Rangkuman Diskusi Mailing List Migas Indonesia – Mei 2003

 

Sumber: www.migas-indonesia.com/files/article/Stainless_Material.doc

 

Pertanyaan :
(Agus Rusmiaji – Pauwels Travo Asia)

 

Apakah stainless steel 304 & 316 itu pasti mempunyai sifat A MAGNET?

 

 

Tanggapan 1 :
(Rudi S Rachmat – MIDC)

 

Stainless steel 304 dan 316 termasuk jenis austenitic stainless steel yang tidak bersifat magnetis karena pengaruh kandungan unsur Nickel antara 8 -13 mass%. Mekanisme austenitic stainless steel tidak bersifat megnetik yaitu unsur Nickel yang berkisi FCC mempromote terbentuknya phasa austenit dengan cara merubah phasa feritic(BCC) menjadi phasa gama (FCC) austenit.

 

alpha (BCC) + Ni (FCC) –> Gama (FCC) Austenit

 

Batas minimum kestabilan phasa austenit untuk karbon = 0.03%, Chrom 17 – 21% dan Molibdenum = 2-3% untuk austenitic stainless steel, yaitu minimum kandungan Nickel 8%. Semakin banyak unsur Nickel maka semakin luas phasa austenit atau semakin stabil phasa austenit, oleh karena itu stainless steel tersebut semakin semakin ulet dan tahan magnit. Semakin sedikit kandungan Nickel di stainless steel atau kurang dari 8% maka semakin mempromote terbentuknya phasa ferit yang bersifat magnetik. Unsur unsur yang mempromote terbentuknya phasa ferit yaitu C, Cr, Mo dan unsur-unsur pembentuk karbida lainnya.

 

>Apakah stainless steel 304 & 316 itu pasti mempunyai sifat A MAGNETIS?

 

Lazimnya stainless steel 304 & 316 bersifat tidak magnetik, oleh karena itu pemesan 304 &316 selalu membawa magnet untuk mengecek hasilnya. Kenyataanya, dilapangan saat pembuatan autenitic stainless steel agak susah. Contoh, hasil pemeriksaan spectrometer sedikit kelebihan unsur C, untuk mencapai target komposisi C tersebut caranya diholding , sedangkan temperatur pembuatan sekitar 1650 C, kalau diholding lama ada unsur lain masuk dari lining. Atau kandungan Nickel banyak lossesnya pada saat peleburan maka austenitic stainless steel yang bersifat non magnetik tidak terjadi. Oleh karena itu pengendalian komposisi, temperatur, atmosfir tungku peleburan, proses, SDM dan peralatan sangat menentukan keberhasilan pembuatan stainless steel.

 

Ada kasus yang bagus di kota Toms, Siberia, Rusia. Dengan kondisi ekonomi yang serba terbatas, tetapi SDM yg kuat, disiplin keras dalam proses dan pemelihara peralatan yang teratur dan benar. Hasil stainless steel buatan Toms kualitasnya bisa diandalkan.

 

 

Tanggapan 2 :
(Agus Rusmiaji – Pauwels Travo Asia)

 

Terima kasih atas jawaban yang bapak berikan. Pertanyaan tambahan dari saya adalah;

Okey dilapangan kita sudah mendapatkan st-steel 304 & 316 yang A- Magnetis (dengan menggunakan magnet untuk mengeceknya). Pertanyaan saya: Apakah sifat A-magnetis dari st-steel ini bisa berganti menjadi sifat magnetisbila material ini di gabungkan / di sambung dengan mild-steel biasa melalui proses pengelasan (electric welding)?

