Zcitlivění ke korozi jako iniciátor únavového lomu lopatek kompresoru

Abstract Certain failures of stainless steels interpreted purely in terms of fracture mechanisms may in fact be closely associated with previous damage caused by localized corrosion. The closeness of the link between fatigue and corrosion is documented by the case history of compressor blades made of grade 14Cr17Ni2 (X14CrNi17-2) stainless steel. Fatigue fracturing observed in areas near the blade root tended to follow intergranular pathways, indicating that some additional mechanism other than fatigue might be involved. This suspicion was confirmed by electrochemical potentiokinetic reactivation (EPR) measurements in situ, which revealed sensitization to intergranular corrosion. It has been found that at the transition between the blade root and the blade proper the surfaces had been ground and polished too vigorously, heating the subcutaneous layers to within the danger zone of 400-600°C. Preferential integranular attack in these locations was the initiation mechanism that provoked a subsequent failure of the blades by fatigue fracture.Určité poruchy korozivzdorných ocelí zdůvodňované čistě ve smyslu lomové mechaniky mohou být ve skutečnosti úzce spojeny s dřívějším poškozením způsobeným místní korozí. Souvislost mezi únavou a korozí představuje případ lopatek kompresoru vyrobených z korozivzdorné oceli typu 14Cr17Ni2. Únavové poškození (praskání) pozorované v oblastech blízko paty lopatky má tendenci sledovat mezikrystalovou cestu. To naznačuje, že přichází v úvahu i jiný mechanismus vzniku trhlin, než je únava materiálu. Toto podezření bylo potvrzeno elektrochemickým potenciokinetickým reaktivačním (EPR) měřením „in situ―, které odhalilo zcitlivění k mezikrystalové korozi. Bylo zjištěno, že v přechodu mezi patou lopatky a ostatními povrchy byla broušena a leštěna příliš razantně a došlo k ohřátí povrchových vrstev v rozsahu teplot 400-600°C. Přednostní mezikrystalové napadení v těchto místech bylo iniciačním mechanizmem pro vyvolání následujícího poškození lopatek únavovým lomem

Corrosion Characteristics of High Alloyed Stainless Materials

Import 08/03/2011Disertační práce je věnována studiu korozních charakteristik vysokolegovaných korozivzdorných materiálů, především korozivzdorných ocelí a niklových slitin, které jsou nezbytným konstrukčním materiálem pro vysoce náročná použití v oblastech energetiky, odsiřovacích jednotek, spaloven odpadu apod. Velký význam mají tyto materiály rovněž ve zdravotnictví, pro které jsou vyvíjeny speciální materiály s vysokou odolností v prostředí tělních tekutin a zároveň s vysokými nároky na zdravotní nezávadnost. Společným problémem těchto vysokolegovaných korozivzdorných materiálů, jejichž povrch považujeme v daném prostředí za pasivní, jsou ale lokální, strukturně závislé druhy koroze, jako je mezikrystalová koroze, bodová a štěrbinová koroze a s tím související velmi nebezpečné korozní praskání. V předložené disertační práci jsem se snažila ukázat tuto problematiku právě ve vzájemných širších souvislostech. Byla studována náchylnost ke koroznímu praskání u šesti typů niklových slitin (HASTELLOY C-276, INCONEL 625, INCOLLOY 825, Alloy 59, Alloy 31, Alloy 33), a tří typů vysokolegovaných ocelí (slitina Alloy 800 -NiCrTiAl 33-21, austenitická ocel typu NiCrWTiAl 35-15-5 a duplexní ocel X2CrNiMoN 22-5-3. Korozní praskání bylo studováno ve vztahu k dalším lokálním druhům koroze Ke studiu náchylnosti materiálů ke koroznímu praskání byla uplatněna poměrně nová zkouška DET (Drop Evaporation Test), která byla během této práce normována jako norma ISO. Zkušební zařízení bylo v průběhu mé práce postupně zdokonalováno, např. instalací posuvného mikroskopu ke studiu iniciace korozních bodů s možností sledování a měření korozních trhlin. Zkouška DET se ukázala jako velmi vhodná, nejen ke stanovení náchylnosti studovaných materiálů ke koroznímu praskání, ale také jako cesta k výzkumu a hlubšímu poznání mechanizmu korozního praskání, zejména právě jeho iniciace. Získané výsledky vedly také k vytvoření matematického modelu tepelných a tlakových změn během zkoušky DET, což velmi přispělo k pochopení dějů uvnitř materiálu a stanovení rozhodujících vlivů na charakter lomu materiálu. Studium korozního praskání je zde také doplněno studiem náchylnosti vybraných materiálů k mezikrystalové korozi, kdy byla využita elektrochemická polarizační metoda DL-EPR (based on Cihal’s Method), která byla v průběhu řešení této práce nově normována jako norma ISO. Výsledky disertační práce byly v uplynulém období ve velké míře publikovány a ukazuje se, že v odborné veřejnosti mají svůj ohlas.The dissertation is devoted to the study of corrosion characteristics of high alloyed corrosion-resistant materials, especially stainless steels and nickel alloys, which are essential structural materials for highly demanding use in the fields of energetic, desulphurization units, waste incinerators, etc. These materials are also very important in the health sector, which requires developed of special materials with a high resistance to body fluids environment together with high demands for health protection. A common problem of high alloyed corrosion resistant materials, whose surface is considered as passive in the environment, is local, structure-dependent corrosion of various types, such as intergranular corrosion, pitting and crevice corrosion and the associated and very dangerous corrosion cracking. In the present thesis, I have attempted to demonstrate these problems in broader mutual interrelations. The susceptibility to the stress corrosion cracking was studied for six types of nickel alloys (Hastelloy C-276, INCONEL 625, INCOLLOY 825, Alloy 59, Alloy 31, Alloy 33), and three types of high-alloy steels (Alloy 800 NiCrTiAl 33-21, austenitic steel Type NiCrWTiAl 35-15-5 and duplex steel X2CrNiMoN May 3, 1922). The corrosion cracking was studied in relation to other local types of corrosion. For the study of the susceptibility of materials to stress corrosion cracking, a relatively new test DET (Drop Evaporation Test) has been applied. This test was standardized during this work as an ISO standard. The used testing equipment was gradually improved in the course of my work, e.g. by installation of a microscope to study the initiation of corrosion pits with possibility of monitoring and measurement of corrosion cracks. DET test was proved to be very suitable, not only for determination of the susceptibility of the studied materials to stress corrosion cracking, but also as a way to investigate and get a deeper understanding of the mechanism of stress corrosion cracking, especially of its initiation. The obtained results led to the formulation of a mathematical model of heat and stress changes during DET test, which significantly contributed to the understanding of the processes inside the material and determining the most important factors influencing the character of material fractures. The study of stress corrosion cracking is also accompanied by study of susceptibility of selected materials to the intergranular corrosion. This study uses electrochemical polarization method DL-EPR (based on Cihal’s Method), which was newly standardized as an ISO standard during the period of my work. The results of my thesis have been in a large extent published and it shows that they have got a positive response in the professional community.Prezenční636 - Katedra materiálového inženýrstvívyhově

