Localized corrosion and stress corrosion cracking of stainless steels in halides other than chlorides solutions: a review

Fluorides, bromides, and iodides, despite being less common than chlorides, are present in various environments of industrial relevance. Stainless steels suffer pitting corrosion in solutions of all halides except fluorides, which can be understood considering that fluoride is the anion of a weak acid. The aggressiveness of the rest of the halides for pitting corrosion is on the order Cl- > Br- > I- for stainless steels with Mo content below 3 wt.%. Mo is not as effective in inhibiting Br- pitting corrosion as it is for inhibiting Cl- pitting corrosion. Most of those observations were rationalized based on the effect of anions on pit growth kinetics. Sensitized austenitic stainless steel suffers stress corrosion cracking (SCC) in solutions of all halides, albeit chlorides seem to be the most aggressive. Fluoride SCC is relevant for SCC under insulation of stainless steels, and standards and regulations developed to mitigate this problem consider this ion as aggressive as chloride. For the solubilized stainless steels, aggressiveness toward SCC is in the order Cl- > Br-. The SCC of solubilized stainless steels was not observed in solutions of F- and I-, and the possible reasons for this fact are discussed.Fil: Kappes, Mariano Alberto. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentin

The Role of Nickel in Low Alloy Steels exposed to H2S-containing environments. Part I: Trench Formation at the Open Circuit Potential

The nickel content in low alloy steels (LAS) for oil and gas exploration and production is limited to a maximum of 1 wt.% according to ANSI/NACE MR 0175/ISO 15156. This restriction is imposed to avoid sulfide stress cracking (SSC) in sour (H2S-containing) environments. In this work, the effect of Ni on SSC of LAS was studied independently of other alloying elements. For this purpose, quenched and tempered steels heat treated to a yield strength of 610 MPa with a Ni content below and above the 1 wt.% threshold were evaluated at the open circuit potential (OCP) in unstressed specimens, and in slow strain rate tests (SSRT) at room temperature. Thiosulfate was used as a surrogate of H2S, according to the Tsujikawa method. It is concluded that Ni contributes to the stabilization of the sulfide films that form on the steel´s surface at OCP. The rupture of this film due to tensile stress promotes the nucleation of elongated deep pits, referred to as trenches, which can act as sulfide stress crack initiators. Trenches were observed exclusively in stressed, Ni-containing specimens. Moreover, trenches´ morphology, dimensions, and distribution varied with the Ni content in the steels. For the steels studied in this work, the Ni effect on trenching persisted below the 1 wt.% threshold.Fil: Chalfoun, Dannisa Romina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kappes, Mariano Alberto. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Perez, Teresa E.. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Otegui, José L.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Iannuzzi, Mariano. Curtin University; Australi

Obtaininglow alloy steels with different Nicontents and similar microstructures and mechanical properties

