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An investigation of the high temperature oxidation of a 20% Cr/25% Ni/Nb stainless steel in carbon dioxide using thin layer activation
Authors: Asher J. , Sugden S. , Bennett M. J. , Hawes R. W. M. , Savage D. J. , Price J. B. 
Published: May 2005

AbstractThe high temperature oxidation behaviour of a 20% Cr/25% Ni/Nb stainless steel, during isothermal exposures of up to 525 h duration, in carbon dioxide, at 900 and 950°C and on subsequent furnace cooling, has been studied by weight change measurements, in combination with thin layer activation. For this purpose a defined region of the steel was activated by a deuteron beam to produce the radioisotopes 51Cr, 52Mn, 54Mn, 56Co, 57Co and 58Co, with independent depth distributions to 70 μm. Measurements of the activity levels of the radioisotopes before, during and after oxidation, monitored scale spallation, thus enabling effects on the oxidation kinetics due to scale cracking to be distinguished. The involvement of each radioisotope was ascertained in the types of scales formed and in the spall produced.
Sodium vanadate induced corrosion of MCrAlY coatings – Burner rig studies
Authors: Seiersten Marion , Rätzer‐Scheibe Hans‐Joachim , Kofstad Per 
Published: May 2005

AbstractThe corrosion of several MCrAlY‐coatings (M = Ni, Fe and Ni + Co) has been studied in a high velocity burner rig at 650, 800 and 950°C. The fuel used was diesel oil with additions of 3% sulphur, 200 ppm vanadium and 100 ppm sodium.The deposits formed on the specimens mainly consisted of sodium vanadates which were molten at the test temperature. Sodium sulphate was only found at and below 650°C. The corrosion mechanism involved was vanadate‐induced hot corrosion. This corrosion mechanism is characterized by the formation of an oxide layer adjacent to the metal, the dissolution of oxide in the molten deposit, and precipitation of vanadates or oxides near the outer surface of the deposit. The continuous deposition of fresh vanadate on the surface served to maintain high corrosion rates for extended exposures.
Effects of cold work on the oxidation behavior and carburization resistance of Alloy 800
Authors: Leistikow S. , Wolf I. , Grabke H. J. 
Published: May 2005

AbstractThe structure of the oxide layer formed on Alloy 800 at 600 °C in superheated steam markedly indicates the role of the grain boundaries as easy diffusion paths of Cr and Mn to the alloy/oxide interface. Increasing the number of grain boundaries by 10‐90% cold work leads to increasing Cr‐ and Mn‐content in the scale and to decreasing oxide growth rates. Variation of the grain size by different annealing treatments leads – since the Cr‐content in the scale is decreasing with the grain size – to a linear relation of growth rate and grain size.The effect of cold work was also demonstrated on the protectiveness of the oxide scale towards carbon uptake and carburization of Alloy 800. After preoxidation of differently deformed specimens at 900 °C, these were exposed to a CO‐CO2H2O‐H2 mixture at 700 °C for long time. The gas mixture was tagged with 14C so that the C‐ingress into the oxide scale and into the alloy could be sensitively monitored by autoradiography and (upon stepwise polishing) radioactivity measurements of the carbon penetration. The carbon uptake is effectively reduced with cold working; in contrast a non‐deformed, electropolished and preoxidized specimen shows relatively high C‐content after exposure.The investigations prove the highly favorable effect of mechanical pretreatment on the formation of the oxide scale on an austenitic Fe‐Ni‐Cr alloy. Cold work and other methods of surface deformation (grinding, polishing, sand blasting, shot peening) generate easy diffusion paths for fast Cr‐diffusion to the surface and sufficient supply of Cr to form a protective oxide layer.
Computer simulation of oxide scale cracking/healing processes under substrate creep at high temperatures and comparison of the results to experimental data
Authors: Schütze M. 
Published: May 2005

AbstractA computer programme is described which simulates the cracking and healing processes in protective oxide scales on heat‐resistant alloys under tensile straining at high temperatures. The main aim of the programme has been to calculate the critical strain rates for the maintenance of the protective effect of oxide scales after cracking by healing. The results from simulation calculations using input data for 3 heat‐resistant steels investigated earlier are compared to experimental results for these materials. The comparison reveals good agreement between calculated and experimental data concerning the critical strain rates for the maintenance of the protective effect by crack healing. The programme, thus, offers a tool for the theoretical estimation of critical strain rates when knowing some necessary mechanical data of the scale and the oxidation rate constant.
Observations on metal oxidation with field ion microscopy and mass spectrometry
Authors: Cocke D. L. , Block J. H. 
Published: May 2005

AbstractThe initial state of metal oxidation has been investigated by several experimental techniques. Field ion microscopy and field ion mass spectrometry offer methods which are particularly capable of elucidating details of the oxidation mechanism.Early observations of metal oxidation are summarized and recent work is discussed in respect to the oxidation of different metals (W, Ru, Cu) and of silicon. The importance of electrostatic fields for metal oxidation can be demonstrated by experimental results. External electrostatic fields in the order of 108 V/cm can be produced and their influences studied in a controlled manner.
Elektrochemische Untersuchungen zum kathodischen Korrosionsschutz mit Unterbrecherpotentiostaten
Authors: Rickert Hans , Holzäupfel G. , Fianda Ch. 
Published: May 2005

AbstractEs wurden stationäre und instationäre elektrochemische Untersuchungen an Eisen im kathodischen und an platiniertem Titan im anodischen Bereich im Hinblick auf den potentiostatischen kathodischen Korrosionsschutz durchgeführt. Aufgrund der erhaltenen Ergebnisse wurde ein Unterbrecherpotentiostat entwickelt, der es gestattet, auf die beim potentiostatischen kathodischen Korrosionsschutz sonst übliche getrennte Bezugselektrode zu verzichten. Dies wird dadurch möglich, daß der Korrosionsschutz mit diesem Unterbrecherpotentiostaten und einer Inertanode durchgeführt wird, wobei in periodischen Abständen der fließende Schutzstrom kurzzeitig unterbrochen wird. In der Abschaltzeit wird dabei die sonst als Gegenelektrode dienende Anode nach einer Wartephase von etwa 30 μs als Bezugselektrode benutzt, mit welcher das zwischen ihr und dem zu schützenden Eisen vorhandene Potential Eist gemessen wird. Dieses Potential wird mit dem am Potentiostaten eingestellten Schutzpotential Esoll verglichen und die Differenz Eist – Esoll direkt als Regelgröße für den in der Einschaltzeit fließenden Schutzstrom herangezogen. Die mit einem solchen Abschaltpotentiostaten über längere Zeit durchgeführten Untersuchungen zeigen, daß Eisen auf diese Weise kathodisch geschützt werden kann, ohne daß eine unerwünschte Wasserstoffentwicklung auftritt.
Natrium als flüssiger Wärmeträger bei Temperaturen von 500–750°C
Authors: Borgstedt Hans. U. , Frees Günter 
Published: May 2005

AbstractNatrium, das bei Atmosphärendruck im Temperaturbereich von rund 100 bis 881°C im flüssigen Zustand vorliegt, hat hervorragende Eigenschaften als Wärmeübertragungsmedium. Während es in seiner Viskosität bei 300°C etwa dem Wasser vergleichbar ist, ist es hinsichtlich seines Leitvermögens für Wärme und Elektrizität nicht nur dem Wasser, sondern auch vielen Metallschmelzen deutlich überlegen. Der niedrige Dampfdruck bis nahezu 900°C erlaubt es, die Apparate zum Wärmetransport als Niederdruckanlagen auszulegen.Bis zur Temperaturgrenze von etwa 750°C weist Natrium eine ausgezeichnete Verträglichkeit mit hochwarmfesten austenitischen Stählen auf. Die Strömungsgeschwindigkeit und die chemische Reinheit beeinflussen die Korrosionsraten. In schnell strömendem Natrium von technisch guter Reinheit treten nur Korrosionsraten von etwa 0,05 mm/Jahr auf. Nickelbasislegierungen weisen eine etwas höhere Korrosionsempfindlichkeit auf. In einem Natriumkreislauf können Werkstoffe stark unterschiedlicher Zusammensetzung Massetransport von einem zum anderen Werkstoff bedingen, was bei einem der Werkstoffe zu einer erhöhten Korrosion Anlaß gibt. Werkstoffkombinationen, die sich nicht vermeiden lassen, müssen auf diese Erscheinung hin untersucht werden. Ergebnisse einer Vielzahl von Korrosionsuntersuchungen in Natriumkreisläufen erlauben es, für die Konstruktion von Wärmetransportvorrichtungen Werkstoffempfehlungen zu geben.Aufgrund der relativ geringen Korrosionsraten kann die Auslegung der Apparate mit niedrigen Korrosionszuschlägen auskommen. Geschlossene Kühlkreisläufe mit gut gereinigtem Natrium können ohne umfangreiche Wartung betrieben werden, eine Nachreinigung des Flüssigmetalls während des Betriebs erübrigt sich. Wie die anderen Alkalimetalle wirkt auch Natrium nicht als versprödendes Flüssigmetall auf Stähle oder Nickellegierungen. Bei stärkerer Kriechverformung ist bei einigen Werkstoffen ein Natriumeffekt auf das Zeitstandverhalten beobachtet worden.
Einwirkung von Mangan in Stählen für die Strahlrohre in Pyrolyseöfen
Authors: Tůma H. , Vyklický M. , Ciznerová M. 
Published: May 2005

