaya rendah: Inhibitor amonia murah untuk aplikasi besar.
8.3.3 Penggunaan Material Tahan Korosi


Jenis Material:
o Stainless steel: 316L (tahan pitting), 310S (tahan oksidasi).
o Paduan nikel: Inconel 825 (tahan SCC), Incoloy 800HT (tahan korosi tinggi).
Aplikasi:
o Pipa LNG: Incoloy 825 untuk mencegah korosi klorida.

o Reaktor kimia: 310S untuk mencegah korosi asam.
Keuntungan:
o Kinerja tinggi: Inconel 825 tahan korosi klorida pada temperatur tinggi.
o Ketahanan panjang: 316L tahan korosi pada lingkungan asam.
8.4 Kasus Studi: Pencegahan Korosi
Kasus 1: Korosi pada Pipa LNG



Insiden:
Pipa LNG dari stainless steel 304 mengalami korosi galvanik dan SCC.
Penyebab:
o Kontaminasi klorida: Air laut terperangkap di celah pipa.
o Stres tinggi: Tensile stress akibat desain pipa.
Solusi:
o Ganti dengan Incoloy 825 (tahan korosi klorida dan SCC).
o Lakukan post-weld heat treatment (PWHT) untuk mengurangi stres residual.
Kasus 2: Korosi pada Tangki Penyimpanan



Insiden:
Tangki penyimpanan bahan kimia dari baja karbon mengalami pitting corrosion.
Penyebab:
o Kontaminasi klorida: Bahan kimia mengandung klorida.
o Lapisan pelindung rusak: Coating epoxy terkelupas.
Solusi:
o Ganti dengan stainless steel 316L (tahan pitting).
o Lakukan pembersihan rutin untuk menghilangkan klorida.
8.5 Kesimpulan



Korosi adalah fenomena degradasi material yang mengakibatkan kerusakan struktur dan
kehilangan sifat mekanik.
Jenis korosi utama: Galvanic, pitting, crevice, dan SCC.
Pencegahan korosi: Penggunaan coating, inhibitor, dan material tahan korosi.
8.6 Referensi
1.
2.
3.
4.
What Is Corrosion & the 10 Most Common Types (Fractory, 2024) .
10 Common Types of Corrosion in Metals (The Engineers Post, 2024) .
Corrosion: Definition, Types, Examples, and Prevention (Chemistry Learner, 2023) .
Corrosion Types An Overview of Common Types (Petrosync, 2025) .
Catatan:

Standar Global:
o ASTM G48: Pengujian pitting dan crevice corrosion.
o
o

ASTM G39: Pengujian galvanic corrosion.
ASTM G129: Pengujian stress corrosion cracking (SCC).
Aplikasi Lanjutan:
o Industri minyak dan gas: Penggunaan Incoloy 825 untuk pipa LNG.
o Industri kimia: Penggunaan 316L untuk reaktor kimia.
9. Baja Tahan Panas vs. Baja Tahan Karat



Baja tahan panas:
o Contoh: Incoloy, Inconel (nickel-based alloy)
Baja tahan karat (stainless steel):
o Austenitic (304, 316), ferritic, martensitic
Perbedaan aplikasi: Industri kimia vs. pembangkit tenaga
Bab 9: Baja Tahan Panas dan Baja Tahan Karat
9.1 Baja Tahan Panas
Baja tahan panas adalah jenis material yang dirancang untuk menahan degradasi pada temperatur
tinggi (>500°C), seperti oksidasi, sulfidasi, atau korosi asam. Material ini biasanya memiliki komposisi
paduan kompleks dengan unsur seperti nikel, kromium, dan molybdenum untuk meningkatkan
ketahanan termal dan kimia.
9.1.1 Contoh Material: Incoloy dan Inconel (Nickel-Based Alloy)
1. Incoloy 800HT
o Komposisi:
 Kromium (Cr): 19–23%
 Nikel (Ni): ≥30%
 Karbon (C): ≤0.10%
 Molybdenum (Mo): ≤2%
 Titanium (Ti): 0.15–0.60%
o Sifat Utama:
 Ketahanan panas: Tahan oksidasi pada temperatur hingga 1100°C.
 Korosi resistance: Tahan sulfidasi dan korosi asam.
 Kekuatan tinggi: Tensile strength >515 MPa pada temperatur tinggi.
o Aplikasi:
 Industri tenaga: Komponen furnace, gas burner, dan heat exchanger.
 Petrokimia: Pipa transportasi gas panas dan reaktor cracking.
2. Inconel 625
o Komposisi:
 Nikel (Ni): ≥58%
 Kromium (Cr): 20–23%
 Molybdenum (Mo): 8–10%
 Natrium (Na): ≤0.03%
 Karbon (C): ≤0.10%
o Sifat Utama:
 Ketahanan panas: Tahan deformasi pada temperatur hingga 1000°C.
 Korosi resistance: Tahan korosi asam sulfurik dan klorida.
 Kekuatan tinggi: Tensile strength >690 MPa pada temperatur tinggi.
o Aplikasi:
 Aerospace: Komponen mesin jet dan turbine gas.
 Nuklir: Reaktor nuklir dan komponen pendingin.
9.2 Baja Tahan Karat (Stainless Steel)
Baja tahan karat adalah jenis baja dengan kromium ≥10.5%, yang membentuk lapisan oksida
pelindung untuk mencegah korosi. Terdapat tiga jenis utama: austenitic, ferritic, dan martensitic.
9.2.1 Austenitic Stainless Steel




