Korosi di berbagai lingkungan – korosi lingkungan pada logam dan baja

Korosi lingkungan mencakup proses degradasi logam dan paduan yang terjadi di bawah pengaruh kondisi lingkungan seperti atmosfer, air laut, air tawar, tanah, dan lingkungan klorida, asam, dan basa. Korosi logam tidak hanya bergantung pada jenis material tetapi juga pada lingkungan tempat material tersebut beroperasi. Baja dengan kualitas yang sama dapat mempertahankan ketahanan tinggi selama bertahun-tahun dalam kondisi atmosfer yang ringan, tetapi di lingkungan yang mengandung klorida, asam, suhu tinggi, atau endapan, baja tersebut dapat mengalami korosi lokal atau umum yang intens. Lingkungan korosif menentukan, antara lain, stabilitas lapisan pasif baja tahan karat, laju reaksi elektrokimia, dan potensi terjadinya korosi lubang, korosi celah, korosi galvanik, korosi mikroba (MIC), dan korosi tegangan (SCC). Oleh karena itu, pemilihan material yang tepat memerlukan analisis tidak hanya terhadap kualitas baja dan komposisi kimianya tetapi juga terhadap kondisi operasi yang sebenarnya.

Lingkungan korosif dan mekanisme korosi

Istilah-istilah seperti korosi laut, korosi atmosfer, korosi tanah, atau korosi dalam air terutama menggambarkan lingkungan korosiHal ini tidak boleh disamakan dengan mekanisme atau bentuk kerusakan seperti korosi lubang, korosi celah, korosi galvanik, atau korosi intergranular.
Beberapa mekanisme korosi dapat terjadi secara bersamaan dalam satu lingkungan. Misalnya, keberadaan klorida dalam air laut dapat memicu korosi lubang dan korosi celah pada baja tahan karat, kontak logam yang berbeda dapat menyebabkan korosi galvanik, biofilm dapat berkontribusi pada perkembangan korosi mikroba (MIC), dan kombinasi yang tepat antara tegangan, suhu, dan lingkungan klorida dapat menyebabkan retak korosi tegangan (SCC).

Korosi di lingkungan laut

Lingkungan laut merupakan salah satu lingkungan operasi yang paling menantang bagi banyak material struktural. Air laut mengandung sejumlah besar klorida, yang dapat mengganggu lapisan pasif baja tahan karat dan mendorong perkembangan korosi lubang dan korosi celah.

Namun, kondisi korosi tidak seragam di seluruh struktur kelautan. Material yang terendam air secara permanen berperilaku berbeda, beroperasi di zona pasang surut, dan di zona percikan atau atmosfer pesisir. Suhu, kecepatan air, oksigenasi, biofilm, sedimen, dan kontak dengan logam lain juga berperan.
Dalam aplikasi kelautan yang lebih menuntut, alih-alih baja austenitik standar, baja dupleks dan superdupleks, digunakan baja austenitik paduan tinggi tipe 6Mo dan paduan nikel yang dipilih secara tepat.

Korosi atmosfer

Korosi atmosfer terjadi pada permukaan logam yang terpapar atmosfer dan lapisan uap air yang terbentuk di atasnya. Intensitas proses ini terutama bergantung pada waktu pembasahan permukaan, kelembapan, suhu, dan keberadaan garam serta kontaminan.
Atmosfer pedesaan dengan tingkat polusi rendah biasanya jauh lebih tidak agresif dibandingkan atmosfer industri atau pesisir. Di dekat laut, semprotan garam berkontribusi terhadap klorida, sedangkan di lingkungan industri, senyawa sulfur dan polutan lainnya dapat memainkan peran tambahan.
Debu, garam, dan kontaminan lainnya dapat menahan kelembapan dan menciptakan kondisi lokal yang kondusif untuk korosi. Oleh karena itu, kondisi permukaan, desainnya yang memungkinkan pembilasan alami, dan pembersihan berkala dapat secara signifikan memengaruhi daya tahan komponen.

Korosi tanah

Tanah merupakan lingkungan yang sangat kompleks dan heterogen. Korosi pada struktur bawah tanah dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kelembaban, komposisi kimia tanah, kandungan klorida dan sulfat, pH, konduktivitas listrik, ketersediaan oksigen, aktivitas mikroba, dan keberadaan arus liar.
Heterogenitas tanah dapat menyebabkan perbedaan lokal dalam kondisi elektrokimia pada permukaan komponen yang sama. Perhatian khusus harus diberikan pada pipa, tangki, struktur bawah tanah, dan titik transisi antara berbagai jenis tanah.
Untuk struktur yang terkubur, pemilihan material hanyalah salah satu elemen perlindungan. Tergantung pada struktur dan kondisinya, lapisan pelindung yang sesuai, perlindungan katodik, dan pengendalian arus liar juga digunakan.

Korosi pada air tawar dan air industri

Istilah "air" tidak menggambarkan satu lingkungan korosif tunggal. Air minum, air sungai, air sumur, air pendingin, air boiler, dan air proses dapat sangat bervariasi dalam komposisi kimia dan agresivitasnya.
Parameter terpenting meliputi kandungan klorida, pH, suhu, oksigenasi, kesadahan, konduktivitas, keberadaan sedimen, dan keberadaan inhibitor, biosida, dan aditif teknologi lainnya. Kondisi aliran juga penting. Stagnasi dapat mendorong pembentukan sedimen, biofilm, dan perbedaan oksigenasi lokal, sementara laju aliran yang sangat tinggi dalam kondisi tertentu dapat meningkatkan risiko erosi dan korosi erosif.
Dalam kasus baja tahan karat, perhatian khusus harus diberikan pada klorida. Seiring peningkatan konsentrasi dan suhu, risiko korosi lokal meningkat, dan ketahanan material terhadap korosi lubang dan korosi celah, serta parameter seperti PREN, CPT, dan CCT, menjadi semakin penting.

Korosi di lingkungan klorida

Klorida merupakan salah satu faktor terpenting yang membatasi penggunaan baja tahan karat. Klorida dapat secara lokal mengganggu kestabilan lapisan pasif dan menyebabkan timbulnya korosi lubang dan korosi celah. Dalam kondisi tertentu, klorida juga dapat berkontribusi pada retak korosi tegangan (SCC).
Risiko tidak dapat dinilai hanya berdasarkan konsentrasi klorida. Suhu, pH, potensial elektrokimia, keberadaan celah dan sedimen, serta kondisi permukaan semuanya merupakan faktor penting. Oleh karena itu, konsentrasi klorida yang diperbolehkan untuk spesies tertentu bukanlah nilai tunggal dan universal yang berlaku dalam semua kondisi.
Ketahanan baja tahan karat terhadap korosi lokal di lingkungan klorida meningkat terutama dengan kandungan kromium, molibdenum, dan nitrogen yang sesuai. Indeks PREN digunakan untuk perbandingan material awal, sedangkan ketahanan laboratorium terhadap inisiasi korosi lokal dapat dikarakterisasi lebih lanjut menggunakan CPT dan CCT.

Korosi di lingkungan asam

Lingkungan asam dapat menyebabkan korosi umum yang parah jika lapisan pasif material tidak stabil dalam kondisi tertentu. Namun, tidak ada satu pun "ketahanan asam" yang universal. Perilaku material bergantung pada jenis asam, konsentrasinya, suhu, keberadaan oksigen dan oksidan lainnya, serta kontaminan, termasuk ion klorida.
Asam sulfat, asam klorida, asam fosfat, asam nitrat, asam asetat, dan asam format menciptakan lingkungan korosif yang berbeda. Suatu material yang sangat tahan terhadap satu asam belum tentu menunjukkan ketahanan yang sama terhadap asam lainnya. Asam klorida sangat agresif terhadap banyak baja tahan karat karena menggabungkan lingkungan asam dengan aktivitas klorida yang tinggi.
Oleh karena itu, ketika memilih material untuk digunakan dalam lingkungan asam, perlu mempertimbangkan sistem spesifiknya: material – asam – konsentrasi – suhu – kontaminan. Dalam praktiknya, diagram isokorosi digunakan, antara lain, untuk menentukan laju korosi tergantung pada suhu dan konsentrasi medium yang diberikan.

Korosi di lingkungan basa

Banyak baja tahan karat menunjukkan ketahanan yang baik terhadap lingkungan basa sedang, tetapi basa dengan konsentrasi tinggi, terutama pada suhu tinggi, dapat bersifat agresif. Jenis basa, konsentrasinya, suhu, dan keberadaan pengotor tambahan merupakan faktor penting.