AbstractDie Aufkohlungsintensität des für die Strahlrohre von Pyrolyseöfen benutzten Cr25Ni35Nb‐Stahls in stark aufkohlender Atmosphäre wurde speziell im Hinblick auf den Einfluß des Mangangehalts untersucht. Es wurde festgestellt, daß Mangangehalte bis 2,3% in schwefelfreier Aufkohlungsatmosphäre die Aufkohlungsintensität praktisch nicht beeinflussen; der Einfluß von Silizium ist wesentlich stärker; mit steigendem Si‐Gehalt (bis 2,5%) wird die Aufkohlung deutlich geringer. In schwefelhaltiger Atmosphäre verschlechtert Mangan die Widerstandsfähigkeit gegen Aufkohlung, weshalb niedrige Mangangehalte (unterhalb 0,5%) von Vorteil sind.
Inhibition of pitting corrosion of AISI 304 by organic compounds
Authors: Zucchi F. , Hashi Ibrahim , Trabanelli G. 
Published: May 2005

AbstractThe influence of N‐lauroylsarcosine, laurylaminedicarboxylic acid, Na‐dodecylbenzene sulphonate and Na‐laurylsulphate on the pitting corrosion of AISI 304 stainless steel has been studied in 0.1 N NaCl solutions, buffered in the pH range 2.2 to 7.5, at 50°C. The steel pitting potentials have been determined by potentiostatic measurements and by a scratching electrode technique.The potential value at which active pits could be repassivated has been identified. The pitting incubation times have been determined on the steel electrodes prepassivated for different times at 0.5 V/Ag/AgCl in buffer solutions in the absence or in the presence of inhibitors. The overall results confirmed the inhibiting effect of the mentioned substances against the intiation of pitting, just emphasized by the means of potentiodynamic tests.On the contrary, the examined compounds do not show any effect on the pitting propagation.Some more information on the mechanism of action of the mentioned inhibitors are obtained from the incubation time values: in order to explicate their action they must either find sufficiently stable oxide film or can contribute to the stabilization of the passive film during its formation.
Substituted phenols as corrosion inhibitors for copper in nitric acid
Authors: Fouda A. S. , Mohamed A. K. 
Published: May 2005

AbstractThe dissolution of copper in nitric acid solution in the presence of resorcinol, o, p‐aminophenols, catechol, o‐cresol and salicylaldehyde as corrosion inhibitors has been studied by galvanostatic polarization and weight loss methods. For these compounds the two methods gave consistent results.Polarization data suggest that in the case of these inhibitors the cathode is preferentially polarized under the influence of an external current. The inhibitors appear to function through general adsorption following the Langmuir adsorption isotherm. The inhibiting effect of tested compounds is due to the destruction of the HNO2 formed and its interference with the cathodic reaction.
Effect of delta ferrite content on the corrosion resistance of type 316 clad metals
Authors: Rao K. Prasad , Rao A. Uma Maheshwar , Gururaja G. J. 
Published: May 2005