Struktur Mikro: Austenit (FCC), memberikan ketangguhan tinggi dan ductility.
Komposisi:
o Kromium (Cr): 16–26%
o Nikel (Ni): 8–20%
o Molybdenum (Mo): 0–3%
o Karbon (C): ≤0.08%
Sifat Utama:
o Korosi resistance: Tahan korosi pada lingkungan klorida dan asam.
o Kekuatan tinggi: Tensile strength >515 MPa (304), >515 MPa (316).
o Ketahanan panas: Tahan oksidasi pada temperatur hingga 800°C (304), 1000°C
(310S).
Aplikasi:
o Industri makanan: Tangki penyimpanan, pipa, dan peralatan pengolahan.
o Kimia: Heat exchanger, reaktor, dan pipa transportasi kimia.
o Medis: Alat bedah, implant, dan peralatan sterilisasi.
9.2.2 Ferritic Stainless Steel




Struktur Mikro: Ferrit (BCC), memberikan ketahanan korosi baik pada lingkungan oksidatif.
Komposisi:
o Kromium (Cr): 10.5–30%
o Nikel (Ni): ≤0.6%
o Karbon (C): ≤0.08%
Sifat Utama:
o Korosi resistance: Tahan korosi pada lingkungan oksidatif (contoh: air tawar).
o Kekuatan rendah: Tensile strength <515 MPa.
o Ketahanan panas: Tahan oksidasi pada temperatur hingga 600°C.
Aplikasi:
o Automotive: Exhaust system, panel body, dan komponen dekoratif.
o Rumah tangga: Peralatan dapur, sink, dan peralatan kebersihan.
9.2.3 Martensitic Stainless Steel




Struktur Mikro: Martensit (BCT), memberikan kekuatan tinggi dan keras.
Komposisi:
o Kromium (Cr): 11–18%
o Nikel (Ni): ≤1.5%
o Karbon (C): 0.15–0.40%
Sifat Utama:
o Korosi resistance: Tahan korosi pada lingkungan ringan (contoh: udara lembap).
o Kekuatan tinggi: Tensile strength >700 MPa.
o Ketahanan panas: Tahan oksidasi pada temperatur hingga 500°C.
Aplikasi:
o Industri: Pisau, alat potong, dan komponen mesin tinggi.
o
Pertahanan: Senjata, peralatan militer, dan komponen keamanan.
9.3 Perbedaan Aplikasi di Industri
9.3.1 Industri Kimia



Material Utama: Austenitic stainless steel (304, 316, 310S).
Aplikasi:
o Reaktor kimia: Tahan korosi asam sulfurik dan klorida.
o Pipa transportasi: Tahan korosi pada lingkungan klorida tinggi.
o Heat exchanger: Tahan oksidasi pada temperatur tinggi.
Contoh:
o 316L: Digunakan pada reaktor kimia untuk mencegah pitting corrosion .
o 310S: Digunakan pada furnace dan komponen pembakaran .
9.3.2 Industri Minyak dan Gas



Material Utama: Incoloy 825, duplex stainless steel (2205), dan martensitic stainless steel
(410).
Aplikasi:
o Pipa transportasi: Tahan korosi pada lingkungan H2S tinggi.
o Reaktor cracking: Tahan korosi asam sulfurik.
o Komponen offshore: Tahan korosi pada lingkungan laut.
Contoh:
o Incoloy 825: Digunakan pada pipa LNG untuk mencegah korosi klorida .
o Duplex 2205: Digunakan pada struktur offshore untuk mencegah stress corrosion
cracking (SCC) .
9.3.3 Pembangkit Tenaga



Material Utama: Inconel 625, austenitic stainless steel (304, 310S), dan ferritic stainless steel
(430).
Aplikasi:
o Komponen boiler: Tahan oksidasi pada temperatur tinggi.
o Turbine gas: Tahan korosi pada lingkungan asam.
o Pipa pembuangan: Tahan korosi pada lingkungan klorida.
Contoh:
o Inconel 625: Digunakan pada turbine gas untuk mencegah korosi asam .
o 304: Digunakan pada komponen pendingin untuk mencegah korosi pada lingkungan
oksidatif .
9.4 Tantangan Penggunaan Baja Tahan Panas dan Tahan Karat
9.4.1 Kontaminasi H2S


Penyebab:
o Korosi sulfida: H2S mereaksikan dengan baja, menghasilkan hidrogen yang
menyebabkan hydrogen-induced cracking (HIC).
o Korosi asam: H2S meningkatkan korosi pada lingkungan asam.
Solusi: