Pitting Corrosion and Stress Corrosion Cracking in Stainless Steel


Pitting Corrosion and Stress Corrosion Cracking in Stainless Steel

Disusun oleh :

Ina Rotu Sofa              (G1F008063)

Siti Yohan Umayah    (G1F008056)

Yogi Wahyono            (G1F008016)

ABSTRAK

Terdapat lebih dari 100 Industri farmasi di Indonesia yang banyak berperan dalam produksi obat dan bahan obat. Dalam Pembuatan obat memang dibutuhkan keahlian khusus bertujuan agar obat yang dihasilkan mempunyai efektifitas yang maksimal dan acceptibilitas yang baik. Selain itu tak kalah pentingnya adalah yang berkaitan dengan material-material untuk pabrikasi dan hal-hal yang dapat berpeluang menjadi penghambat selama produksi obat berjalan. Apabila material pabrikasi tersebut mengalami korosi maka tujuan-tujuan diproduksinya obat tersebut tidak lagi tercapai. Korosi tidak bisa dihindari namun dapat dikendalikan. Oleh karena itu korosi merupakan faktor penting yang mempengaruhi keamanan, finansial losses, kontaminasi produk dan aspek good manifacturing product.

Korosi merupakan suatu reaksi dimana suatu logam dioksidasi sebagai akibat dari serangan kimia oleh lingkungan (uap air,oksigen di atmosfer, oksida asam yang terlarut dalam air). Beberapa jenis korosi diantaranya adalah pittng corrosion dan stress corrosion cracking. Duplex stainless steel merupakan salah satu material pabrikasi pada industri farmasi.

Kata Kunci : pittng corrosion, stress corrosion cracking, Duplex stainless steel, industri farmasi.

Ditinjau dari segi termodinamika, proses korosi adalah proses yang sangat bersifat alamiah. Pada dasarnya semua logam tidak stabil. Logam murni cenderung bereaksi dengan lingkungan dimana ia berada dan membentuk senyawa oksida atau karbonat yang lebih stabil. (Setyowati, 2008).

Jika dilihat dari sudut pandang kimia, korosi pada dasarnya merupakan reaksi logam menjadi ion pada permukaan logam yang kontak langsung dengan lingkungan berair dan oksigen. Dalam industri farmasi korosi bisa terjadi pada peralatan atau material pabrikasi dan akan menyebabkan kontaminasi produk dan costly. Untuk mencegah terjadinya korosi, maka pengetahuan sifat kimia dan fisika bahan obat dan logam yang digunakan dalam proses sangat dibutuhkan (Wahyu, 2012).

Korosi sangat penting dalam industri farmasi, terutama berkaitan dengan keamanan, finansial losses, kontaminasi produk dan aspek good manifacturing product.

Skala/rating untuk logam berdasarkan kecepatan terjadinya korosi yaitu :

  1. Excellent : kecepatan korosi kurang dari 5 mpy, logam kategori ini cocok untuk peralatan produksi dalam farmasi.
  2. Satisfactory : kecepatam korosi 5-50 mpy. Logam jenis ini biasa digunakan untuk bagian peralatan yang tidak kritis.
  3. Usually unsatisfactory : kecepatan korosi lebih dari 50 mpy. Kecepatan korosi diekspresikan sebagai bobot yang hilang per unit area per satuan waktu (gr2year-1) atau dapat juga dinyatakan mils penetration per year (mpy).

Jenis kerusakan yang terjadi tidak hanya tergantung pada jenis logam, keadaan fisik logam dan keadaan penggunaan-penggunaannya, tetapi juga tergantung pada lingkungannya. Ditinjau dari bentuk produk atau prosesnya, menurut Setyowati tahun 2008 korosi dapat dibedakan dalam beberapa jenis, di antaranya :

a. Korosi merata (uniform corrosion)

b. Korosi lubang (pitting)

c. Korosi celah (crevice corrosion)

d. Korosi galbani (galvanic corrosion)

e. Korosi selektif

f. Korosi antar kristal (intergranular corrosion)

g. Korosi lelah

h. Korosi tegang

i. Korosi erosi

  • Pitting corrosion

Korosi sumuran (pitting corrosion), korosi ini terjadi akibat adanya sistem anoda pada logam, dimana daerah tersebut terdapat konsentrasi ion Cl- yang tinggi. Korosi jenis ini sangat berbahaya karena pada bagian permukaan hanya lubang kecil, sedangkan pada bagian dalamnya terjadi proses korosi membentuk “sumur” yang tidak tampak.

Mekanisme korosi ini dapat dijelaskan dari Gambar 2.3 dibawah ini. Karena suatu pengaruh fisik maupun metalurgis (adanya presipitasi karbida maupun inklusi) maka pada permukaan logam terdapat daerah yang terkorosi lebih cepat dibandingkan lainnya. Kondisi ini menimbulkan pit yang kecil, pelarutan logam yang cepat terjadi dalam pit, saat reduksi oksigen terjadi pada permukaan yang rata. Pelarutan logam yang cepat akan mengakibatkan pindahnya ion Cl-. Kemudian didalam pit terjadi proses hidrolisis (seperti pada Crevice Corrosion) yang menghasilkan ion H+ dan Cl-. Kedua jenis ion ini secara bersama – sama mempercepat terjadinya pelarutan logam sehingga mempercepat terjadinya korosi.

Gambar 1. mekanisme korosi sumuran

Mekanisme reaksi yang terjadi yaitu:

Dengan adanya reaksi diatas pada daerah sekitar sumuran cenderung untuk menekan laju korosi karena daerah tersebut terpasifasi dengan naiknya pH akibat timbulnya ion OH-. Dengan kata lain sumuran secara katodik melindungi bagian lain dari permukaan baja. Terkadang pada dasar sumuran, terdapat larutan terlarut dari garamnya seperti kristal FeCl2.4H2O. Oleh karena korosi sumuran memiliki kecenderungan untuk terjadi dibawah permukaan sehingga mengakibatkan kerusakan yang lebih hebat dibandingkan dengan dipermukaan, sehingga dapat dikatakan korosi sumuran sebagai perioda perantara terjadinya korosi merata.

Macam-macam bentuk pitting. Berikut ini adalah macam-macam bentuk dari korosi sumuran:

Gambar 2. macam-macam bentuk korosi sumuran.

Stress corrosion cracking

Korosi retak tegang (SCC) adalah peristiwa pembentukan dan perambatan retak dalam logam yang terjadi secara simultan antara tegangan tarik yang bekerja pada bahan tersebut dengan lingkungan korosif. Proses korosi retak tegang (SCC) dapat terjadi dalam beberapa menit jika berada pada lingkungan korosif atau beberapa tahun setelah pemakaiannya. Hal ini terjadi karena adanya serangan korosi terhadap bahan. Korosi retak tegang (SCC) merupakan kerusakan yang paling berbahaya, karena tidak ada tanda-tanda sebelumnya.

Gambar 3. macam-macam stress corosi cracking

Dalam kondisi kombinasi antara tegangan (baik tensile, torsion, compression, maupun thermal) dan lingkungan yang korosif maka Stainless Steel cenderung lebih cepat mengalami korosi.

Karat yang menyebabkan berkurangnya penampang luas efektif permukaan Stainless Steel menyebabkan tegangan kerja (working stress) pada Stainless Steel akan bertambah besar. Korosi ini meningkat jika bagian yang mengalami tekanan (stress) berada di lingkungan dengan kadar klorida tinggi.

Pada tahun 1998, Zhang [6] melakukan penelitian tentang pengaruh ion borate terhadap korosi retak tegang pada material stainless steel 304 (UNS30400) yang disensitisasi pada sodium borate (Na2B4O7) cair, pada temperatur 950 C yang diamati pada percobaan Slow Strain Rate Testing (SSRT) dengan menggunakan sistem observasi dinamik. Pengaruh inhibitor dari ion borate (B4O72-) pada pemicu retak dihasilkan dari efek penahanan, pada saat pengasaman lokal membentuk lapisan pelindung. Konsentrasi (B4O72-) yang tersedia tidak menunjukkan pengaruh inhibitor pada kecepatan retak (CF). Ion hidroksil (OH-) juga memicu retak dengan mengikuti distribusi probabilitas eksponen dan kecepatan retak diikuti distribusi probabilitas Weibull.

