Type AISI 316 Stainless Steel in Chloride Containing Environment – Effect of Mo Content on the Corrosion Properties and a Pit Propagation Study

Abstract

Denne rapporten fokuserer på korrosjonsutfordringer med det austenittiske rustfrie stålet AISI 316L (UNS S31603) i marin atmosfære. AISI 316L har vært et utbredt materialvalg i marin atmosfære i flere tiår på grunn av korrosjonsmotstanden, men over de siste årene har spalt- og gropkorrosjon vært en utfordring. Hensikten med denne oppgaven er å undersøke om små endringer (0.5 vekt%) i molybdeninnhold påvirker korrosjonsegenskapene, samt studere hvordan en grop vokser med fokus på repassivering og effekten av katodeareal. Effekten av temperatur og kloridkonsentrasjon er inkludert i vurderingen av effekt av molybdeninnhold.

I denne studien har det blitt utført eksperimenter med AISI 316L og lignende legeringer med ulikt molybdeninnhold for å undersøke effekten av molybden. Syklisk anodisk potentiodynamisk polarisasjonskurver ble tatt opp ved rom temperatur og 35 +/- 2 grader Celsius i både 3 og 5 vekt% natriumklorid. Målinger av åpen krets potensiale og eksponering i salttåkekammer med 5 vekt% natriumklorid ved 35 +/- 2 grader Celsius ble også utført. For å studere utviklingen av en grop ble det utviklet en metode for å måle galvanisk strøm og potensialet ved grop åpningen ved ulik størrelse på katodearealet.

Resultatene fra de sykliske anodiske poteniodynamiske polarisasjonskurvene viser at ulikheter i legeringsinnhold påvirker potensialet for initiering av gropkorrosjon, mens potensialet for repassivering blir ikke påvirket i stor grad. Temperatur viste seg å ha en større effekt på potensialet for initiering av gropkorrosjon enn kloridkonsentrasjon. Resultatene fra de utførte eksperimenter i denne studien tyder på økt korrosjosmotstand ved 3 vekt% molybden. For legeringer med under 2.5 vekt% virker små endringer å ikke påvirke korrosjonsmotstanden i stor grad siden nitrogeninnholdet endres. Ved redusert molybdeninnhold tyder resultatene på at korrosjonsegenskapene blir bevart dersom nitrogeninnholdet øker.

Resultatet fra studien angående utviklingen av en grop viste at gropen vokste kontinuerlig og repassiverte ikke i 6 vekt% FeCl3 når den var koblet til en ekstern katode. Både katodearealet og sammensetningen på elektrolytten viste seg å betydelig påvirke vekst av en grop. Størrelsen på gropen øker med katodeareal i 6 vekt% FeCl3, og den katodiske effektiviteten reduseres signifikant i 5 vekt% NaCl sammenlignet med 6 vekt% FeCl3.

This report focuses on corrosion challenges with using the austenitic stainless steel AISI 316L (UNS S31603) in marine atmosphere. AISI 316L has been frequently used in marine atmosphere for several decades due to the corrosion resistance, however over the recent years pitting and crevice corrosion attacks has been observed. The aim of this study is to investigate the effect of small changes (0.5 wt%) in molybdenum content on the corrosion properties, and to study pit propagation with focus on repassivation and the effect of cathode area. The effect of chloride concentration and temperature are included when evaluating the effect of molybdenum content.

In this study, the effect of molybdenum content was investigated by conducting experiments with AISI 316L and alloys with similar composition. Anodic cyclic potentiodynamic polarisation curves were recorded with 3 and 5 wt% sodium chloride solution at both room temperature and 35 +/- 2 degrees Celsius. Open circuit potential measurements and exposure in a salt spray chamber were conducted by using 5 wt% sodium chloride at 35 +/- 2 degrees Celsius. To study propagation of a single pit a method to obtain the potential at the pit opening and the galvanic current from a single pit were developed and conducted with different set ups regarding the cathode area.

The result from the anodic cyclic potentiodynamic polarisation implied that differences in alloying content affects the pitting potential where the temperature has a slightly greater effect than chloride concentration, while the repassivation potential is not significantly affected. Considering the obtained results from the experiments, 3 wt% molybdenum increases the corrosion resistance. For alloys containing below 2.5 wt% molybdenum small changes do not significantly affect the corrosion resistance if the nitrogen content increases sufficient. Increased nitrogen content appeared to retain the corrosion properties as the molybdenum content decreases.

The result from the artificial pit experiments indicated that the pits propagated continuously and did not repassivate in 6wt% FeCl3 when connected to an external cathode area. Both the cathode area and electrolyte composition were established to considerably affect propagation of a single pit. The pit size increases with cathode area in 6 wt% FeCl3, and the cathode efficiency decreases significantly in 5 wt% NaCl compared to 6 wt% FeCl3.