Evaluation of the corrosion resistance of selected stainless steels to an environment simulating biological corrosion

Muhammad Azaz Khan

Master's thesis

Abstract:

ABSTRAKT Korozivzdorné oceli jsou díky svým mechanickým a estetickým vlastnostem, stejně jako zvýšené odolnosti vůči korozi široce rozšířeny v technické praxi. Feritické korozivzdorné oceli jsou jedním z poddruhů korozivzdorných ocelí a jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích včetně nádrží zásobníků vody. Tyto materiály jsou náchylné k různým formám koroze, včetně mikrobiálně indukované koroze (MIC), která je významným problémem v průmyslovém prostředí. Tato diplomová práce poskytuje ucelený přehled korozivzdorných ocelí a jejich vlastností, kdy zvláštní důraz je kladen na feritické korozivzdorné oceli a jejich náchylnost k biologické korozi. Podrobně jsou diskutovány teoretické aspekty různých korozních mechanismů a jejich vliv na mikrostrukturu a korozní odolnost materiálu. Praktická část práce popisuje experimentální šetření provedené za účelem hodnocení korozních vlastností feritické nerezové oceli DIN 1.4521. Zkušební metody používané k posouzení korozní odolnosti materiálu zahrnovaly elektrochemické testování metodou potenciodynamické polarizace a metodou dvousmyčkové elektrochemické potenciokynetické reaktivace (EPR DL). Obě metody umožňují stanovení měření klíčových korozních parametrů, či stanovení míry zcitlivění materiálu. Pro testování byly vybrány čtyři různé koncentrace roztoků s obsahem NaCl (0,9 %, 3,5 %, 10 % a 20 %) a tři různé koncentrace H2SO4 (1 %, 2 % a 5 %). Roztoky NaCl byly vybrány k simulaci korozních vlastností kontaminované vody skladované ve vodních nádržích, zatímco roztoky H2SO4 byly použity k simulaci korozního prostředí vytvářeného bakteriemi během mikrobiálně indukované koroze (MIC). Výsledky ukázaly, že korozní odolnost tohoto typu oceli je ovlivněna koncentrací agresivních látek v daném prostředí, přičemž vyšší korozní rychlosti byly pozorovány v roztoku H2SO4 s koncentrací 5% . SEM alýzou byla vyhodnocena míra poškození povrchu testovaných vzorků. Dále bylo zjištěno, že koncentrace H2SO4 na úrovni 5% zvyšuje rychlost koroze až o tři řády. Tato zjištění naznačují, že přítomnost bakterií metabolizující kys. sírovou na površích zásobníků užitkové vody z feritické korozivzdorné oceli může mít podstatný vliv na jejich korozní chování.

Abstract:

ABSTRACT Stainless steels are widely used materials due to their excellent corrosion resistance, mechanical properties, and aesthetic appeal. Ferritic stainless steels are a subclass of stainless steels that are widely used in various industrial applications, including the construction of water storage tanks. These materials are susceptible to various forms of corrosion, including microbial induced corrosion (MIC), which is a significant concern in industrial settings. This thesis provides a comprehensive overview of stainless steels, with particular emphasis on ferritic stainless steels and their susceptibility to biological corrosion. Theoretical aspects of different corrosion mechanisms and their impact on the microstructure and corrosion resistance of the material are discussed in detail. The practical part of the thesis describes the experimental investigation carried out to evaluate the corrosion properties of DIN 1.4521 ferritic stainless steel. The testing methods used to assess the corrosion resistance of the material included electrochemical potentiodynamic polarization testing and double-loop electro potentiokinetic reactivation (EPR DL) methods, determination of corrosion parameters as well as sensitization of the material. Four different concentrations of NaCl (0.9%, 3.5%, 10%, and 20%) and three different concentrations of H2SO4 (1%, 2%, and 5%) were selected for testing. The NaCl solutions were selected to simulate the corrosion properties of contaminated water stored in water storage tanks, while the H2SO4 solutions were used to simulate the corrosive environment created by bacteria during microbial induced corrosion (MIC). The results showed that the corrosion resistance of stainless steel is influenced by the composition of the corrosive environment, with the highest corrosion rates observed in 5% H2SO4. The SEM analysis provided valuable information about the types of corrosion and their effects on the microstructure of the stainless steel samples. Furthermore, it was found that the concentration of H2SO4 at the level of 5% increases the corrosion rate by up to three orders of magnitude. These findings indicate that the presence of sulfuric acid-metabolizing bacteria on the surfaces of ferritic stainless steel water tanks may have a significant effect on their corrosion behaviour.

Keywords

Klíčová slova, feritická korozivzdorná ocel, korozní odolnost, bodová koroze, mikrobiální koroze, potenciodynamické polarizace.

Keywords

Key words, Ferritic stainless steel, corrosion resistance, pitting corrosion, microbial induced corrosion, potentiodynamic polarization.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2023
• Supervisor: Josef Hlinka
• Reader: Stanislav Lasek

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Master programme:
Progresivní technické materiály