Stainless steel ada 5 jenis, di antaranya adalah Austenitic Stainless Steel dan Duplex Stainless Steel. Austenitic SS mengandung sedikitnya 16% Chrom dan 6% Nickel (grade standar untuk 304), sampai ke grade Super Autenitic SS seperti 904L (dengan kadar Chrom dan Nickel lebih tinggi serta unsur tambahan Mo sampai 6%). Molybdenum (Mo), Titanium (Ti) atau Copper (Co) berfungsi untuk meningkatkan ketahanan terhadap temperatur serta korosi. Austenitic cocok juga untuk aplikasi temperature rendah disebabkan unsur Nickel membuat SS tidak menjadi rapuh pada temperatur rendah. Sedangkan Duplex SS seperti 2304 dan 2205 (dua angka pertama menyatakan persentase Chrom dan dua angka terakhir menyatakan persentase Nickel) memiliki bentuk mikrostruktur campuran austenitic dan Ferritic. Duplex ferritic-austenitic memiliki kombinasi sifat tahan korosi dan temperatur relatif tinggi atau secara khusus tahan terhadap Stress Corrosion Cracking. Meskipun kemampuan Stress Corrosion Cracking-nya tidak sebaik ferritic SS tetapi ketangguhannya jauh lebih baik (superior) dibanding ferritic SS dan lebih buruk dibanding Austenitic SS. Sementara kekuatannya lebih baik dibanding Austenitic SS (yang di annealing) kira-kira 2 kali lipat. Sebagai tambahan, Duplex SS ketahanan korosinya sedikit lebih baik dibanding 304 dan 316 tetapi ketahanan terhadap pitting coorrosion jauh lebih baik (superior) dubanding 316. Ketangguhannya Duplex SS akan menurun pada temperatur dibawah – 50oC dan diatas 300oC (Nugroho, 2008).

Materi utama pada konstruksi untuk alat proses dalam industri Farmasetika dan Bioteknologi adalah stainless steel austenit tipe 316L. Stainless steel tipe 316L mempunyai mikrostruktur yang terdiri dari fase austenit dan sedikit volume fase ferrit. Hal ini dapat dicapai dengan penambahan cukup nikel pada campuran untuk menstabilkan fase austenit. Komposisi Nikel pada SS 316L rata-rata adalah 10-11%. Stainless steel duplex memilki komposisi kimia yang disesuaikan untuk menghasilkan mikrostuktur yang fase ferrit dan austenitnya sama banyak. Baru-baru ini, muncul pula duplex stainless steel tipe 2205 sebagai material industri, yang merupakan stainless steel dengan pengurangan kandungan nikel 5% dan menyesuaikan penambahan Mangaan dan Nitrogen untuk menghasilkan ferrit kira-kira 40-50% (Fritz, 2011).

Jenis korosi yang paling umum terjadi pada stainless steel dalam aplikasi farmasi dan bioteknologi adalah korosi sumuran pada lingkungan bantalan-klorida. Peningkatan kadar Cr, Mo dan N di stainless steel duplex 2205 secara substansi lebih tahan terhadap korosi pitting dan korosi celah daripada 316 L. Resistensi pitting relatif dari stainless steel dapat ditentukan dengan mengukur suhu yang diperlukan untuk menghasilkan pitting (pitting suhu kritis) dalam larutan uji standar seperti besi klorida 6%. Stainless steel duplex 2205 memiliki suhu kritis pitting (CPT) di antara tipe 316 L dan Super austenitik stainless steel 6% Mo. Perlu dicatat bahwa pengukuran CPTs dalam larutan klorida memberikan peringkat yang dapat diandalkan dari ketahanan pitting klorida relatif, tetapi seharusnya tidak digunakan untuk memprediksi suhu pitting kritis dalam lingkungan bantalan-klorida lainnya (Fritz, 2011).

Pada suhu di atas 150oF (60oC) kombinasi dari tegangan tarik dan klorida dapat dengan mudah memecahkan kelas 316L. Mode katastropik serangan disebut korosi stres retak klorida dan harus dipertimbangkan ketika memilih bahan untuk proses stream panas. 316L tipe yang harus dihindari untuk aplikasi yang melibatkan klorida dan suhu 150oF dan lebih tinggi. 2205 duplex stainless steel tahan SCC (Stress Corrosion Cracking) dalam larutan garam sederhana sampai dengan suhu minimal 250 F (Fritz, 2011).

Perbandingan properti mekanik antara stainless steel duplex 2205 dengan austenit 316L:

Kesimpulan

Pitting Corrosion dan Stress corrosion cracking sering terjadi pada material pabrikasi industri farmasi yang terbuat dari stainless steel. Ketahanan jenis stainless steel jenis austenit dan duplex terhadap 2 jenis korosi tersebut dipengaruhi oleh kandungan/bahan penyusun stainless steel tersebut, dan juga lingkungan (seperti suhu dan pH).

