Use of Stainless Steels in the Industry: Recent and Future Developments

AbstractIn a first part, this paper presents the reason why during the last fifteen years the industry move from conventional material to more technically adapted or only more economical solutions. Several examples are described:•the use of lean duplex UR2304, duplex UR2205 or superduplex UR2507 in the potable water production from seawater,•the use of superduplex grades UR2507Cu (UR52N+) and superaustenitic UR904 (URB6), UR28 (URB28) and UR31 in the production of phosphoric acid,•the use of UR2205 for chemical transport or storage,In a second part, mechanical and corrosion resistance properties of the new Mo free lean duplex UR2202 will be detailed and commented. This material has been recently developed as alternative to 300-series like 304L and in some cases 316L and are less susceptible to nickel and molybdenum price fluctuation. Among others, this new material appears to be a great alternative to austenitics in potable or industrial water applications

Modelling and Simulation of Acid Gas Condensation in an Industrial Chimney

International audienceCoal power stations as well as waste incinerators produce humid acid gases which may condense in industrial chimneys. These condensates can cause corrosion of chimney internal cladding which is made of stainless steel, nickel base alloys or non metallic materials. In the aim of polluting emission reduction and material optimal choice, it is necessary to determine and characterize all the phenomena which occur throughout the chimney and more especially condensation and dissolution of acid gases (in this particular case, sulfur dioxide SO2)

Modelling and simulation of condensation phenomena of acid gases in an industrial chimney

National audienceCoal power stations as well as waste incinerators produce humid acid gases which condensate in industrial chimneys. These condensates may cause corrosion of the internal cladding made of stainless steels, nickel base alloys or non metallic materials. In the aim of polluting emission reduction and material optimal choice, it is necessary to determine all the phenomena which occur throughout the chimney such as condensation and dissolution of acid gases (in this particular case, sulphur dioxide SO2). The production of energy from fossil fuels (coal, petroleum, natural gas, etc.) brings about the emission of gas containing sulphur compounds (SO2, SO3) as well as chlorine and fluorine compounds. To avoid this atmospheric pollution and its harmful effects (acid rains, impact on the health) due to hydrochloric, sulphuric and hydrofluoric acids produced in the presence of air, it is necessary to steam these flue gases. Nevertheless, a considerable quantity of residual acid gases remains in the gas discharge which also contains large amounts of water vapour. Thus, condensation may occur and by the way an acid attack of the internal cladding of the chimney. This results in high costs of maintenance and a reduction of their structural stability. The knowledge of the phenomena of heat and mass transfer during the condensation of these acid gases in chimney is essential for their conception and materials choice

Traitement de conversion du zinc à base d'acides carboxyliques

Texte intégral accessible uniquement aux membres de l'Université de Lorraineln recent years, a new family of corrosion inhibitors in neutral media bas been characterised by the chemistry of mineraI solid laboratory (LCSM). For ecological concern, organic aliphatic acids have been choose. ln acid solution, a new surface treatment named "carboxylatation" is the result of these studies. Formed layers with a thickness of few microns are crystallised like phosphate conversion coatings. These layers improve wear corrosion resistance of zinc electrodeposited steel and make metal stamping easier. Consequently carboxylatation could be an alternative to light phosphatation. On zinc, effect of process parameters on coating formation (concentration, pH, kind of acid, .. .) was studied. Formation of layer and their destruction in corrosive media were also studied by atomic emission spectoelectrochemistry (AES-ICP with electrochemical cell). Structures of some zinc carboxylates were found by means of X-ray diffraction. ln order to decrease the solubility of zinc carboxylate and to improve the aqueous corrosion resistance of zinc electrodeposited steel, we tried to substitute zinc cation by trivalent cation in the coating.La recherche conduite dans le cadre de cette thèse s'inscrit dans la continuité de précédents travaux menés au laboratoire de chimie du solide minéral qui ont abouti à la caractérisation d'une nouvelle famille d'inhibiteurs de la corrosion. Guidée par des impératifs environnementaux, elle a été focalisée sur des solutions faisant appel à des sels d'acides organiques aliphatiques. En milieu acide, ces études ont débouché sur la mise au point d'un procédé original dit de carboxylatation permettant la formation de couches épaisses et bien cristallisées à l'identique des protections phosphatées classiquement utilisées dans le traitement des métaux. Une bonne résistance aux conditions de cyclage isotherme, conjuguée à une remarquable aptitude au frottement, font de ce traitement une alternative possible à la phosphatation légère. Dans le cas du traitement de surfaces zinguées, l'influence de différents paramètres opératoires a été étudiée tandis qu'une partie des produits synthétisés à la surface du substrat a été caractérisée cristallographiquement. Afin de diminuer la solubilité des carboxylates de zinc et donc d'augmenter la résistance à la corrosion des dépôts, des essais de substitution partielle du zinc par un cation trivalent ont également été mis en u?vre. Les étapes de formation des barrières protectrices puis leur dégradation en milieu agressif ont pu être mieux étudiées grâce à la spectrochimie d'émission atomique qui couple l'électrochimie et l'analyse ICP