AbstractAustenitic claddings of type 316 were obtained by SMAW (Shielded Metal Arc Welding) and SAW (Submerged Arc Welding) processes, using type 316 L electrodes on low carbon boiler steel (SA 515 Gr 60) with type 309 L as a barrier layer deposited by the SAW process. Welding heat input was changed in order to obtain different ferrite contents in the cladding. The clad samples were post‐weld heat treated at 650°C for 50 and 200 h. The top layer of the cladding was removed and the specimens were then subjected to intergranular corrosion tests (ASTM A‐262‐75, practices A, B, C and E, viz. 10% oxalic acid electrolytic etch; ferric sulfate −50% sulfuric acid; 65% nitric acid and copper‐copper sulfate −16% sulfuric acid tests) and controlled potential etching test.The study indicated that the ferrite content of the cladding decreases with increasing current. Ferrite transformed after PWHT (post weld heat treatment) was relatively more in claddings obtained with low heat input and containing high ferrite content in the as‐clad condition. PWHT led to brittle fracture of high ferrite claddings (above 10 FN).The corrosion attack of ferrite was found to depend on environment. 65% nitric acid attacked ferrite preferentially, whereas in acid‐ferric sulfate, ferrite was intact and austenite was attacked. No sample exhibited susceptibility to intergranular corrosion in the as‐clad or PWHT conditions in the copper‐copper sulfate −16% acid test. However, PWHT specimens with low ferrite contents (3.55 FN) exhibited grain boundary precipitation at the interface of two adjacent layers. In general, ferrite was found to be beneficial in controlling corrosion rates of clad metals after PWHT. Heat input, within the range studied, did not affect the corrosion rates significantly.
Vermeidung der Wasserstoffversprödung vergüteter Stähle bei galvanotechnischen Prozessen durch thermische Legierungsbildung
Authors: Paatsch Wolfgang 
Published: May 2005

AbstractNiedriglegierte, hochfeste Stähle werden häufig gegen Korrosion durch galvanotechnisch abgeschiedene Metallschichten geschützt. Bei hochfest vergüteten Werkstoffen mit Streckgrenzen über 1000 Nmm−2 muß eine infolge des bei der galvanotechnischen Vorbehandlung sowie Metallabscheidung ebenfalls entwickelten Wasserstoffs mögliche Versprödung vermieden werden. Darüber hinaus sollen die vor Korrosion schützenden Schichten gleichzeitig eine Diffusionsbarriere gegen hierbei unter bestimmten Bedingungen ebenfalls entwickelten Wasserstoff bilden. In der vorliegenden Arbeit werden zwei mögliche Lösungswege unter Einbeziehung thermischer Legierungsbildung diskutiert.Durch Abscheidung einer Nickelschicht und eine anschließende Temperaturbehandlung oberhalb von 800°C in einer Schutzgasatmosphäre wird eine austenitische Eisen‐Nickel‐Legierungszone gebildet, die eine wirksame Diffusionsbarriere für Wasserstoff formt. Eine anschließende galvanotechnische Zinkabscheidung führt zur weiteren Verbesserung des Korrosionsschutzes und vermeidet eine mögliche Lochkorrosion.Die Abscheidung einer Kupfer‐ und nachfolgend einer Nickelschicht auf dem Stahl‐Grundwerkstoff führt bei einer Temperaturbehandlung von 800°C zur Bildung einer hochkorrosionsbeständigen Kupfer‐Nickel‐Legierung, die gleichzeitig eine ausgezeichnete Diffusionsbarriere für Wasserstoff darstellt. Der bei den galvanotechnischen Prozessen in den Stahl eindiffundierende Wasserstoff ist in beiden Fällen infolge der Temperaturbehandlung unwirksam.
Wüstit in Oxidschichten auf niedrig‐legierten Stählen in Wasserdampf – I: Wüstitbildung
Authors: Punge‐Witteler Barbara , Flörke O. W. 
Published: May 2005

AbstractWasserdampf‐Oxidation und ‐Korrosion der niedrig‐legierten Stähle (13 CrMo 44, 10 CrMo 9 10), die als Rohrwerkstoffe in Kraftwerkskesseln eingesetzt werden, wurden unter‐ und oberhalb der Wüstitbildungstemperatur (600°C) untersucht. Die Phasenzusammensetzung, das Gefüge und die Dicken der Oxidschichten wurden auf Stahlrohren in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit ermittelt. Im Bereich von 600° bis 700°C ist infolge Wüstitbildung verstärktes Oxidschichtwachstum beobachtbar. Die parabolische Zunderkonstante wurde als Funktion der Temperatur bestimmt.
Effect of carbon on the sulphidation of cobalt‐tantalum alloys
Authors: El‐Dahshan M. E. , Hazza M. I. , Al‐Mutaz I. S. 
Published: May 2005

AbstractThe sulphidation of cobalt‐tantalum‐carbon alloys containing 10 and 15 wt% Ta and carbon in the range 0–1 wt%, was carried out in H2‐H2S mixture containing 10% by volume H2S. The reaction kinetics at 800–1000°C were followed thermo‐gravimetrically and the scale products examined in detail using metallographic and X‐ray diffraction techniques. In these sulphidation conditions (10% H2S – 90% H2) addition of 10 and 15% Ta to cobalt was unable to suppress the formation of liquid cobalt‐rich sulphides; consequently, very rapid rates of alloy consumption were attained. Decreasing the temperature resulted in the distribution of the tantalum sulphides in a fine scale. Transport of cobalt through the inner layer was sufficiently rapid to form an outer, molten sulphide layer. The inability of tantalum‐rich sulphides to develop into a continuous layer appears to be responsible for the disappointing effect of tantalum on the sulphidation resistance. Increasing carbon contents in the alloy increase the sulphidation rate, but the increase is not very dramatic.
Die Adsorption von Chlorid an einem austenitischen Cr‐Ni‐Stahl bei hohen Temperaturen
Authors: Richter M. , Walter A. 
Published: May 2005

AbstractDurch Verwendung des radioaktiven Isotops Chlor‐36 und kernphysikalischer Meßmethoden (Gasdurchflußzählrohr, Autoradiographie) kann an Stahloberflächen adsorbiertes Chlorid mit einer Nach‐weisgrenze von 10−10 g/cm2 bei einem lokalen Auflösungsvermögen von mindestens 5 μm nachgewiesen werden. Diese Methode wurde benutzt, um die Chloridadsorption an den Schutzschichten eines austenitischen Cr‐Ni‐Stahls (X 8 CrNiTi 18 10) bei hohen Temperaturen (250°C) zu untersuchen. Dabei konnten drei unterschiedliche Arten der Chloridadsorption festgestellt werden: gleichmäßig flächenhafter Belag, hohe, örtlich begrenzte Chloridkonzentration an Stellen des lokalen Korrosionsangriffs und lokale Anreicherung von Chlorid durch Wärme‐ und Stofftransportvorgänge. Aus den Ergebnissen wurden Vorstellungen zum Wirkmechanismus des Chlorids abgeleitet. Auf die Anwendungsmöglichkeiten der Methode zum schnellen Nachweis eines chloridinduzierten Korrosionsprozesses (Lochfraß‐, Spannungsriß‐ oder Spaltkorrosion) bzw. zur quantitativen Bewertung von thermohydraulischen Anreicherungsprozessen wird hingewiesen.
The repassivation capacity of Stainless steel‐ceramic prostheses
Authors: Escudero M. L. , González J. A. , Ruiz J. 
Published: May 2005

AbstractThe breakdown and repassivation potentials of stainless steel‐ceramic prostheses have been determined both in a Hanks' solution and in implants in dogs. These materials show low susceptibility to pitting corrosion as well as a high repassivation capability. The influence of surface roughness, exposure time and homogenization treatment on the pitting corrosion behaviour is studied.
Berechnung des Rißfortschrittsverhaltens geschweißter Proben aus Offshore‐Stählen in Meerwasser zur Abschätzung der Lebensdauer von Offshore‐Komponenten
Authors: Oberparleiter W. , Schütz W. 
Published: May 2005