 

REFERENSI

Badaruddin, Mohammad., Ahmad Suudi dan Arinal Hamni. 2006. Perilaku Korosi Retak Tegang Stainless Steel 304 Dalam Lingkungan Asam Sulfat Akibat Prestrain, dalam Makara Teknologi vol. 10 No. 2, November 2006, 67-71

Fritz, Jim. 2011. The Use of 2205 Duplex Stainless Steel for Pharmaceutical and Biotechnology Application. IMOA : London

Nugroho, Dipo. 2008. Klasifikasi Stainless Steel. http://prototyping.multiply.com, diakses tanggal 22 Mei 2012

Setyowati R, Suparni dan Sari Purnavita. 2008. Kimia Industri. Departemen Pendidikan Nasional : Jakarta

Wahyu K, dhadhang dan teuku nanda. 2012. Teknologi Sediaan Farmasi. Laboratorium Farmasetika Unsoed : Purwokerto

Zhang, Y.L. Chiang, M.A. Streicher, NACE International 39 (1998) 114-119

About these ads
This entry was posted in TSF Mahasiswa 2009. Bookmark the permalink.

12 Responses to Pitting Corrosion and Stress Corrosion Cracking in Stainless Steel

  1. danu says:

    kalo mekanisme sensitisasi pada stainlees steel……apa artikel tersebut termasuk juga

  2. yogi wahyono (G1f008016) says:

    saya akan menjawqab pertanyaan yohan
    jadi Pencegahan korosi didasarkan pada tiga prinsip, yaitu

    – Mencegah kontak dengan oksigen dan/atau air
    Korosi besi memerlukan oksigen dan air. Bila salah satu tidak ada, maka peristiwa korosi tidak dapat terjadi. Korosi dapat dicegah dengan melapisi besi dengan cat, oli, logam lain yang tahan korosi (logam yang lebih aktif seperti seg dan krom). Penggunaan logam lain yang kurang aktif (timah dan tembaga) sebagai pelapis pada kaleng bertujuan agar kaleng cepat hancur di tanah. Timah atau tembaga bersifat mampercepat proses korosi.
    – Perlindungan katoda (pengorbanan anoda)
    Besi yang dilapisi atau dihubugkan dengan logam lain yang lebih aktif akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katoda. Di sini, besi berfungsi hanya sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen. Logam lain berperan sebagai anoda, dan mengalami reaksi oksidasi. Dalam hal ini besi, sebagai katoda, terlindungi oleh logam lain (sebagai anoda, dikorbankan). Besi akan aman terlindungi selama logam pelindungnya masih ada / belum habis. Untuk perlindungan katoda pada sistem jaringan pipa bawah tanah lazim digunakan logam magnesium, Mg. Logam ini secara berkala harus dikontrol dan diganti.
    – Membuat alloy atau paduan logam yang bersifat tahan karat, misalnya besi dicampur dengan logam Ni dan Cr menjadi baja stainless (72% Fe, 19%Cr, 9%Ni).

  3. yogi wahyono (G1f008016) says:

    buat : ning us
    saya akan menjawab pertanyaan anda.
    emank alat-alat di industri farmasi banyak banget…
    di mulai dari alat pembuatan tablet, alat pencampuran bahan obat, alat peyaringan, dan alat-alat lain nya.
    yang pasti di industri farmasi alat yang terbuat dari bahan besi atau stainless stell jika tidak di rawat dengan baik maka akan mengakibatkan korosi. sehingga untuk alat2 yang terbuat dari besi atau stainless stell harus dirawat dengan baik agar peristiwa korosi dapar hindari

  4. Yohan Budhi A. (G1F009018) says:

    mw tnya gmn sh cara menghindari / meminimalisir timbulnya korosi?

    jgn lupa komentnya y dartikel kami : http://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2012/05/24/mengenal-metode-pengeringan-dalam-bidang-farmasi/#more-1030

  5. siti yohan umayah (G1F008056)
    mencoba menjawab pertanyaannya rosdiana, di atas sudah ada informasi bahwa ketangguhan Duplex Stainless Steel (SS) terhadap korosi sumur akan menurun pada temperatur dibawah – 50oC dan diatas 300oC. Selama proses fabrikasi, beberapa fasa sekunder akan mengendap dalam duplex karena perlakuan panas yang salah, biasanya rentang suhu 300o-1000oC, seperti secondary austenit, sigma,chi,alfa primer, yang dapat merusak ketangguhan dan ketahanan korosi. Dan menurut Saefudin (2008) dalam jurnal pengaruh suhu pemanasan terhadap sensitisasi pada baja stainless steel 304, bahwa SS jenis austenitik (misal tipe 304) di pasaran banyak digunakan sebagai wadah yang dialiri fluida korosif baik suhu kamar maupun suhu tinggi (sampai 1100oC). jika suhu di atas 1100oC, maka akan mudah mengalami sensitisasi dan terkena korosi. semoga dapat menambah informasi.