Los aceros de baja aleación son ampliamente utilizados en la industria del gas y petróleo. La incorporación de Ni en estos aceros mejora la tenacidad a la fractura a bajas temperaturas y la templabilidad, con bajo impacto negativo en la soldabilidad. Sin embargo, la norma ISO 15156-2 restringe su uso hasta un máximo de 1 % en peso, exigiendo ensayos adicionales y costosos si se desean adoptar contenidos mayores de Ni. Este límite se basa en la hipótesis de que un exceso de Ni puede afectar negativamente la resistencia a la corrosión bajo tensión en medios con sulfhídrico (en inglés, Sulfide Stress Cracking (SSC)). Por otro lado, algunos investigadores han concluido que el fenómeno no depende del contenido de Ni, sino de la microestructura y dureza de la aleación, lo cual hace que el límite en composición del Ni planteado por la norma ISO 15156-2 sea controversial. El objetivo de este trabajo es desarrollar aleaciones y tratamientos térmicos que permitan obtener microestructura y dureza similares en aceros con distinto contenido de Ni (0-5% en peso), dejando así como variable principal el contenido de Ni. Estas muestras serán, en una etapa posterior del trabajo, utilizadas para estudiar la cinética de propagación de fisuras por SSC. Se realizaron mediciones de temperaturas de transformación de fases por calorimetría diferencial de barrido (DSC). La caracterización del material templado confirmó que las microestructuras finales obtenidas constituyenestructuras esencialmente martensíticas. Mediante tratamientos térmicos de revenido fue posible alcanzar valores de dureza menores que 22 HRC, tal como exige la norma ISO 15156-2 para maximizar la resistencia a SSC. La microestructura se evaluó mediante caracterización por microscopía óptica, electrónica de barrido (SEM) y dureza. A su vez, se caracterizaron las propiedades mecánicas de las aleaciones mediante ensayos de tracción.Low alloy steels are used in many applications in the oil and gas industry. The addition of Ni in these steels improves their low temperature fracture toughness and hardenability, with a low penalty on weldability. However, ISO 15156-2 standard restricts Ni content up to a 1 wt% limit, requiring additional and expensive tests if higher Ni steels are to be used. This limit is based on the hypothesis that higher contents of Ni may negatively affect Sulfide Stress Cracking (SSC) resistance in sour service applications. On the other hand, several investigators have concluded that SSC resistance depends on microstructure and hardness rather than Ni content. The 1 wt% Ni limit imposed by ISO 15156-2 is controversial, as recently pointed out by other authors. This work aims to develop alloys and heat treatments tailored to obtain the same microstructure and hardness in steels with different Ni contents (from 0 to 5 wt %), therefore leaving Ni content as the main variable. This will allow, in a future stage of the project, to study the effect of Ni on the SSC crack propagation kinetics. Transformation temperaturesof the alloys were measured with differential scanning calorimetry (DSC). Characterization of the as-quenched samples confirmed a fully martensite microstructure. Tempering of the samples allowed obtaining hardness values near 22 HRC. Microstructure was evaluated with optical and scanning electron microscope and hardness measurements. Tensile tests were performed to evaluate mechanical properties as a function of Ni content.Fil: Parodi, Santiago Ariel. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Kappes, Mariano Alberto. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Otegui. José Luis. YPF - Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Carranza, Ricardo Mario. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Aguirre, Alberto. YPF - Tecnología; Argentin

The Materials Engineering Applying Exam Course at the Instituto Sabato: advantages of the usage of various learning strategies

El ingreso a Ingeniería en Materiales en el Instituto Sabato de la Universidad Nacional de General San Martín (UNSAM) y de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) se apoya desde 2007 en un aula virtual de acompañamiento a los y las aspirantes. Con el objetivo de brindar las condiciones necesarias para generar y mantener en la persona que aspira a ingresar un compromiso con el estudio, hemos analizado alternativas de modalidades para el curso de ingreso. Consideramos que las oportunidades de aproximación y adhesión a las propuestas didácticas son mucho mayores si se presenta una diversidad de enfoques, adaptables a un mayor número de personas atraídas por diferentes tipos de propuestas. Con esto en mente es que hemos ido ampliando y diversificando las propuestas didácticas. Éstas abarcan desde módulos interactivos, con diferentes tipos de interacciones, hasta encuentros presenciales, foros virtuales, visitas, etc. En el año 2017 sumamos un nuevo recurso, un curso semipresencial de una semana seguido de un curso virtual con duración desde marzo hasta el día del examen en la primera semana de junio, con su propia aula virtual. Las ventajas de este enfoque son múltiples. Se forma una comunidad virtual de intercambio en los foros del curso, se forma una comunidad física en el curso presencial realizado en el Centro Atómico Constituyentes (CAC) (que deriva en la formación espontánea de un grupo de mensajería instantánea entre estudiantes e independiente del Instituto), y se da lugar también a un número mucho mayor de participantes que pueden mantenerse en contacto, interactuar a distancia y descargar diversos contenidos (el material trabajado en forma presencial en formato interactivo, ejercitación propuesta de Matemática, Física y Química, discusiones de los foros, etc.). Tras dos años de experiencia de esta nueva modalidad, presentamos un análisis de la participación y sus correlaciones con los resultados del examen de admisión a la carrera.The Materials Engineering Applying Exam Course at Instituto Sabato (Universidad Nacional de General San Martín, UNSAM, and Comisión Nacional de Energía Atómica, CNEA) is supported since 2007 in a virtual classroom. We have analyzed different options for the admission course in the aim of providing the best conditions for generating and maintaining a commitment with study in the person about to undertake the exam. We consider that the opportunities of interaction and adhesion to the didactic proposals increase if a diversity of approaches is offered, since they can be adapted to a great number of persons with different characteristics and living conditions. Bearing this objective in mind we have increased the didactic offer, comprising now interactive modules with different modalities, meetings, virtual forums, visits, among others. In 2017 we added a new resource, a blended learning course with its own virtual classroom consisting in a one week classroom-based course and a virtual course that spans from March till the exam in the first week of June. The advantages are many: a virtual community is formed within the course forums, a physical community is formed at the real classroom during the first week course that takes place at the Constituyentes Atomic Center. This physical community immediately gives rise to a messaging group that keeps in contact independently from the teachers and the Instituto Sabato. The virtual community can be integrated by a greater number of participants that maintain contact, interact and access to the learning material offered as interactive modules studied simultaneously at the physical and virtual classrooms. Exercises covering the three areas mathematics, physics and chemistry are offered all along the course. After two years of experiencing this new modality, we present here the analysis of participation and its correlation with the results of the Applying Exam.Fil: Alonso, Paula Regina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Bruyère, Vivianne I. E.. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Kappes, Mariano Alberto. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Roberti, Liliana. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Monti, Ana Maria. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentin

Hydrogen solubility, diffusivity, and trapping in quenched and tempered Ni-containing steels

Hydrogen permeation experiments were performed in quenched and tempered (Q&T) low alloy steels with varying Ni contents exposed to 1 bar H2 at 30, 50 and 70 °C. From the analysis of build-up and decay transients, it is concluded that the permeation coefficient, the apparent diffusion coefficient (Dapp) and the concentration of hydrogen in interstitial sites on the charging surface (C0) decreases as the Ni concentration increases from 0 to 5 wt.%. The total concentration of hydrogen on the charging surface (C0,r), which includes interstitial and reversibly trapped hydrogen, is about an order of magnitude larger than C0. The hydrogen binding energy (Eb) and trap density (Nr) were calculated from the Dapp vs. temperature dependence, under the hypothesis of low trap occupancy. C0,r, Eb and Nr do not show a clear correlation with Ni content, indicating that trapping is controlled by a microstructural feature other than Ni atoms in solid solution.Fil: Chalfoun, Dannisa Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. YPF - Tecnología; ArgentinaFil: Kappes, Mariano Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Bruzzoni, Pablo. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Iannuzzi, Mariano. Curtin University; Australi

Hydrogen uptake and diffusivity in steel armor wires with different chemical composition, carbide distribution, grain size, and degree of deformation

In this study, six flexible pipe steel armor wires used in oil and gas transportation are characterized, and their hydrogen diffusion coefficients and hydrogen uptakes are measured using an electrochemical hydrogen permeation technique. The wires have ferritic–pearlitic microstructures with round, lamellar, or partially lamellar carbides and the shape and orientation of the grains indicate that the microstructures were plastically deformed to different degrees. It was assumed that hydrogen was transported through the ferrite, so the presence of cementite in the steel armor wires leads to longer hydrogen diffusion paths through the ferrite, which was quantified with a tortuosity factor. After compensating for tortuosity, the normalized steady-state flux shows a tendency to increase as the grain size decreases. The effective diffusion coefficients increase with a decrease of the ferrite–cementite interface area, suggesting trapping on the ferrite–cementite interfaces. The uptake of diffusible hydrogen was lowest for the least plastically deformed materials and about twice as high for the more plastically deformed materials.Fil: Skilbred, Ellen S.. Norwegian University of Science and Technology; NoruegaFil: Kappes, Mariano Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Iannuzzi, Mariano. Norwegian University of Science and Technology; Noruega. Curtin University; AustraliaFil: Johnsen, Roy. Norwegian University of Science and Technology; Norueg

Effect of Some Environmental and Stainless Steel Metallurgical Variables on the Values of Degree of Sensitization Measured by the Double Loop-Electrochemical Potentiokinetic Reactivation Test

The double loop-electrochemical potentiokinetic reactivation (DL-EPR) method estimates the degree of sensitization in stainless steels with ir/ia, the ratio of peak current densities during reactivation (reverse) and activation (forward) scans. Beyond sensitization level, other metallurgical variables, like inclusion content and cold work, or testing environment variables, like solution deaeration and solution aging, could potentially affect ir/ia. Austenitic stainless steel Types AISI 304 (UNS S30400) and AISI 303 (UNS S30300) were tested to assess the effect of those secondary variables on ir/ia. AISI 303 stainless steel had similar chromium and nickel contents to AISI 304, but higher contents of sulfur, resulting in a higher volume fraction of inclusions. ir/ia increased with inclusion content and decreased with cold work in AISI 304 stainless steel. In all cases, the DL-EPR test could discriminate solubilized from thermally aged specimens because confidence intervals of respective samples never overlapped. The testing solution was 0.5 mol/L H2SO4 + 0.01 mol/L KSCN, (sulfuric acid and potassium thiocyanate solution) and a common practice is to freshly prepare it just before the test. Measurements are usually performed under deaerated conditions. However, deployment of the technique, especially in the field, could be facilitated if naturally aerated solutions prepared in advance in a laboratory can be used. The oxygen content in solution and solution aging did not have a statistically significant effect on ir/ia.Fil: Altamirano, Pablo Martín. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Kappes, Mariano Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Rodríguez, Martín Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentin

Determinación in situ del grado de sensibilizado de aceros inoxidables austeníticos

Los aceros inoxidables austeníticos son materiales muy utilizados en la industria petroquímica debido a su buena combinación de propiedades tales como fabricabilidad, resistencia mecánica y a la corrosión. Uno de los problemas más importantes que presentan, y que puede conducir a fallas en servicio, es la susceptibilidad a la corrosión intergranular y a la corrosión bajo tensiones (SCC) con fisuras intergranulares. Cuando estos materiales se someten a temperaturas en el rango de 500 a 800 °C, en forma prolongada, ocurre la precipitación de carburos ricos en cromo en los bordes de grano. Esto puede suceder debido a excursiones de temperatura en procesos o en las zonas afectadas por el calor en uniones soldadas. La precipitación de carburos produce el empobrecimiento en cromo de las zonas adyacentes a los bordes de grano que, en concentraciones por debajo al 12 %, impiden la formación de una adecuada capa pasivante, con su consecuente menor resistencia a la corrosión. A este fenómeno se lo conoce como sensibilizado o sensitizado.Existen diferentes métodos de laboratorio para evaluar el sensibilizado de los aceros inoxidables austeníticos, pero todos son destructivos, requieren la toma de una muestra del material a evaluar. El objetivo del presente trabajo es desarrollar un método electroquímico para determinar el grado de sensibilizado de aceros inoxidables austeníticos que pueda aplicarse in situ a componentes y/o equipos de manera no destructiva. Para ello se toma como base el método DL-EPR (norma ISO 12732) realizando las modificaciones necesarias, tanto al método como al dispositivo experimental utilizado.Se realizaron pruebas sobre acero inoxidable austenítico 304, efectuando diferentes tratamientos térmicos a fin de obtener distintos grados de sensibilizado (DOS) del material. Se evaluaron las modificaciones necesarias del método DL-EPR para su aplicación in situ, como el efecto sobre el DOS obtenido del desaireado y del envejecido de la solución de medición en condiciones normales de almacenamiento. A la vez, con el objetivo de identificar falsos positivos, se estudió el efecto del trabajado en frío y del contenido de inclusiones sobre la medición de DOS. Para ello, se analizaron alambres de acero inoxidable 304 con diversos porcentajes de deformación plástica y tratamientos térmicos, y coladas de acero inoxidable de distinto contenido de inclusiones. Por último, el trabajo contempla el diseño de una celda electroquímica para mediciones in situ, que pueda fijarse en superficies planas y curvas, tanto horizontales como verticales.Fil: Altamirano, Pablo Martín. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; ArgentinaFil: Kappes, Mariano Alberto. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Materiales (CAC); Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Rodríguez, Martín Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Materiales (CAC); Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Technical Note: Low-Cost Sample Holder with Flooded Gasket Prevents Crevice Corrosion in Pitting Corrosion Tests

This work describes an inexpensive holder for corrosion experiments, developed to avoid crevice corrosion during pitting corrosion tests of corrosion-resistant alloys. It is based on a flooded gasket, incorporated in a Stern-Makrides sample holder. Unlike the Avesta cell designed by Qvarfort, the proposed sample holder does not require a pump. The sample holder attaches to prismatic or cylindrical specimens cut from bars, plates, or any other component with a thickness greater than 10 mm. The sample holder is versatile and with no limitations on chloride concentration, solution composition, or temperature. The testing solution can be deaerated or saturated with any gas if needed. The sample holding method was validated by cyclic potentiodynamic polarization experiments on Types 304, 316 stainless steel, and C-22HS nickel-based alloy. Crevice corrosion was not evident in any of the specimens tested with the proposed method.Fil: Hornus, Edgar Cristian. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Materiales (CAC); ArgentinaFil: Rodríguez, Martín Alejandro. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Materiales (CAC); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; ArgentinaFil: Kappes, Mariano Alberto. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Materiales (CAC); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto Sabato; Argentin