Corrosion Problem on Stainless Steel Alloy 1.4317 in Water Turbines

Abstract

Formålet med dette M.Sc. prosjektet er å undersøke korrosjonsegenskapene til utvalgte rustfrie stål i ferskvann med ulike mengder salt. Flere ulike typer tester er gjennomført: i) syklisk polarisering, ii) potensiostatisk polarisering, iii) fri eksponering av prøver i et kraftanlegg, og iv) fri eksponering av prøver ved 7°C i laboratoriet. Vi har kjørt potensiodynamiske eksperimenter for å undersøke spaltkorrosjonspotensialet, passivstrømmen og det frie korrosjonspotensialet til forskjellige legeringer med mål om å prøve å bevise eller motbevise den log-lineære sammenhengen mellom det kritiske kloridinnholdet og spaltpotensialet til legeringene. Dataene vi samlet inn har gitt oss en indikator om at sammenhengen gjelder, men en konkret konklusjon krever flere datapunkter. Vi har også gjort felteksperimenter for å kartlegge den reelle responsen til de forskjellige legeringene ved utvikling av en bakteriell biofilm på overflaten ved eksponering i ferskvann. Dette ble gjort for å kunne sammenlikne den originale problemstillingen gitt ut fra analysen gjort fra Moglice-anlegget med kontrollert feltdata. Vi endte opp med å få korrosjonsinitiering på legeringen vi har satt fokus på når den ble satt ut med spaltformere, som gjenskaper og bekrefter det originale problemet. Initiering skjedde også ved lav temperatur i laboratoriet, noe som videre underbygger konklusjonen vår. I tillegg til å kjøre eksperimenter i felten med en aktiv biofilm, ble et sett med eksperimenter kjørt i laboratoriet hvor prøvene ble utsatt for gitte kloridinnhold og polarisert til et fast potensial på +300 mV vs. Ag | AgCl for å etterlikne den faktiske potensialutviklingen som skjer på legeringer med biofilm. Felteksperimentene bekreftet det eksperimentelle grunnlaget for denne verdien, og vi endte opp med å få initiering på legeringen vi satte søkelys på. Parallelt har vi hentet ut strømtetthetsverdier for de andre legeringene som kan undersøkes senere. Avslutningsvis fant vi at legeringen som er undersøkt ikke er korrosjonsresistent selv under mer beskyttende betingelser enn de originale parameterne. Problemet er forventet å vedvare for alle instanser av prosessnedstenging inntil delene som består av denne legeringen blir byttet ut med en mer korrosjonsresistent legering.

The purpose of this M.Sc. project was to examine the corrosion capabilities of a select group of stainless steel alloys exposed to fresh water of varying chloride contents. Several different tests were performed: i) cyclic polarization, ii) potentiostatic polarization, iii) open circuit exposure of samples in a power station, and iv) an open circuit corrosion experiment at 7°C in the laboratory. We have run potentiodynamic experiments in order to examine the open circuit potential, the crevice corrosion potential, and the passive current of several different alloys with the purpose of attempting to prove or disprove the log-linear relationship between the critical chloride content and the crevice corrosion potential of the alloys. The data we have collected indicates that the relationship holds, but additional data is required to make a concrete verdict. Field experiments have also been conducted to collect the real response of our different alloys to the evolution of a bacterial biofilm on their surface on exposure to fresh water. This was done in order to compare the originally recorded problem taken from the analysis performed at the Moglice facility with controlled field data. The result was corrosion initiation on the relevant alloy when it was deployed to the field location with a crevice former, which recreates and confirms the original problem. Initiation was also found for the low-temperature experiment performed in the laboratory, which further reaffirms our conclusion. In addition to performing field experiments with an active biofilm, a set of experiments was run in the laboratory wherein our samples were placed in electrolytes with specific chloride contents and polarized to a potential of +300 mV vs. Ag | AgCl to mimic the real potential development that happens on alloys with an adhered biofilm. Our field experiments confirmed the experimental basis for this value, and the result was both the 1.4317 alloy initiating as well as passive current density values for the other alloys that can be used in later experiments. In conclusion, we found that the investigated alloy is not corrosion resistant even under more protective conditions than the originally reported parameters, and the problem is expected to last and worsen for all instances of process shutdown until the parts that this alloy is made of are replaced by those of a more corrosion resistant alloy.