 
 

 

Tanggapan 3 :
(Rudi S Rachmat – MIDC)

 

Untuk dibase metal stainless steel yang mempunyai sifat non magnetik, diposisi yang jauh dari efek las… sifatnya akan tetap non magnetik… Tetapi didaerah lasan dan HAZ… little bit complicated… karena ada penambahan logam tambah (filler metal)… komposisi logam las… prosedur pengelasan… Pre-Heat…PWHT…akan mempengaruhi sifat mekanik, sifat fisik termasuk struktur…. Seperti yang telah saya paparkan terdahulu… apabila.. pengelasannya komposisinya tidak sama dengan base metal stainless steel… kecenderungannya non magnetic berubah menjadi magnetik di daerah lasan … sangat mungkin terjadi karena C, Si, Cr dan unsur pembentuk karbida… yang terkandung di filler metal akan mempromote fasa ferit yang bersifat magnetik…. belum perbedaan struktur oleh karena itu memerlukan PWHT dll.

 

Nah sekian dulu dari saya….mudah mudahan ada manfaatnya. Karena pertanyaan ini terkait ke bidang pengelasan…. Silahkan moderator bidang pengelasan dan para ahlinya untuk menambahkan

 

 

Tanggapan 4 :
(Farid Moch. Zamil – Mexo Inoxprima)

 

Saya hanya ingin menambahkan apa yang telah disampaikan oleh Pak Rudi Rahmat untuk masalah stainless steel yang mempunyai sifat non magnetic dampaknya terhadap pengelasan (welding). Dari paparan yang telah disampaikan oleh Pak Rudi jelas type AUSTENITIC – NON MAGNETIC dan perlu diketahui juga bahwa semua jenis Stainless steel dapat disambung dan diperbaiki dengan berbagai proses pengelasan. Faktor utama yang perlu diperhatikan adalah KETAHANAN KOROSI DI DAERAH LAS (WELD) dan HEAT AFFECTED ZONE (HAZ). Perlu diingat juga AUSTENITIC pada umumnya memiliki struktur FASA TUNGGAL dengan adanya fasa tunggal inilah selama pengelasan akan dapat terbentuk KRISTAL FERRITE dimana fasa ferrit akan dapat membentuk ASA MAGNETIK dalam matriks FASA NON MAGNETIK akibatnya dengan adanya fasa non magnetik akan mengalami penurunan terhadap ketahanan KOROSI pada bagian tersebut. Perlu diketahui juga memilih filler metal yang akan digunakan untuk melakukan penyambungan atau perbaikan pada material yang SIMILAR ataupun DISSIMILAR harus selektip. Kebanyakan komposisi filler metal diatur oleh manufacturer (pabrik pembuat kawat las) karena kebanyakan kawat las yang dibuat pada saat menghasilkan DEPOSITE WELD mikrostrukturnya mengandung FERRITE. Ferrite yang terbentuk oleh pabrik pembuat kawat las Cr dan Mo dijaga pada prosentase yang tinggi didalam kisaran range yang diijinkan, sedangkan AUSTENITE forming element seperti Ni dijaga tetap rendah. Nah untuk mengukur terjadi FERRIT ( MAGNETIK ) sebelum pengelasan kita tentukan FERRITE NUMBER ( FN ) dengan perhitungan SCHAEFFLER – DELONG, ESPY atau WRC 92. Lebih-lebih yang DISSIMILAR joint.

 

 

Tanggapan 5 :
(Deny Mulya Nugraha – McDermott Indonesia)

 

Berikut kutipan artikel yg pernah saya baca:

“In the annealed condition all (austenitic SS) are essentially non-magnetic, but some may slightly magnetic by cold working.”

 

Bila hal tersebut benar, saya menduga dengan adanya cold working tsb mengakibatkan transformasi fasa austenite menjadi fasa lain yg bersifat magnetik. Keumungkinan ini terjadi hanya untuk kasus-kasus tertentu dimana kondisinya memenuhi syarat untuk terjadinya transformasi fasa tsb. Dugaan ini mengambil analogi TRIP (TRansformation Induced Plasticity) steel, dimana terjadi transformasi fasa pada retain-austenite menjadi martensite akibat deformasi yg dialami.

 

Sekali lagi..sekedar menduga…

 

 

Tanggapan 6 :
(Ananto Wardono – Unilever)

 

Dear Pak Farid,

Ada sedikit tulisan Pak Farid yang membuat saya bingung :

 

Pertama :

 

Selama pengelasan akan terbentuk Kristal ferit, sepengetahuan saya fasa untuk stainless steel adalah austenit dengan komposisi 18% Ni dan 8 % Cr (AISI 304 Detail lihat Handbook). Kristal Ferit kalau kita lihat didiagram fasa Fe-Fe3C jika Fe memiliki carbon content maksimum 0.025% (Fe Base).