Elektrokemijsko ispitivanje stabilnosti pasivnog stanja i korozijske otpornosti supermartenzitnog nehrdajućeg čelika

On low interstitial - supermartensitic stainless steels (X1CrNiMo 12-5-1, X2CrNiMo 13-6-2, X1CrNiMo 12-6-2) the electrochemical potentiodynamic polarization tests were carried out and the passive state stability and localized corrosion resistance were compared and evaluated. The effect of quenching and tempering as well as the changes in microstructure on polarisation curves and corrosion properties at room temperature were established. Small differences in chemical composition of steels were also registered on their corrosion parameters changes and resistance.Rad prikazuje usporedbu i procjenu stabilnosti pasivnog stanja i lokalnu otpornost koroziji temeljem ispitivanja elektrokemijske potenciodinamičke polarizacije nisko-intersticijskih supermartenzitnih nehrdajućih čelika (X1CrNiMo 12-5-1, X2CrNiMo 13-6-2, X1CrNiMo 12-6-2). Utvrdeni su utjecaj poboljšavanja čelika i mikrostrukturne promjene na polarizacijskim krivuljama uzoraka te korozijska svojstva pri sobnoj temperaturi. Uočena je i povezanost malih odstupanja kemijskog sastava čelika s promjenom korozijskih parametera i korozijskom otpornošću

Study and computer modeling of stress corrosion cracking during DET test

The stainless steels and related alloys with sufficient resistance to a general corrosion can be susceptible to a localized corrosion (pitting, cracking, intergranular corrosion) in certain environment under specific conditions. The Drop Evaporation Test (DET) was developed for study of stainless materials resistance to stress corrosion cracking (SCC) at elevated temperatures 100 - 300 °C under constant external load using a chloride containing water solution. In the contribution the initiation and propagation of short cracks as well as pits were observed during the test by the travelling microscope method. The crack initiation and/or propagation can be influenced by failing water solution drops. The modeling uses finite element analysis of formulated thermoelasticity problem

Trends in electrochemical polarization potentiodynamic reactivation method

The EPR test, designed to examine of the susceptibility to non-uniform, primarily intergranular corrosion, ranks among the more succesful testing technique developments relating to stainless steels and alloys. One of its numerous advantages is that it lends itself to non-destructive, on-site examination. EPR enjoyed wide expansion over the years since first conceived by Číhal in 1969. Recent EPR measurements tend to focus on double and/or single loop EPR as a modern technique used to establish the resistance of stainless steels and alloys to intergranular corrosion; detecting intergranular corrosion and intergranular corrosion stress cracking susceptibility in alloy steels and nickel alloys for nuclear engineering application; and studies of grain boundary precipitation and other minute local changes to alloy composition and structure

Sensitization to Corrosion as Initiator of Fatigue Fracture in Compressor Blades

Certain failures of stainless steels interpreted purely in terms of fracture mechanisms may in fact be closely associated with previous damage caused by localized corrosion. The closeness of the link between fatigue and corrosion is documented by the case history of compressor blades made of grade 14Cr17Ni2 (X14CrNi17-2) stainless steel. Fatigue fracturing observed in areas near the blade root tended to follow intergranular pathways, indicating that some additional mechanism other than fatigue might be involved. This suspicion was confirmed by electrochemical potentiokinetic reactivation (EPR) measurements in situ, which revealed sensitization to intergranular corrosion. It has been found that at the transition between the blade root and the blade proper the surfaces had been ground and polished too vigorously, heating the subcutaneous layers to within the danger zone of 400-600°C. Preferential integranular attack in these locations was the initiation mechanism that provoked a subsequent failure of the blades by fatigue fracture