CORROSION OF STELLITE-6 OVERLAY CLADDING ON 304L STAINLESS STEEL IN NITRIC ACID. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF CORROSION OF STELLITE-6 OVERLAY CLADDING ON 304L STAINLESS STEEL IN NITRIC ACID.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 6 August 2025. Download (4MB)

Arabic Abstract

تُستخدم سبائك الستالايت (ST6-6) على نطاق واسع كطلاء لحماية المعادن المطلية من أثر التعرية الناتجة عن احتكاك المعادن (erosion) أو التآكل (corrosion) . في بيئات تحتوي على حمض النيتريك , عادةً ما تعاني السبائك المطلية من تهديد التآكل وخصوصا في المنطقة الفاصلة بين السبيكة وطلائها. على سبيل المثال, تتآكل هذه الأجزاء في الصمامات عند تعرضها لحامض النيتريك (HNO3) في مرافق تصنيع هذا الحامض مما يؤدي الى خسائر مادية تترتب على صياتة او تغيير الصمامات المصابة. تستخدم هذه الدراسة عينات ماخوذة من صمامات مصابة بالتاكل نتيجة لتعرضها الى HNO3. وجدير بالذكر ان الصمامات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (Stainless Steel 304L) طليت بمادة الستالايت (ST-6) اللحام القوسي التنغستن (GTAW) . تم تمثيل ثلاث أجزاء قي جسم الصمام للدراسة وهي مطنقة تحتوي على مادة الصمام الأصلية والطلاء المنطقة الموجودة في الواجهة بين ستالايت 6 والفولاذ المقاوم للصدأ 304. أظهرت النتائج تآكلًا شجيريًا وتآكلًا متجانسًا يهاجم منطقة الواجهة. تم تحديد معدلات التآكل لهذه المناطق الثلاث بمساعدة طريقة مقاومة الاستقطاب الخطي (Linear Polarization Resistance) في 40٪ HNO3 عند 25 درجة مئوية. أظهرت منطقة الواجهة بين المناطق الثلاثة أعلى معدل تآكل. كان محتوى الكروم في منطقة الواجهة أقل من محتوى سبيكة Stellite-6 ، مما أدى إلى انخفاض مستوى مقاومة التآكل. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام طريقة مقياس المقاومة الصفرية (Ammeter Resistance Zero ) لدراسة التآكل الجلفاني لمنطقة الواجهة. فيما يتعلق (ST-6)، أظهرت منطقة الواجهة تآكلًا جلفانيًا وعملت هذه المنطقة من الصمام كأنود. ومن ناحية أخرى ، تم اكتشاف أن سلوكها فيما يتعلق بـ (Stainless Steel 304L) كان كاثوديًا. تطورت التشعبات أثناء عملية اللحام المتراكب Stlat-6 ، والتي أنتجت عدم تجانس التركيب الكيميائي وتآكل شجيري متسارع. في المناطق المتداخلة ، لوحظ أيضًا ترسيب كربيد الكروم. قللت هذه الرواسب مقاومة التآكل في أطراف التشعبات من خلال التسبب في استنفاد الكروم هناك. بالإضافة إلى ذلك ، تم التحقيق في العديد من أنظمة المعالجة الحرارية في هذا العمل لغرض دراسة تأثير أنظمة المعالجة الحرارية هذه على مقاومة التآكل لـ ST6 في بيئة حمض النيتريك. تمت دراسة تأثير المعالجة الحرارية من خلال التحقق من التغير في مورفولوجيا البنية المجهرية (تحليل SEM / EDS و XRD) وأيضًا عن طريق التحقق من معدلات التآكل (تحليل التآكل الكهروكيميائي) بين العينات المدروسة. تم إجراء قياس الصلابة للتأكد من أن أي نظام معالجة حراري مستخدم سوف لن يتسبب في تأثير غير مرغوب فيه للصلابة القياسية للسبائك المحددة. وجد أن المعالجة الحرارية تحت 1200 درجة مئوية لمدة ساعتين تنتج بنية مجهرية متجانسة مما يؤدي إلى معدلات تآكل منخفضة مقارنة بالعينة الملحومة والعينة الأخرى التي تمت معالجتها حرارياً تحت درجات حرارة مختلفة. من ناحية أخرى ، لم تتمكن المعالجة الحرارية تحت 950 درجة مئوية و 800 درجة مئوية لمدة ساعتين من إنتاج بنية مجهرية متجانسة وتسببت في تعرض العينات لمعدلات تآكل عالية.

English Abstract

Stellite-6 alloy (ST6) is widely used as an overlay coating to protect substrates from wear, erosion and corrosion. In nitric acid (HNO3) environments, the interface zone between the overlay and the substrate alloys usually suffers from corrosion attack. Internal gate valve parts corrode in nitric acid production facilities and their failures cause a significant financial impact. This study investigates the corrosion of gate valves constructed of 304L stainless steel fabricated using gas tungsten arc welding in HNO3. Three zones—the Stellite-6 overlay, 304L stainless steel, and the zone at the interface between the Stellite-6 overlay and 304L stainless steel—were represented by samples from the valve gate. The findings demonstrated inter-dendritic corrosion and homogenous corrosion attacking the interface zone. The corrosion rates of these three zones were determined using linear polarization resistance method in 40% HNO3 at 25 C. Due to the diluting effect, the interface zone among the three zones showed the highest corrosion rate. The interface zone’s chromium content was lower than that of the Stellite-6 alloy, which resulted in a lower level of corrosion resistance. Additionally, the zero-resistance ammeter method was used to study the galvanic corrosion of the interface zone. With respect to Stellite-6, the interface zone exhibited galvanic corrosion and acted as an anode. On the other hand, its behavior in relation to 304L was discovered to be cathodic. The diluting effect, which led to the development of a chromium concentration gradient between the interface zone and the Stellite-6 bulk alloy, was likewise connected to the galvanic corrosion of the interface zone. Dendrites developed during the Stellite-6 overlay welding process, which produced chemical composition inhomogeneity and accelerated inter-dendritic corrosion. In the inter-dendritic areas, precipitation of chromium carbide was also noticed. These precipitates reduced the dendrites’ peripheries’ corrosion resistance by causing chromium depletion. In addition, several heat treatment regimens were investigated in this work for the purpose of studying the effect of heat treatment on the ST6’s corrosion resistance in nitric a acid environment. The changes in the microstructure morphology were studied using SEM, EDS and XRD. The corrosion rates were measured using Electrochemical Corrosion analysis among the studied specimens. Hardness measurement was performed to ensure that no heat treatment regime would cause an undesirable pass of the specified alloy’s standard hardness. It was found that heat treatment under 1200 οC for 2 hours produces a homogeneous microstructure and low level of dilution resulting in low corrosion rates compared with the as-welded and the other specimens that were heat treated under different temperatures. On the other hand, heat treatment, under 950 οC and 800 οC for 2 hours was not able to produce a homogeneous microstructure and caused the specimens to undergo high corrosion rates although the level of dilution noticeably lowered.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Souror, Ahmad
Committee Members:	Tour, Ihsan Alhaq and Alsayoud, Abduljabbar
Depositing User:	UMAR AL-SAADOUN (g199323710)
Date Deposited:	12 Sep 2024 09:15
Last Modified:	12 Sep 2024 09:15
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143024