Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorLunder, Otto
dc.contributor.advisorJohnsen, Roy
dc.contributor.authorRueda Urdaneta, Alejandra Cristina
dc.date.accessioned2019-10-24T14:00:45Z
dc.date.available2019-10-24T14:00:45Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2624248
dc.description.abstractStatens Vegvesen planlegger ˚a bygge verdens lengste flytebro over Bjørnafjorden som en del av Ferjefri E39- prosjektet. En av de foretrukne alternativene involverer karbonst˚al-pontonger med et belte rundt skvalpesonen laget av 25Cr super dupleks rustfritt st˚al (SDSS). Det er avgjørende at de rette materialene blir brukt for ˚a oppfylle kravet om 100 ˚ars levetid. Selv om SDSS er et sterkt materiale med utmerket korrosjonsresistanse, er temperaturgrensene i sjøvann fortsatt et tema som er oppe til debatt. Dessuten er andre designspesifikasjoner som sveising, belegg og katodisk beskyttelse (CP) utfordringer for materialet i et slikt miljø. Hensikten med denne oppgaven er ˚a fastsl˚a effekten av sveising p˚a korrosjonsbestandigheten til SDSS i sjøvann, med fokus p˚a kritisk korrosjonstemperatur (Tcrit). For ˚a gjøre det, har en litteraturundersøkelse som oppsummerer tidligere arbeid p˚a korrosjonsegenskapene til SDSS grunnmateriale i marine omgivelser og sjøvannsomgivelser, blitt presentert sammen med en undersøkelse av litteratur om den kritiske korrosjonstemperaturen til sveiset SDSS i naturlig sjøvann, i tillegg til hvordan det blir p˚avirket av ulike overflateforhold, sveiseprosedyrer og potensialpolarisering av prøven. Tester av kritisk korrosjonstemperatur delvis basert p˚a ASTM G150 standarden ble derfor gjort i naturlig sjøvann hvor TIG- eller lasersveisede prøver, beiset eller ikke, med eller uten belegg, ble eksponert ved OCP eller polarisert til +400 mV vs. Ag/AgCl (for ˚a simulere tilstedeværelsen av biofilm p˚a overflaten). I de samme testene, etter korrosjonsinitiering, ble temperaturen senket for ˚a fastsl˚a repassiveringstemperaturen til prøvene. Noen prøver ble ogs˚a pre-katodisk polarisert til -1100 mV vs. Ag/AgCl i en uke for ˚a simulere effektene av ˚a koble fra CP under levetiden. Langtidseksponering av tester i naturlig sjøvann ved 40 ◦C med sveisede prøver med belegg, beisede eller ikke-beisede, ved OCP eller anodisk polarisert til +400 mV vs. Ag/AgCl, ble ogs˚a utført for ˚a videre vurdere Tcrit av de sveisede prøvene og effekten av anodisk polarisasjon og beising. I tillegg ble typen korrosjonsangrep karakterisert med et skanning elektronmiskroskop (SEM) og med energidispersiv røntgenspektroskopi (EDS). Kvaliteten p˚a TIG-sveisene ble karakterisert ved ˚a undersøke forekomsten av skadelige faser med SEM-tilbakespredte elektroner (BSE) og ved ˚a undersøke fordelingen av ulike faser i de ulike omr˚adene av sveiseprøven med diffraksjon av tilbakespredte elektroner (EBSD). I tillegg ble det passive sjiktet av TIG-sveisede prøver, beisede eller ikke, karakterisert ved røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) for ˚a vurdere effekten av sveising og beising p˚a det passive sjiktet av SDSS. Litteraturundersøkelsen antyder at sveiset SDSS har en Tcrit p˚a mellom 40 og 50 ◦C i følge laboratorietester, mens erfaringer fra sjøvannomgivelser antyder at en sveiset SDSS fortsatt kan korrodere i omgivelser som ligner Bjørnafjorden. N˚ar det gjelder det eksperimentelle arbeidet, viste langtidseksponeringstestene at 40 ◦C var en trygg temperatur for beisede sveiser med belegg ved OCP, men ikke for noen av de sveisede prøvene med belegg som var anodisk polarisert. I tillegg indikerer de kritiske korrosjonstemperaturtestene og langtidseksponeringstestene at Tcrit av de sveisede prøvene ble svært p˚avirket av anodisk polarisasjon, beising og tilstedeværelsen av spalter dannet av belegget. Dessuten ble det vist at pre-katodisk polarisasjon i sjøvann hadde størst skadelig effekt p˚a Tcrit, som gjorde at prøvene initierte korrosjon ved 24 ◦C. Noen prøver repassiverte ikke under de kritiske temperaturtestene ved avkjøling fra Tcrit til 23 ◦C. Korrosjonspropagering ved lave temperaturer og frakobling av CP under levetiden er derfor de mest avgjørende aspektene for bruk ved Bjørnafjorden. Karakteriseringen av korrosjonsangrepene ved SEM viste at angrepene ikke var fase-selektive og EDS-analysen viste at de korrosjonsangrepne omr˚adene utviklet et resistant passivt sjikte ved repassivering. Videre viste EBSD-, BSE- og XPS-karakterisering at TIG-sveiser var av god kvalitet slik at enn˚a lavere Tcrit enn de bestemt i n˚aværende arbeid kan oppn˚as hvis sveiseparameterne ikke er valgt rett.