AbstractGeschweißte Bauteile im Offshore‐Bereich werden zwar prinzipiell so dimensioniert, daß keine Risse auftreten sollten, unter schwingender Beanspruchung muß aber dennoch mit Anrissen gerechnet werden.Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens war, ein geeignetes Rechenverfahren für das Rißfortschrittsverhalten von Bauteilen aus Offshore‐Stählen im Meerwasser und unter betriebsähnlichen Belastungen zu überprüfen.Mit der Rißfortschrittsmethode nach Paris läßt sich das Rißfortschrittsverhalten von bauteilähnlichen Proben (geschweißte Winkelproben) unter einer betriebsähnlichen Lastfolge an Luft, bei freier Korrosion und bei kathodischem Schutz (−860 mV Ag/AgCl) relativ genau vorhersagen.Die Verwendung des Wheeler‐Modells mit Rißverzögerung führte zu einer deutlich höheren Rißfortschrittslebensdauer und damit zu Vorhersagen auf der unsicheren Seite.
Schwingungsrißkorrosion von Baustahl in Offshore‐Konstruktionen bei unterschiedlichen Frequenzen und Umgebungsbedingungen
Authors: Helms R. , Henke H. , Bork C.‐P. 
Published: May 2005

AbstractDem Frequenzeinfluß auf die Schwingungsrißkorrosion in Meerwasser von geschweißten (E‐Hand) und ungeschweißten Biegeproben aus Grobblech (20 mm, StE 460) wurde in überwiegend lebensdauer‐orientierten Einstufenversuchen nachgegangen. Die Prüffrequenzen wurden dabei in weiten Grenzen variiert (10; 1; 0,1; 0,01 s−1). Als Umgebungsbedingungen wurden Luft und künstliches Meerwasser bei freiem Korrosionspotential, bei kathodischem Schutz mit (UH1) = −650 mV und einer extremen Polarisierung mit UH = −850 mV berücksichtigt.Eine durchgehende Abstufung der durch die Bruchschwingspielzahl NBr gekennzeichneten Lebensdauer nach der Frequenz wurde in der erwarteten Reihenfolge nur bei freier Korrosion festgestellt. Insgesamt ist der Frequenzeinfluß dabei aber geringer als erwartet und nur bei der niedrigsten Prüffrequenz 0,01 s−1 stärker ausgeprägt. Diese Frequenz führt aber bei geschweißten Proben auch an Luft sowie bei einer extremen kathodischen Polarisation mit UH = −850 mV in Kombination mit höheren Beanspruchungen zu geringeren NBr‐Werten.Die Ergebnisse für Luft und freies Korrosionspotential zeigen die üblichen rel. geringen Streuungen, dagegen sind sie bei den beiden kathodischen Potentialen UH = −650 mV bzw. −850 mV wesentlich größer. Bei UH = −650 mV kennzeichnen einige Ergebnisse ein deutlich besseres Verhalten als an Luft, die anderen liegen im Streuband der Ergebnisse an Luft. Bei der extremen kathodischen Polarisation mit UH = −850 mV liegt ein Teil der Ergebnisse hingegen in einem Bereich mit signifikant kürzerer Lebensdauer als an Luft, was auf den negativen Einfluß des bei diesem Potential verstärkt kathodisch entstehenden Wasserstoffes zurückzuführen ist.Die Rißeinleitungsphase wird durch freie Meerwasserkorrosion im Vergleich zu Luft verkürzt, durch kathodischen Schutz mit UH = −650 mV dagegen verlängert.
Effects of phosphorus on the stability of the passive state of Fe and Fe‐Ni base glasses
Authors: Viefhaus H. , Möller R. , Janik‐Czachor M. 
Published: May 2005

AbstractThe effects of substituting P for B in Fe base and Fe‐Ni base glasses have been investigated. The electrochemical measurements have shown that a substitution of B by P increases the ability of the alloys to passivate and stability of their passive state. Surface analysis with AES revealed that for Fe‐Ni base glasses the main constituents of the passive film were: iron oxides, phosphorus‐oxygen species (mostly phosphates) and boron oxide whereas Ni oxides were depleted. There was a certain similarity between the Auger spectra for phosphorus in the passive film on the glassy substrate and for segregated, and subsequently oxidized, phosphorus on a (100) oriented Fe single crystal. The results suggest, moreover, in agreement with the previous findings for crystalline Fe that the electrolyte components are incorporated into the passivating film on glassy substrates.