  6. Ina Rotu Sofa (G!F008063) says:

    terimakasih atas pertanyaannya..
    saya akan mencoba menjawab pertanyaan dari saudari luthfiyah..
    secara umum jenis-jenis korosi terdiri dari :
    1. uniform corrosion
    uniform corrosion dapat terjadi karena rusaknya seluruh atau sebagian. korosi ini terjadi umumnya disebabkan oleh cairan atau larutan asam kuat atau alkali panas. korosi uniform dapat menyebabkan berkurangnya dimensi permukaan logam secara merata.
    2. pitting corrosion
    korosi berupa lubang-lubang kecil sebesar jarum, dimana dimulai dari korosi lokal. korosi ini terjadi pada beberapa kondisi pada lingkungan dengan pH rendah, temperatur moderat dan konsentrasi klorida yang cukup tinggi (misal NaCl atau garam air laut). pada pitting corrosion ketika lubang kecil terbentuk, maka lubang ini akan terus berkembang (lebih besar dan dalam), meskipun kondisi stainless steel tersebut sangat tertutup atau tidak dapat tersentuh sama sekali.
    3. cresive corrosion
    korosi jenis ini sering terjadi di daerah yang kondisi oksidasi terhadap krom (Cr) SS sangat rendah atau bahkan tidak ada sama sekali (miskin oksigen).cresive corrosion dapat dipandang sebagai pitting corrosion yang lebih berat/hebat dan terjadi pada suhu di bawah temperatur moderat yang biasa menyebabkan pitting corrosion.
    4. stress corrossion cracking
    kororsi ini dapat terjadi pula misal pada pin, baut-mur dengan lubangnya/dudukannya. korosi ini meningkat jika bagian yang mengalami tekanan (stress) berada di lingkungan dengan kadar klorida tinggi.
    5. galvanic corrosion
    terjadi disebabkan oleh sambungan dissimilar material (2 material yang berbeda terhubung secara elektris/tersambung misal baut dengan mur) dan/atau terendam dalam larutan elektrolit, sehingga dissimilar material tersebut menjadi semacam sambungan listrik.

    semoga penjelasan tersebut bisa menjawab pertanyaannya ya saudari luthfi..

  7. mau nanya nih kaka,,
    tadi kan katanya Pitting Corrosion dan Stress corrosion cracking sering terjadi pada material pabrikasi industri farmasi yang terbuat dari stainless steel,, itu biasanya terjadi pada alat apa aja ya? berhubung di industri farmasi sendiri kan alatnya banyakk
    makasii
    ^gumawo^ :D

  8. luthfiyah says:

    tolong jelasin dong jenis-jenis korosi yang tadi disebutin di atas??
    lebih lengkapnya lagi …

  9. rosdiana sari / G1F008069 says:

    mau tanya yaaa,,,
    brpa sih rentang suhu yg diperlukan sehingga bs terjadi Resistensi pitting relatif dari stainless steel,,,?

  10. terimakasih atas pertanyaannya…
    saya kan mencoba menjawab pertanyaan dari saudari soraya..
    korosi pada komponen-komponen peralatan di pabrik farmasi dapat menimbulkan kerugian-kerugian antara lain :
    1. kororsi dapat menyebabkan terjadinya gangguan berupa terjadinya hubungan pendek (konsluiting) yang dapat mengarah pada terjadinya kecelakaan.
    2. korosi yang terjadi pada peralatan merupakan salah satu sumber yang dapat memicu kegagalan operasional, keselamatan kerja pada suatu industri dan kegagalan produk (mencemari produk).
    3. korosi dapat menimbulkan kerugian ekonomi akibat berkurangnya masa produktif peralatan.
    4. korosi pada peralatan akan menyebabkan kontaminasi produk dan costly.
    oleh karena itu untuk mencegah terjadinya korosi maka pengetahuan tentang sifat kimia dan sifat fisika bahan obat dan logam yang digunakan dalam proses sangat dibutuhkan.

    terimakasih atas komentarnya mas adi.. semoga bermanfaat

    Ina Rotu Sofa (G1F008063)

  11. adi says:

    info yg menarik,,,, dan ternyata farmasis juga ahli antikarat ya… :D

  12. soraya says:

    mau tanya dong,,
    emang klo ada korosi di pabrik farmasi knp? :D

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s