dc.description.abstractThe Norwegian Public Roads Administration (NPRA) is planning to build the world’s longest pontoon bridge to cross Bjørnafjorden as a part of the project Coastal Highway Route E39. One of the favored design alternatives involves carbon steel pontoons with a 25Cr super duplex stainless steel (SDSS) section surrounding the pontoon in the splash zone. It is important that the right materials are used in the bridge to fulfill its required lifetime of 100 years. Although SDSS is a strong material with excellent corrosion resistance, its temperature limits in seawater are still a subject of debate. In addition, other design specifications such as welding, coatings and cathodic protection (CP) further challenge the material in this environment. The aim of this thesis is to determine the effect of welding on the corrosion resistance of SDSS in seawater, focusing on critical corrosion temperature (Tcrit). In order to do so, a literature survey summarizing previous work on the corrosion properties of SDSS base material in marine/seawater environments was presented together with a review of literature on the Tcrit of welded SDSS in seawater. Experimental work was also carried out to determine the Tcrit of welded SDSS in natural seawater, as well as how it is affected by different surface conditions, welding procedures and potential polarization of the sample. Therefore, critical corrosion temperature tests partially based on the ASTM G150 standard were carried out in natural seawater, where TIG- or laser-welded samples, pickled or not pickled, bare or coated, were either exposed at OCP or polarized to +400 mV vs. Ag/AgCl (simulating the presence of biofilm on the surface). In the same tests, after corrosion initiation, the temperature was decreased to determine the repassivation temperature of the samples. Some samples were also pre-cathodically polarized to -1100 mV vs. Ag/AgCl for a week to simulate the effects of disconnecting CP during service. Long term exposure tests in natural seawater at 40 ◦C with coated welded samples, pickled or not, at OCP or anodically polarized to +400 mV vs. Ag/AgCl were also carried out to further assess the Tcrit of the welded samples and the effect of anodic polarization and pickling. Additionally, the nature of the corrosion attacks was characterized with a scanning electron microscope (SEM) and with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The quality of the TIG-welds was characterized by investigating the presence of deleterious phases with SEM-backscattered electron (BSE), and by examining the distribution of the different phases in the different areas of the welded sample with electron backscatter diffraction (EBSD). In addition, the passive layer of TIG-welded samples, pickled or not, was characterized with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in order to assess the effect of welding and pickling on the passive layer of SDSS. The literature survey suggests welded SDSS have Tcrit between 40 and 50 ◦C according to laboratory tests, while experiences in seawater environments suggest that welded SDSS can still corrode in an environment similar to Bjørnafjorden. As for the experimental work, the long-term exposure test showed that 40 ◦C is a safe temperature for pickled coated welds at OCP but it is not a safe temperature for any coated welded sample polarized anodically. In addition, the critical corrosion temperature tests and the long-term exposure tests indicate the Tcrit of the welded samples were highly affected by anodic polarization, pickling and the introduction of crevices formed by the coating. Furthermore, pre-cathodic polarization in seawater was shown to have the largest deleterious effect on Tcrit, causing the samples to initiate corrosion at 24 ◦C. Some samples did not manage to repassivate during the critical temperature tests as the seawater temperature was decreased from Tcrit to 23 ◦C. Propagation of corrosion at low temperatures and disconnecting CP during service are thus the most crucial aspects for application at Bjørnafjorden. The characterization of the corrosion attacks with SEM showed that the attacks were not phase-selective, and the EDS analysis showed that the corrosion-attacked sites were able to build a highly resistant passive layer upon repassivation. Moreover, the BSE, EBSD and XPS characterizations showed that the TIG-welds were of good quality, so even lower Tcrit than the ones determined in the present work can be achieved if the welding parameters are not chosen appropriately.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleCritical temperature of welded 25Cr duplex stainless steel in seawater
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel