Perpustakaan Digital ITB

Kompatibilitas material struktur terhadap Pb cair merupakan faktor penting yang menentukan umur operasi sistem nuklir temperatur tinggi, khususnya pada Lead-cooled Fast Reactor (LFR). Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi perilaku dan mekanisme korosi baja tahan karat SS316 berbentuk spesimen U-bending yang diuji melalui metode statis dalam Pb cair selama 150 jam pada temperatur 550 °C dan 700 °C. Penggunaan spesimen U-bending dilakukan untuk merepresentasikan kondisi tegangan lokal yang realistis pada struktur U-tube heat exchanger di sistem sirkulasi pendingin LFR. Analisis dilakukan untuk memahami pengaruh temperatur tinggi, deformasi bending, dan interaksi material dengan Pb cair terhadap karakteristik korosi yang terbentuk. Hasil penelitian menunjukkan bahwa mekanisme degradasi utama pada temperatur 550 °C didominasi oleh proses oksidasi yang menghasilkan lapisan oksida duplex khas berupa lapisan luar kaya Fe-O dan lapisan dalam berupa spinel Fe-Cr. Pada temperatur ini, kelarutan oksigen dalam Pb cair relatif rendah sehingga pembentukan lapisan pelindung oksida Cr yang kontinu belum dapat terjadi secara sempurna. Batas saturasi oksigen dalam Pb cair pada temperatur 550 °C berada pada nilai 1,27×10-3wt%, sehingga proses oksidasi yang terbentuk masih terbatas dan belum menghasilkan perlindungan optimum terhadap material. Sebaliknya, pada temperatur 700 °C terjadi perubahan mekanisme korosi dari oksidasi menuju korosi pelarutan akibat meningkatnya kelarutan unsur Ni, Cr, dan Fe ke dalam Pb cair. Kondisi ini menyebabkan penipisan material pada permukaan spesimen SS316. Pada temperatur 700 °C, batas saturasi oksigen meningkat hingga 1,11x 10-2 wt%, sehingga pembentukan sistem oksida Fe-Cr-O menjadi lebih dominan dibandingkan temperatur 550 °C. Selain pengaruh temperatur, penelitian ini juga mengevaluasi pengaruh variasi height reduction sebesar 0,9 cm dan 1,0 cm terhadap perilaku korosi lokal. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa perbedaan deformasi lokal tersebut tidak memberikan peningkatan signifikan terhadap tingkat serangan korosi pada spesimen. Hal ini mengindikasikan bahwa variasi regangan akibat perbedaan deformasi bending masih belum cukup besar untuk memengaruhi jalur difusi Pb secara signifikan di dalam material. Dengan demikian, temperatur memiliki pengaruh yang lebih dominan dibandingkan variasi deformasi terhadap mekanisme degradasi SS316 di lingkungan Pb cair bertemperatur tinggi. Pengujian bending eksperimental menunjukkan bahwa spesimen SS316 memiliki kemampuan deformasi plastis yang baik sebelum mengalami penurunan kekuatan akibat konsentrasi tegangan pada daerah radius bending. Simulasi tiga titik bending menggunakan ABAQUS juga berhasil merepresentasikan fenomena deformasi bending dan distribusi tegangan pada spesimen. Namun demikian, hasil simulasi menunjukkan nilai tegangan maksimum yang lebih tinggi dibandingkan eksperimen uji bending akibat pengaruh model material Johnson–Cook dan kondisi simulasi yang lebih ideal dibandingkan kondisi aktual pengujian. Meskipun terdapat perbedaan kuantitatif, simulasi ABAQUS tetap mampu menggambarkan perilaku bending dan konsentrasi tegangan pada spesimen secara umum. Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan bahwa temperatur memiliki peranan utama dalam menentukan mekanisme korosi SS316 di Pb cair, dimana temperatur 550°C cenderung menghasilkan oksidasi, sedangkan temperatur 700 °C mendorong terjadinya korosi pelarutan yang lebih agresif. Selain itu, deformasi bending tidak memberikan pengaruh signifikan terhadap peningkatan korosi pada kondisi pengujian yang dilakukan. Kombinasi pendekatan eksperimen dan simulasi ABAQUS memberikan pemahaman yang lebih komprehensif mengenai perilaku mekanik dan degradasi material SS316 pada lingkungan liquid Pb temperatur tinggi, sehingga hasil penelitian ini dapat menjadi referensi penting dalam pengembangan material struktural untuk aplikasi sistem pendingin reaktor generasi lanjut seperti LFR.