CORROSION BEHAVIOR OF 3D PRINTED 316 L STAINLESS STEEL IN CHLORIDE AND HYDROCARBON ENVIRONMENTS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis - Final Draft rev.10 Ibrahim Albalawi.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 14 December 2024. Download (6MB)

Arabic Abstract

يُعد التصنيع الإضافي أو الطباعة ثلاثية الأبعاد من أكثر التقنيات الواعدة التي يمكن استخدامها في صناعة النفط والغاز ، لا سيما في صناعة مكونات السبائك والفولاذ المقاوم للصدأ. في هذا الصدد ، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316L بشكل متكرر ويمكن تصنيعه بسهولة باستخدام الصهر الانتقائي بالليزر (SLM). تبحث هذه الدراسة في السلوك الكهروكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ 316L الناتج عن الذوبان الانتقائي بالليزر (SLM) بكثافات طاقة متفاوتة ومقارنته بسلوك الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي. أجريت القياسات الكهروكيميائية في درجة حرارة الغرفة في محلول كلوريد الصوديوم 3.5٪ بالوزن مع أربعة مستويات من الأس الهيدروجيني. بالإضافة إلى ذلك ، أجريت القياسات الكهروكيميائية عند درجة حرارة 70 درجة مئوية في محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 3.5٪ بالوزن ودرجة الحموضة 1 لمحاكاة بيئة الصناعة العدوانية في نظام المياه المالحة في الوحدة الخام. تم غمر الفولاذ المقاوم للصدأ 316L SLMed والعينات التقليديه في 3.5٪ كلوريد الصوديوم والزيت الخام (الهيدروكربون) لمدة 14 يومًا عند درجة حرارة الغرفة. تم التحكم في الأس الهيدروجيني عن طريق إضافة قطرات حمض الهيدروكلوريك في 3.5٪ كلوريد الصوديوم والزيت الخام حتى يتم تقليل الأس الهيدروجيني ليكون الرقم الهيدروجيني 1. تم استخدام مقياس التشكيل البصري لقياس وتقييم تآكل التنقر للعينات التي تم غمرها. تم تقييم كثافة الحفرة ، عمق الحفرة الأقصى ، متوسط عمق الحفرة وحجم الحفرة لكل عينة. تم إجراء تحليل التآكل باستخدام مقاومة الاستقطاب الخطي (LPR) ، والاستقطاب الديناميكي الديناميكي (PDP) ، وإمكانات الدائرة المفتوحة (OCP) ، والتحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS). علاوة على ذلك ، تم استخدام مجهر إلكتروني (SEM) مجهز بمطياف الأشعة السينية المشتت للطاقة (EDS) ومقياس حيود الأشعة السينية لإجراء فحص البنية المجهرية (XRD). كانت مقاومة التنقر للعينة المطبوعة ثلاثية الأبعاد أكبر من مقاومة السبائك التقليديه ، خاصة عند الرقم الهيدروجيني 1 ، حيث تُظهر قيم Epit للعينات اختلافًا واضحًا. تُظهر السماكة المحسوبة لطبقة التخميل أن عينات SLM لها فيلم سلبي أكثر سمكًا قليلاً من العينات التقليديه. لاحظ اختبار الغمر أن العينات المغمورة في الخام كانت ذات كثافة حفرة أعلى من العينات المغمورة في محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 3.5٪ ، مما يشير إلى أن معدل التآكل المنخفض أدى إلى زيادة كثافة الحفرة وانخفاض عمق الحفرة وحجمها. لم يختلف معدل التآكل وإمكانية التآكل بشكل كبير بين العينات ولكن لا يزال يُظهر أن العينات المطبوعة ثلاثية الأبعاد أفضل.

English Abstract

Additive Manufacturing or 3D printing is one of the most promising technologies that can be utilized in the oil and gas industry, particularly for manufacturing alloy and stainless-steel components. In this regard, 316L stainless steel is frequently utilized and can be conveniently manufactured using selective laser melting (SLM). This study examines the electrochemical behavior of 316L stainless steel fabricated by selective laser melting (SLM) with varying energy densities and compares it with that of wrought stainless steel. The electrochemical measurements were conducted at room temperature in a 3.5 wt.% NaCl solution with four pH levels. In addition, the electrochemical measurements were conducted at temperature of 70 C in a 3.5 wt.% NaCl solution and pH 1 to simulate the aggressive industry environment in the brine water system in the crude unit. The 316L SLMed stainless steel and the wrought samples were immersion in 3.5% NaCl and crude oil (hydrocarbon) for 14 days at room temperature. An optical profilometer was used to measure and evaluate the pitting corrosion of the samples that were immersed. The corrosion analysis was carried out using Linear Polarization Resistance (LPR), Potentiodynamic Polarization (PDP), open circuit potential (OCP), and Electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Moreover, an electron microscope (SEM) equipped with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and an x-ray diffractometer was used to carry out the microstructure investigation (XRD). The pitting resistance of the 3D printed sample was greater than that of the wrought alloy, particularly at pH 1, where the Epit values of the samples demonstrate a distinct difference. The immersion test observed that the samples immersed in crude had a higher pit density than the samples immersed in 3.5% NaCl solution, indicating that a lower corrosion rate resulted in a higher pit density and lower pit depth and pit size. The calculated thickness of the passivation layer shows that SLM samples have a slightly thicker passivity film than wrought samples. The corrosion rate and corrosion potential did not vary significantly between the samples, but it still shows that the 3D-printed samples are better.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research Research > Corrosion Mechanical
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Sorour, Ahmad Asaad
Committee Members:	Toor, Ihsan Ul Haq and AlZahrani, Atif Saeed Misfer
Depositing User:	IBRAHIM ALBALAWI (g201704830)
Date Deposited:	18 Dec 2023 07:34
Last Modified:	18 Dec 2023 07:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142652