Salah satu contohnya adalah natrium hidroksida (NaOH), yang digunakan dalam banyak proses kimia. Tergantung pada konsentrasi dan suhu, material yang dipilih secara tidak tepat dapat rentan terhadap korosi yang dipercepat atau bentuk-bentuk tertentu dari retak korosi tegangan. Seperti halnya lingkungan asam, penilaian ketahanan harus didasarkan pada kondisi proses spesifik, bukan hanya istilah "lingkungan basa".

Korosi pada gas dan gas buang

Lingkungan gas dan gas buang dapat menyebabkan korosi pada logam baik dalam kehadiran uap air dan kondensat, maupun pada suhu tinggi. Tingkat agresivitas lingkungan ditentukan oleh faktor-faktor seperti suhu, kandungan uap air, oksigen, senyawa sulfur, klorin, dan komponen gas lainnya, serta potensi kondensasi pada permukaan logam. Area di mana suhu permukaan turun di bawah titik embun dan terbentuk kondensat yang mengandung produk pembakaran terlarut dapat sangat berbahaya. Tergantung pada kondisinya, korosi umum, lokal, kondensasi, dan korosi suhu tinggi dapat terjadi. Pemilihan material memerlukan pertimbangan komposisi gas, suhu operasi, dan suhu permukaan komponen.

Korosi pada sistem pembuangan air limbah dan selokan

Air limbah dan sistem pengolahan air limbah menciptakan lingkungan korosif yang kompleks, di mana klorida, sulfat, sulfida, senyawa organik, pH yang bervariasi, sedimen, dan mikroorganisme dapat hidup berdampingan. Yang sangat penting adalah potensi korosi mikroba (MIC) dan pembentukan hidrogen sulfida (H₂S) dalam kondisi anaerobik. Di ruang di atas air limbah, H₂S dapat dioksidasi oleh proses biologis menjadi senyawa yang menciptakan lingkungan yang sangat asam, yang merupakan masalah yang sangat signifikan bagi komponen beton dan logam dari infrastruktur pengolahan air limbah. Media yang stagnan, sedimen, biofilm, dan perbedaan oksigenasi dapat lebih meningkatkan korosi lokal. Pemilihan material harus mempertimbangkan komposisi air limbah aktual, suhu, pH, klorida, senyawa sulfur, kondisi aliran, dan aktivitas mikrobiologis.

Korosi di lingkungan kimia dan petrokimia

Instalasi kimia dan petrokimia termasuk di antara lingkungan korosif yang paling beragam. Material dapat bersentuhan dengan asam, basa, klorida, hidrogen sulfida (H₂S), karbon dioksida (CO₂), senyawa sulfur, pelarut, air proses, dan campuran berbagai bahan kimia. Kondisi ini dapat menyebabkan korosi umum dan lokal, retak korosi tegangan (SCC), korosi di bawah endapan, dan mekanisme lain yang bergantung pada proses. Ketahanan material ditentukan tidak hanya oleh komposisi kimia medium tetapi juga oleh konsentrasi, suhu, tekanan, kadar air, aliran, kontaminan, dan tegangan di dalam struktur. Dalam lingkungan yang lebih agresif, baja dupleks dan superdupleks, baja austenitik paduan tinggi, dan paduan nikel yang dipilih dengan tepat digunakan selain baja tahan karat standar. Pemilihan material harus selalu didasarkan pada kondisi proses aktual, karena istilah umum "lingkungan kimia" atau "petrokimia" tidak memungkinkan penilaian tunggal terhadap risiko korosi.

Faktor-faktor terpenting yang menentukan agresivitas lingkungan

Terlepas dari jenis lingkungannya, ada beberapa parameter yang memiliki pengaruh sangat kuat terhadap jalannya proses korosi:

• suhu – peningkatan suhu seringkali mempercepat reaksi elektrokimia dan dapat mengurangi ketahanan terhadap korosi lokal,
• pH – memengaruhi stabilitas lapisan pasif dan jalannya reaksi elektrokimia,
• klorida dan halida lainnya – merupakan salah satu faktor terpenting yang memicu korosi lokal pada baja tahan karat,
• oksigen dan oksidan lainnya – memengaruhi potensial elektrokimia dan kemampuan untuk mempertahankan lapisan pasif,
• aliran sedang – dapat meningkatkan transfer massa, tetapi pada kecepatan tinggi dan dengan adanya partikel, hal ini juga dapat meningkatkan risiko korosi erosi.
• sedimen dan celah – menciptakan lingkungan lokal yang berbeda dari media utama dan mendorong korosi celah,
• mikroorganisme – biofilm dan aktivitas mikrobiologis dapat memengaruhi kondisi elektrokimia lokal dan perkembangan MIC,
• kontak logam yang berbeda – dengan adanya elektrolit, hal ini dapat menyebabkan terbentuknya sel galvanik,
• menekankan – jika dikombinasikan dengan lingkungan tertentu dapat menyebabkan retak korosi tegangan (stress corrosion cracking/SCC).

Pemilihan material untuk lingkungan korosif

Tidak ada satu jenis baja tahan karat pun yang terbaik untuk semua lingkungan. Baja tahan karat 304L dan 316L yang populer cocok untuk berbagai aplikasi, tetapi ketahanannya mungkin tidak memadai di lingkungan klorida hangat, air laut, asam kuat, atau struktur yang sangat rentan terhadap korosi celah.

Seiring meningkatnya agresivitas lingkungan, baja paduan tinggi seperti 904L, baja dupleks dan superdupleks, baja austenitik 6Mo seperti 1.4547 dan 1.4529, serta paduan nikel yang dipilih secara tepat digunakan. Namun, tingkat paduan yang lebih tinggi tidak secara otomatis berarti bahwa suatu material akan menjadi solusi terbaik di setiap lingkungan.

Pemilihan tersebut harus mempertimbangkan komposisi kimia media, suhu, pH, konsentrasi klorida, kondisi aliran, keberadaan retakan dan sedimen, tegangan, teknologi konstruksi, dan perkiraan waktu pengoperasian.

Lingkungan dan material harus dianalisis bersama-sama.

Ketahanan terhadap korosi bukanlah sifat yang dapat dijelaskan secara memadai hanya dengan satu istilah seperti "baja tahan korosi." Suatu material bersifat tahan atau rentan terhadap korosi tergantung pada lingkungan dan kondisi operasi tertentu.

Oleh karena itu, ketika merancang suatu instalasi, perlu untuk menganalisis seluruh sistem: material – lingkungan – suhu – desain – metode konstruksi – kondisi operasi . Hanya pendekatan ini yang memungkinkan penilaian risiko korosi yang tepat dan pemilihan material dengan daya tahan yang dibutuhkan.

Korosi logam di berbagai lingkungan

Lingkungan korosif yang berbeda memerlukan analisis terpisah. Makalah-makalah berikut memberikan deskripsi rinci tentang mekanisme korosi, faktor risiko, dan prinsip pemilihan material untuk kondisi-kondisi berikut:

Korosi laut – korosi baja dan logam di air laut
Korosi atmosfer
Korosi tanah
Korosi pada air tawar dan air industri
Korosi di lingkungan klorida
Korosi di lingkungan asam
Korosi di lingkungan basa
Korosi pada gas dan gas buang
Korosi pada sistem pembuangan air limbah dan selokan
Korosi di lingkungan kimia dan petrokimia

Lingkungan pengoperasian merupakan salah satu faktor mendasar yang menentukan daya tahan logam dan paduan. Atmosfer, tanah, air laut, air industri, klorida, asam, dan basa dapat menciptakan kondisi korosif yang sangat berbeda dan memicu mekanisme degradasi material yang berbeda pula.
Oleh karena itu, pengetahuan tentang jenis material saja tidak cukup untuk menilai daya tahannya. Pemilihan yang tepat memerlukan penentuan kondisi operasi aktual dan identifikasi mekanisme korosi yang mungkin terjadi. Hanya kombinasi pengetahuan tentang material dan lingkungan yang memungkinkan penilaian yang tepat terhadap ketahanan korosi suatu struktur.

Jenis-jenis korosi pada baja dan logam

Korosi dapat terjadi melalui berbagai mekanisme, tergantung pada material, lingkungan, dan kondisi pengoperasian. Lihat juga jenis korosi lainnya:
Korosi seragam pada baja dan logam
Korosi lubang pada baja tahan karat
Korosi celah pada baja tahan karat
Korosi intergranular pada baja tahan karat
Retak korosi tegangan (SCC)
Korosi galvanik
Korosi erosif
Korosi kavitasi
Kelelahan korosi
Korosi gesekan
Korosi mikrobiologis MIC
Korosi suhu tinggi

Topik terkait

CPT – suhu korosi pitting kritis pada baja tahan karat dan paduan nikel
PREN – indeks ketahanan korosi lubang untuk baja tahan karat
CCT – Suhu korosi celah kritis pada baja tahan karat dan paduan nikel