تأثیر علمیات‌حرارتی حساس‌شدن و پرداخت‌سطح بر خواص لایه پسیو فولاد زنگ‌نزن دوپلکس SAF 2205

محورهای موضوعی : خوردگی و حفاظت مواد

خشایار مرشدبهبهانی ¹ (دانشگاه شیراز - دانشکده مهندسی - بخش مهندسی مواد)
محمود پاکشیر ² (دانشگاه شیراز - دانشکده مهندسی - بخش مهندسی مواد)
پوریا نجفی سیار ³ (دانشگاه شیراز)
نیکا ذاکرین ⁴ (کارشناسی، مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران)

تاریخ دریافت : 1396/04/30 تاریخ پذیرش : 1397/12/13 تاریخ انتشار : 1397/12/01

کلید واژه: پلاریزاسیون پتانسیودینامیک, فولاد زنگ‌نزن دوپلکس SAF 2205, لایه پسیو, راکتیواسیون پتانسیوکینتیک الکتروشیمیایی دو حلقه (DLEPR), آنالیز موت-شاتکی,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، خواص لایه پسیو فولاد زنگ‌نزن دوپلکس SAF 2205 در محلول اسید سولفوریک و درجه حساس شدن آنها (پس از 1 و 5 ساعت عملیات حرارتی) با استفاده از آزمون راکتیواسیون پتانسیوکینتیک الکتروشیمیایی دو حلقه (DLEPR) مورد ارزیابی قرار گرفت که همخوانی خوبی با نتایج حاصل از آزمون اچ هیدروکسید سدیم برای طبقه‌بندی ساختار فولادهای زنگ‌نزن دوپلکس داشت. همچنین، آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک به منظور تعیین محدوده پتانسیل پسیو در نمونه‌های آنیل محلولی و حساس‌شده صورت پذیرفت. پلاریزاسیون سیکلی اعمالی در شاخه آندی آلیاژ حساس‌شده با زبری سطح مختلف، سودمندی یکنواختی و کم‌بودن زبری سطح بر افزایش مقاومت لایه پسیو را نشان داد. به منظور ارزیابی دانسیته عیوب نقطه ای لایه پسیو فولاد زنگ‌نزن، آنالیز موت-شاتکی انجام شد تا غلظت دهنده‌های الکترون در سطح تعیین گردید. نتایج نشان داد که کاهش زبری سطح، کاهش درجه حساس شدن و افزایش تعداد سیکل های پلارزاسیون باعث کاهش دانسیته عیوب سطحی تا 44 درصد خواهد شد. از همین رو، هر چه درجه حساس‌شدن و زبری سطح بیشتر باشد، لایه پسیو آلیاژ در اثر تشکیل فاز سیگما و کاهش میکروپیل‌های موجود در سطح معیوب‌تر خواهد بود.

چکیده انگلیسی:

In this study, the properties of the passive layer, formed on the surface of SAF 2205 duplex stainless steels in sulphuric acid solution, were investigated. The degree of sensitization of the samples sensitized for 1 h and 5 h were evaluated using double loop electrochemical potentiokinetic reactivation technique (DLEPR). The results were in good agreement with those of sodium hydroxide etch tests for classification of structures of duplex stainless steels. In addition, the potentiodynamic polarization test was performed to determine the passive potential range of the solution-annealed samples sensitized samples. Cyclic polarization in anodic branch revealed the beneficial effects of having less surface roughness on the protective properties of the passive layer. Mott-Schottky method was used to evaluate the density of point defects at the surface. The results showed that those samples with finer surface roughness, less degree of sensitization and more polarization cycles have less defects (up to 44%) in their passive layers. So, the more degree of sensitization and surface roughness lead to the formation of less intact passive layer due to the formation of sigma phase and less number of microcells at the surface.

منابع و مأخذ:

 

[1]     A. Igual Munoz, J. Garcia Anton, J. Guiñón & V. Pérez Herranz, “The effect of chromate in the corrosion behavior of duplex stainless steel in LiBr solutionsˮ, Corrosion science, Vol. 48, pp. 4127-4151, 2006.

 

[2]     K. Morshed Behbahani, P. Najafisayar & M. Pakshir, “The Investigation of Sensitization Effect on the Corrosion Behavior of SAF 2205 Duplex SS at Transpassive Regionˮ, Advanced Processes in Materials, Vol. 10, pp. 33-42, 2017.

 

[3]     K. L. Weng, H. R. Chen & J. R. Yang, “The low-temperature aging embrittlement in a 2205 duplex stainless steelˮ, Materials Science and Engineering, Vol. 379A, pp. 119-132, 2004.

 

[4]     J. Gong, Y. M. Jiang, B. Deng, J. L. Xu, J. P. Hu & J. Li, “Evaluation of intergranular corrosion susceptibility of UNS S31803 duplex stainless steel with an optimized double loop electrochemical potentiokinetic reactivation methodˮ, Electrochimica Acta, Vol. 55 pp. 5077-5083, 2010.

 

[5]     C. O. Olsson & D. Landolt, “Passive films on stainless steels-chemistry, structure and growthˮ, Electrochimica acta, Vol. 48, pp. 1093-1104, 2003.

 

[6]     ASTM Standard, “ASTM A262- Standard Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless Steelsˮ, ASTM, Philadelphia, PA, Vol. 3, pp. 1-16, 1993.

 

[7]     ASTM Standard, “G108-92ˮ, Standard test method for electrochemical reactivation (EPR) for detecting sensitization of AISI type, Vol. 304, pp. 457-465, 2015.