Traitement de conversion du zinc à base d'acides carboxyliques

La recherche conduite dans le cadre de cette thèse s'inscrit dans la continuité de prècédents travaux menés au laboratoire de chimie du solide ruinéraI qui ont abouti à la caractérisation d'une nouvelle famille d'inhibiteurs de la corrosion. Guidée par des impératifs environnementaux, elle a été focalisée sur des solutions faisant appel à des sels d'acides orgauiques aliphatiques. En milieu acide, ces études ont débouché sur la mise au point d'un procédé original dit de carboxylatation permettant la formation de couches épaisses et bien cristallisées à l'identique des protections phosphatées classiquement utilisées dans le traitement des métaux. Une bonne résistance aux conditions de cyclage isotherme, conjuguée à une remarquable aptitude au frottement, font de ce traitement une alternative possible à la phosphatation légère. Dans le cas du traitement de surfaces zinguées, l'influence de différents paramètres opératoires a été étudiée tandis qu'une partie des produits synthétisés à la surface du substrat a été caractérisée cristallographiquement. Afin de diminuer la solubilité des carboxylates de zinc et donc d'augmenter la résistance à la corrosion des dépots, des essais de substitution partielle du zinc par un cation trivalent ont également été mis en œuvre. Les étapes de formation des barrières protectrices puis leur dégradation en milieu agressif ont pu être mieux étudiées grâce à la spectrochimie d'émission atomique qui couple l'électrochimie et l'analyse ICP.ln recent years, a new family of corrosion inhibitors in neutral media bas been characterised by the chemistry of mineraI solid laboratory (LCSM). For ecological concern, organic aliphatic acids have been choose. ln acid solution, a new surface treatment named "carboxylatation" is the result of these studies. Formed layers with a thickness of few microns are crystallised like phosphate conversion coatings. These layers improve wear corrosion resistance of zinc electrodeposited steel and make metal stamping easier. Consequently carboxylatation could be an alternative to light phosphatation. On zinc, effect of process parameters on coating formation (concentration, pH, kind of acid, .. .) was studied. Formation of layer and their destruction in corrosive media were also studied by atomic emission spectoelectrochemistry (AES-ICP with electrochemical cell). Structures of some zinc carboxylates were found by means of X-ray diffraction. ln order to decrease the solubility of zinc carboxylate and to improve the aqueous corrosion resistance of zinc electrodeposited steel, we tried to substitute zinc cation by trivalent cation in the coating.NANCY1-SCD Sciences & Techniques (545782101) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'optimisation de la teneur en azote des aciers inoxydables austeno-ferritiques économiques par l'étude du comportement en corrosion à l'aide de sondes locales