 

Refer pada teori diatas, Stainless yang berfasa Austenit, akan berubah menjadi fasa Ferit jika ada difusi Nickel (Ni) danCarbon sampai batas diatas (%C < 0.025% dan Nickel <0.001%). Saya kira untuk Nickel difusion distainless steel sangat susah (Difusi Substitusi), karena diameter atom Ni & Fe hampir sama. Jadi pembentukan kristal ferit sebagai product after pengelasan untuk stainless steel tidak mungkin. Atau yang dimaksud Pak Farid adalah untuk Dissimilar Welding antara Stainless Steel (AISI 304) dengan HSLA atau steel Biasa. Kalau kasus ini pembentukan fasa ferit didaerah HAZ Base steelnya mungkin karena Perbedaan konsentrasi carbon di steel (0.3 % C) – stainless steel (0.03%) dan Panas yang tinggi diHAZ akan mendorong difusinya carbon dari HAZ Steel ke sisi Stainless steel dan membentuk CrCarbida diHAZnya stainless steel. Daerah diHSLA atau steel yang kadar karbonnya minimum(< 0.025 %) akibat difusi menjadi berfasa ferit. Akibatnya strenght di Steel (HAZ) turun.

 

Kedua :

 

Yang kedua hubungan antara fasa magnetik ke Corrosion resistant. Menurut pendapat saya – yang menyebabkan corrosion resistent distainless steel turun, contoh : AISI 304 adalah difusinya carbon ke batas butis austenit dan membentuk ikatan metalurgi M23C6. Hal ini mengakibatkan fungsi Cr Oxide sebagai corrosion barrier hilang akibat reaksi diatas. Untuk itulah kenapa ada AISI 316L yang kadar karbonnya <0.03%

 

Mohon kiranya jika tulisan saya salah dikoreksi oleh teman-teman sekalian.

 

 

Tanggapan 7 :
(Mohamad Isa Ansori – Pertamina UP VI Balongan)

 

Kenyataannya memang demikian Pak Ananto, saya juga heran.

Saya jumpai pada produk lasan sesama SS 321 ternyata sedikit magnetic walaupun base metalnya tidak magnetic. Kawat las yang dipakai juga SS321. Sudah sesuai WPSnya

 

Saya juga coba check pada coran SS321 (body valve) ternyata juga sedikit magnetik.

 

 

Tanggapan 8 :
(Ananto Wardono – Unilever)

 

Dear Pak Isa,

SS 321 bersifat sedikit magnetik memang masuk akal, Fasa Austenit disteel jika dikenai deformasi secara kejut (Kesempatan untuk difusi diminimize) akan mengalami mekanisme geser dan transfer ke Martensit – magnetik.

 

Kalau tidak salah di ITB pernah ada penelitian tentang ini salah satu aplikasinya TRIP Steel. Tetapi yang menjadi concern saya dibawah adalah transformasi dari Austenit ke Ferit pada pengelasan stainless steel & Sifat Magnetik terhadap efek korosi.

 

 

Tanggapan 9 :
(Farid Moch. Zamil – Mexo Inoxprima)

 

Dear Pak Isa
Coba Pak Isa tanya berapa FN (Ferrite content yang ada pada kawat tersebut)?
Kalau ada unsur FASA FERRITE sedikit banyak akan terdeteksi oleh MAGNET.
Adapun fenomena terbentuknya FASA FERRITE lihat penjelasan yang telah saya
kirim dibeberapa rekan milis yang lainnya.

Selain itu untuk material ini ada tambahan unsur titanium, columbium dan
tantalum kecenderungan pengelasan materil ini akan membentuk KARBIDA CHROM
 Cr23 C6) merupakan bentuk terlarutnya unsur KARBON dalam AUSTENITIC untuk
mengikat CHROM.

 

Tanggapan 10 :
(Farid Moch. Zamil – Mexo Inoxprima)

 

Dear Pak Ananto,

Perlu ada koreksi Stainless steel komposisinya 18 % Cr dan 8% Ni.
Mikrostruktur pada stainless stell tergantung pada penstabil FERRIT dan AUSTENITE. Penstabil FERRIT meliputi : Chromium (Cr), Mo ( Nb atau Cb = penstabil Niobium) dan titanium (Ti). Penstabil Austenite meliputi : Ni ; Mn ; Cu dan N (nitrogen).

Dari keterangan diatas Iron nickel dengan adanya penambahan chromium akan
dapat membuat tranformasi ke ferrite (Coba Pak Ananto baca Welding Metallurgy Of Stainless Steel by Welding Institute Of Canada) selain itu struktur yang terbentuk dalam logam las merupakan keseimbangan unsure penstabil ferrite dan austenite.

Masalah lain pada pengelasan Austenitik Stainless Steel adalah RETAK PANAS ( HOT SHORT CRACK ) terjadi bila logam yang dihasilkan AUSTENITIK PENUH artinya tidak ada DELTA FERRITE yang terbentuk. Retak panas ini terjadi pada temperature 1300° – 1400° C. Untuk mencegah retak panas unsur delta ferrite inilah perlu dimasukkan. Kalau boleh saya pinjam penjelasan saya terdahulu (Perlu diketahui juga memilih filler metal yang akan digunakan untukmelakukan penyambungan atau perbaikan pada material yang SIMILAR ataupun DISSIMILAR harus selektip. Kebanyakan komposisi filler metal diatur oleh manufacturer (pabrik pembuat kawat las) karena kebanyakan kawat las yang dibuat pada saat menghasilkan DEPOSITE WELD mikrostrukturnya mengandung FERRITE) sedikitnya diperlukan 3 – 8% delta ferrite untuk mencegah terjadinya RETAK PANAS. Coba Pak ananto analisa kawat las yang bapak pakai berapa ferrite content yang terdapat pada kawat las tersebut ? rata-rata 3 – 4 % Ferrite contentnya. Ada sih yang Ferrite content nya NOL tetapi setelah
diweld akan ada Ferrite contentnya. SELAMAT MENCOBA.

Salah satu penyebab dari turunnya corrosion resistant adalah KARBIDA juga
KANDUNGAN FERRITE. Coba Pak Ananto Baca disemua hand book stainless steel dan literaruter welding metalurgi lainnya sifat dari FASA FERRITE kalau saya boleh pinjam penjelasan dari Pak Rudi mengenai sifat dari FASA FERRITE ( pengelasannya
komposisinya tidak sama dengan base metal stainless steel… kecenderungannya non magnetik berubah menjadi magnetik di daerah lasan … sangat mungkin terjadi karena C, Si, Cr dan unsur pembentuk karbida… yang terkandung di filler metal akan mempromote fasa ferit yang bersifat magnetik)

Demikian pencerahan yang bisa saya sampaikan dan apa yang telah dipaparkan
oleh Pak Ananto adalah salah satu bagian dari sifat-sifat AUSTENITIK STAINLESS STEEL.

 

 

Tanggapan 11 :
(Ananto Wardono – Unilever)

 

Dear Pak Farid,
Terimakasih atas pencerahannya, Nggak salah memang Komunitas Migas-Indonesia memilih Pak Farid sebagai moderator Migas Indonesia.

Pak, saya hanya coba mengingat tentang Phase Transformastion refer to Hukum Fick 1 dan 2 dan menghubungkan dengan penjelasan Pak Farid tentang pembentukan Ferit :

1. Driving force process difusi adalah Panas (Heat input dari process welding) & Perbedaan konsentrasi (%wt atom).
   
2. Heat input dari welding mengakibatkan Cr berdifusi.
   
3. Daerah yang kaya Cr transform dari austenite ke Ferit karena Cr penyetabil ferit.
   

Nah, Pak sekarang saya baru jelas.