 

[8]     S. Tavares, V. Terra, P. D. Lima Neto & D. Matos, “Corrosion resistance evaluation of the UNS S31803 duplex stainless steels aged at low temperatures (350 to 550 ^oC) using DLEPR testsˮ, Journal of Materials Science, Vol. 40, pp. 4025-4028, 2005.

 

[9]     K. Morshed Behbahani, M. Pakshir & S. Matin, “Comparison of Solution-Treatment Effect on Intergranular Corrosion of 304 and 321 Stainless Steels by Electrochemical Impedance Techniqueˮ, Advanced Processes in Materials, Vol. 8, pp. 61-71, 2014.

 

[10] K. Morshed Behbahani & M. Pakshir, “Effect of Different Degrees of Sensitization on the EIS Response of 316L and 316 SS in Transpassive Regionˮ, Journal of Materials Engineering & Performance, Vol. 23, pp. 2283-2292, 2014.

 

[11] K. Morshed Behbahani, M. Pakshir, Z. Abbasi & P. Najafisayar, “Damage mechanism at different transpassive potentials of solution-annealed 316 and 316l stainless steelsˮ, International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, Vol. 1, pp. 45-51, 2015.

 

[12] M. Vuković, “The formation and growth of hydrous oxide film on stainless steel in alkaline solution by potential cyclingˮ, Corrosion science, Vol. 37, pp. 111-120, 1995.

 

[13] S. Haupt & H. H. Strehblow, “A combined surface analytical and electrochemical study of the formation of passive layers on FeCr alloys in 0.5 M H₂SO₄ˮ, Corrosion Science, Vol. 37, pp. 43-54, 1995.

 

[14] N. Perez, “Electrochemistry and corrosion scienceˮ, Springer, 2004.

 

[15] L. Abosrra, A. Ashour, S. Mitchell & M. Youseffi, “Corrosion: Material Performance and Cathodic Protectionˮ, WIT Press, USA, 2009.

 

[16] R. Walter & M. B. Kannan, “Influence of surface roughness on the corrosion behaviour of magnesium alloyˮ, Materials & Design, Vol. 32, pp. 2350-2354, 2011.

 

[17] M. Cabrini, A. Cigada, G. Rondell & B. Vicentini, “Effect of different surface finishing and of hydroxyapatite coatings on passive and corrosion current of Ti6Al4V alloy in simulated physiological solutionˮ, Biomaterials, Vol. 18, pp. 783-787, 1997.

 

[18] W. Li & D. Li, “Influence of surface morphology on corrosion and electronic behaviorˮ, Acta materialia, Vol. 54, pp. 445-452, 2006.

 

[19] J. Sikora, E. Sikora & D. D. Macdonald, “The electronic structure of the passive film on tungstenˮ, Electrochimica Acta, Vol. 45, pp. 1875-1883, 2000.

 

[20] E. Cho, H. Kwon & D. D. Macdonald, “Photoelectrochemical analysis on the passive film formed on Fe–20Cr in pH 8.5 buffer solutionˮ, Electrochimica acta, Vol. 47, pp. 1661-1668, 2002.

 

[21] E. Sikora & D. D. Macdonald, “Defining the passive stateˮ, Solid State Ionics, Vol. 94, pp. 141-150, 1997.

 

[22] ASTM Standard, “ASTM A923-03ˮ, Standard Test Methods for detecting Detrimental Intermetallic Phases in Duplex Austenitic/Ferritic Stainless Steel, USA, pp. 1-9.

 

[23] G. S. D. Fonseca, P. M. D. Oliveira, M. G. Diniz, D. V. Bubnoff & J. A. D. Castro, “Sigma Phase in Superduplex Stainless Steel: Formation, Kinetics and Microstructural Pathˮ, Materials Research, Vol. 20, pp. 249-255, 2017.

 

[24] J. Gong, Y. Jiang, B. Deng, J. Xu, J. Hu & J. Li, “Evaluation of intergranular corrosion susceptibility of UNS S31803 duplex stainless steel with an optimized double loop electrochemical potentiokinetic reactivation methodˮ, Electrochimica Acta, Vol. 55, pp. 5077-5083, 2010.

 

[25] T. Amadou, H. Sidhom & C. Braham, “Double loop electrochemical potentiokinetic reactivation test optimization in checking of duplex stainless steel intergranular corrosion susceptibilityˮ, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 35, pp. 3499-3513, 2004.

 

[26] K. Morshed Behbahani & M. Pakshir, “The effect of solution-annealing on the EIS response of AISI 316 SS with different degrees of sensitization in the transpassive regionˮ, Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, Vol. 51, pp. 1027-1033, 2015.

 

[27] L. Yang, “Techniques for corrosion monitoringˮ, Elsevier, 2008.

 

[28] L. V. Taveira, M. F. Montemor, M. Da Cunha Belo, M. G. Ferreira & L. F. P. Dick, “Influence of incorporated Mo and Nb on the Mott–Schottky behaviour of anodic films formed on AISI 304Lˮ, Corrosion Science, Vol. 52, pp. 2813-2818, 2010.

 

[29] M. Carmezim, A. Simoes, M. Montemor & M. D. C. Belo, “Capacitance behaviour of passive films on ferritic and austenitic stainless steelˮ, Corrosion Science, Vol. 47, pp. 581-591, 2005.

 

[30] J. J. Kim & Y. M. Young, “Study on the passive film of type 316 stainless steelˮ, Int. J. Electrochem. Sci, Vol. 8, pp. 11847-11859, 2013.