En raison de leurs excellentes propriétés mécaniques, couplées à une bonne résistance à la corrosion par piqûres et à un coût modéré (basse teneur en nickel et en molybdène), les aciers inoxydables austéno-ferritiques (dits aciers inoxydables duplex) sont largement utilisés dans de nombreux secteurs industriels. Les aciers inoxydables duplex ont une microstructure complexe composée à proportion équivalente d austénite et de ferrite. L austénite ayant une composition chimique différente de celle de la ferrite, un film hétérogène se forme à la surface des aciers inoxydable duplex. Par ailleurs, les deux phases métalliques ayant des propriétés mécaniques différentes, un champ de contraintes hétérogènes est généré dans les grains. Sous certaines conditions, l existence de gradients de contraintes peut conduire à des hétérogénéités du film passif. Dans cette étude, l effet d un vieillissement de longue durée dans un milieu contenant des chlorures sur la composition chimique du film passif a été tout d abord étudié. Le comportement en corrosion de certains alliages duplex a été ensuite déterminé à partir d essais TCP (détermination de la température critique de piqûration). Les résultats ont été analysés en tenant compte des informations obtenues précédemment. Après vieillissement, l épaisseur du film passif et le rapport Cr/Fe ont significativement augmenté. La distribution des chlorures dans le film passif est hétérogène. Cette distribution a été reliée à la microstructure du matériau et au champ de contraintes résiduelles. Il a été montré qu elle influence le comportement électrochimique du matériau. Le comportement en corrosion est ensuite analysé à l aide des courbes de polarisation locales. Des critères métallurgiques ont été proposés pour l amorçage de piqûres.Duplex stainless steels (DSS) are highly important engineering materials, due to their generally high corrosion resistance combined with high strength and moderate alloy cost (lower nickel and molybdenum content). They are widely used in various industrial sectors. DSS have a complex microstructure with comparable volume of austenite and ferrite. Due to differences in chemical composition between austenite and ferrite, a heterogeneous passive film is formed on both phases. In addition, due to differences in mechanical properties, a heterogeneous stress field may be generated in metallic grains. Under certain conditions, these differences may also yield formation of a heterogeneous passive film. In this work, the influence of long-term ageing in chloride-containing media by on the chemical composition of the passive film was first studied by means of XPS and Auger at the microscale. The corrosion behaviour of some duplex stainless steels was then determined from CPT tests (determination of the critical pitting temperature). Results were analysed taking into account information obtained previously. After ageing, the thickness and the ratio Cr/Fe are significantly increased. The chloride distribution in the passive film was heterogeneous. It was related to the microstructure and the residual strain field. It was shown that this distribution modifies the electrochemical behaviour of samples. The corrosion behaviour was then analysed from local polarization curves and CPT tests. Metallurgical criteria for pitting were proposed.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'optimisation de la composition des aciers inoxydables austénoferritiques par l'étude du comportement en corrosion à l'aide de sondes locales

DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Durabilité des aciers inoxydables et développement de biofilms dans les réseaux d’eau potable : étude comparative avec d’autres matériaux couramment utilisés

De nombreux matériaux sont couramment utilisés dans les systèmes de distribution d’eau potable ; le choix du matériau dépend de sa disponibilité, de sa facilité de mise en œuvre et des coûts d’investissement et de maintenance. L’expérience montre que certains matériaux sont particulièrement sensibles à l’encrassement et au développement d’un biofilm alors que les autres y sont moins sujets mais au prix d’une corrosion généralisée de la surface entraînant un relargage d’ions non négligeable. En raison de leurs propriétés physico-chimiques de surface et de leur excellente résistance à la corrosion, les aciers inoxydables apparaissent comme de bons candidats pour transporter l’eau potable dans les meilleures conditions d’hygiène et de durabilité. Cet article présente les résultats d’une étude menée sur des boucles alimentées en eau potable naturelle pendant deux ans. Des nuances d’aciers inoxydables ferritique 444 (EN 1.4521), austénitiques 304L (EN 1.4307), 316L (EN 1.4404), 316LN (EN 1.4429) et duplex 2304 (EN 1.4362), 2205 (EN 1.4462) ont été évaluées. Le comportement de ces alliages vis-à-vis de la corrosion, du développement d’un biofilm, de l’entartrage et de la biocontamination a été comparé à celui du cuivre, de l’acier galvanisé, du polyéthylène et du ciment. Les résultats montrent (i) des taux d’encrassement et d’entartrage maximum pour l’acier galvanisé et le ciment ; (ii) une minéralisation des biofilms pour tous les matériaux, couplée à un phénomène de stratification plus marqué dans le cas des aciers inoxydables ; (iii) l’initiation d’un endommagement par corrosion localisée uniquement visible sur l’acier galvanisé ; et (iv) des vitesses moyennes de corrosion uniforme très faibles pour tous les aciers inoxydables avec pour conséquence des concentrations attendues en cations métalliques dans l’eau bien en deçà des normes internationales en vigueur