Korosi pada Baja: Deteksi, Dampak, dan Strategi Pencegahan

Definisi dan Konsep Dasar

Korosi dalam industri baja mengacu pada kerusakan elektro-kimia atau kimia dari bahan baja yang diakibatkan oleh interaksi dengan lingkungan mereka. Ini muncul sebagai degradasi bertahap dari permukaan baja, yang mengarah pada kehilangan integritas material, kekuatan, dan kualitas estetika. Korosi adalah masalah kritis dalam pembuatan, pengolahan, dan aplikasi baja karena secara langsung mempengaruhi daya tahan, keselamatan, dan umur pakai produk baja.

Dalam konteks yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, korosi adalah baik cacat yang harus diminimalkan dan fenomena yang harus dipahami untuk merancang baja tahan korosi dan langkah-langkah perlindungan. Ini adalah faktor kunci dalam pengujian material, di mana kerentanan baja terhadap korosi dievaluasi melalui berbagai pengujian standar untuk memastikan kepatuhan terhadap standar keselamatan dan kinerja.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, korosi muncul sebagai perubahan warna permukaan, pitting, pembentukan karat, atau kehilangan material. Tanda-tanda visual ini sering kali merupakan indikator pertama dari korosi, terutama pada baja yang terpapar lingkungan lembab atau agresif. Di bawah pemeriksaan mikroskopis, produk korosi seperti oksida besi (misalnya, hematit, magnetit) atau hidroksida terbentuk di atau dalam mikrostruktur baja.

Korosi dapat bersifat uniform, di mana seluruh permukaan mengalami kerusakan secara merata, atau lokal, seperti pitting atau korosi celah, yang menyebabkan kerusakan terkonsentrasi. Kekasaran permukaan meningkat, dan sifat mekanik baja dapat terpengaruh karena kehilangan material atau perubahan mikrostruktur.

Mekanisme Metalurgi

Korosi pada dasarnya adalah proses elektro-kimia yang melibatkan reaksi oksidasi dan reduksi. Ketika baja terpapar pada lingkungan yang mengandung kelembaban, oksigen, atau ion agresif (klorida, sulfat), sel elektro-kimia terbentuk di permukaan baja. Atom besi teroksidasi menjadi ion ferrous atau ferric, yang kemudian bereaksi dengan komponen lingkungan untuk membentuk produk korosi.

Dari segi mikrostruktur, korosi melibatkan serangan preferensial pada fase tertentu atau batas butir, terutama pada baja dengan mikrostruktur heterogen. Kehadiran kotoran, elemen paduan, atau inklusi dapat mempengaruhi jalur korosi. Misalnya, baja karbon dengan kandungan sulfur tinggi lebih rentan terhadap pitting, sementara baja tahan karat dengan kromium membentuk lapisan oksida pasif yang menghambat korosi.

Komposisi baja, seperti kehadiran elemen paduan seperti kromium, nikel, atau molibdenum, secara signifikan mempengaruhi ketahanan korosi. Kondisi pengolahan, termasuk perlakuan panas dan penyelesaian permukaan, juga mempengaruhi fitur mikrostruktur yang mengatur kerentanan terhadap korosi.

Sistem Klasifikasi

Korosi diklasifikasikan berdasarkan morfologinya, lingkungan, dan tingkat keparahan. Kategori umum meliputi:

• Korosi uniform: Kehilangan material yang merata di seluruh permukaan.
• Korosi pitting: Pitting dalam yang terlokalisasi pada permukaan.
• Korosi celah: Terjadi di ruang terbatas di mana kondisi lingkungan berbeda.
• Korosi intergranular: Serangan sepanjang batas butir.
• Retak korosi stres: Retakan terbentuk akibat kombinasi stres tarik dan lingkungan korosif.

Tingkat keparahan sering dinilai sebagai ringan, sedang, atau parah, berdasarkan kedalaman dan luasnya kehilangan material. Misalnya, ASTM G46 memberikan pedoman untuk mengklasifikasikan tingkat keparahan pitting, yang membantu dalam menilai sisa umur pakai dan keselamatan komponen baja.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Pemeriksaan visual adalah langkah awal dalam deteksi korosi, mengidentifikasi perubahan warna permukaan, pitting, atau karat. Untuk analisis mikroskopis, mikroskop optik dan mikroskop elektron pemindaian (SEM) mengungkapkan fitur korosi mikrostruktur dan morfologi pitting.

Metode elektro-kimia, seperti polarisasi potensi dinamis dan spektroskopi impedansi elektro-kimia (EIS), mengukur laju korosi dengan mengukur respons arus terhadap potensi yang diterapkan. Teknik ini memberikan data waktu nyata tentang kerentanan dan kinetika korosi.

Teknik analisis permukaan seperti difraksi sinar-X (XRD) mengidentifikasi produk korosi, sementara spektroskopi sinar-X energi-disperif (EDS) menentukan komposisi elemen dari lapisan korosi. Metode pengujian non-destruktif, termasuk pengujian ultrasonik dan radiografi, dapat mendeteksi korosi subsurface atau pitting yang tidak terlihat secara eksternal.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional seperti ASTM G48 (Metode Uji Standar untuk Ketahanan Korosi Pitting dan Celah Baja Tahan Karat dan Paduan Terkait dengan Menggunakan Larutan Klorida Besi) dan ISO 12737 menetapkan prosedur untuk pengujian korosi.

Prosedur tipikal melibatkan persiapan spesimen uji dengan dimensi dan penyelesaian permukaan yang distandarisasi, mengeksposnya ke lingkungan korosif yang terkontrol (misalnya, ruang semprot garam, perendaman dalam larutan korosif), dan memantau perkembangan korosi seiring waktu. Parameter kritis meliputi komposisi larutan, suhu, pH, dan durasi paparan.

Misalnya, dalam pengujian semprot garam, spesimen ditempatkan dalam ruang dengan kabut garam yang ditentukan untuk periode tertentu, dan korosi dievaluasi secara visual dan mikroskopis. Parameter pengujian mempengaruhi agresivitas lingkungan dan keandalan hasil.

Persyaratan Sampel

Sampel harus disiapkan sesuai dengan spesifikasi standar, memastikan penyelesaian permukaan dan kebersihan yang konsisten. Kondisi permukaan, seperti pemolesan atau penghilangan minyak, sangat penting untuk menghilangkan variabel yang dapat mempengaruhi inisiasi korosi.

Pemilihan spesimen harus mewakili lingkungan aplikasi yang sebenarnya, termasuk komposisi material, perlakuan permukaan, dan geometri. Penempatan sampel yang tepat dalam ruang pengujian memastikan paparan yang merata, dan beberapa spesimen diuji untuk memperhitungkan variabilitas.

Akurasi Pengukuran

Pengukuran korosi memerlukan presisi tinggi dan keterulangan. Variabilitas dapat muncul dari fluktuasi lingkungan, heterogenitas permukaan, atau keterbatasan teknik pengukuran.

Untuk memastikan akurasi, kalibrasi peralatan, prosedur standar, dan pengukuran ganda disarankan. Pengujian replikasi membantu menilai reproduktifitas, dan analisis statistik dapat mengukur ketidakpastian pengukuran.

Pengendalian kondisi lingkungan yang tepat, seperti suhu dan kelembaban, meminimalkan kesalahan. Pemeliharaan dan kalibrasi rutin instrumen elektro-kimia sangat penting untuk data yang dapat diandalkan.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Laju korosi biasanya dinyatakan dalam satuan seperti milimeter per tahun (mm/tahun), mil per tahun (mpy), atau gram per meter persegi per hari (g/m²/hari). Satuan ini mengukur kehilangan material atau kerapatan arus korosi.

Pengukuran elektro-kimia seperti kerapatan arus korosi $I_corr$ dinyatakan dalam mikroampere per sentimeter persegi (μA/cm²). Perhitungan laju korosi dari data elektro-kimia melibatkan penerapan hukum Faraday, yang menghubungkan arus dengan kehilangan material.

Faktor konversi tergantung pada material spesifik dan kondisi pengujian. Misalnya, kerapatan arus korosi 1 μA/cm² dapat berkaitan dengan laju korosi sekitar 0,01 mm/tahun untuk baja.

Interpretasi Data

Hasil pengujian diinterpretasikan dengan membandingkan laju korosi yang diukur atau kedalaman pitting terhadap kriteria penerimaan. Nilai ambang ditetapkan berdasarkan persyaratan layanan, kondisi lingkungan, dan spesifikasi material.

Misalnya, laju korosi yang melebihi 0,