Influence of the alloying elements on crevice corrosion of stainless steels: a modeling approach

Influence des éléments d’alliages sur la résistance à la corrosion caverneuse des aciers inoxydables : une approche de modélisation

¹ Laboratoire Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (SIMAP), Université de Grenoble, BP 75, 38402 St Martin d’Hères Cedex, France
e-mail: brahim.malki@simap.grenoble-inp.fr
² ARCELORMITTAL R&D, BP15, 62330 Isbergues, France

Received: 6 September 2011
Accepted: 5 October 2011

Abstract

Crevice corrosion chemistry is modeled in galvanostatic mode using finite element method calculations. The results lead to the formulation of critical conditions for crevice propagation in terms of applied current and depassivation pH_d. For a given stainless steel grade, the model predicts a linear relation I_C(pH_d) between a “critical propagation current” I_C and the depassivation pH_d. Detailed computing is performed to compare the behavior of duplex 2304, ferritic AISI 430 and austenitic AISI 304 stainless steels. The model is shown to capture correctly the major asymptotic behaviors and to fairly predict the better corrosion resistance of the duplex grade, which is attributed to its slower dissolution kinetics in acidic environment. When comparing duplex stainless steels to ferritic or austenitic ones, it is now evident that the dissolution law and the depassivation pH_d are the key factors that control the resistance to crevice corrosion propagation.

Résumé

Dans ce papier nous présenterons les principaux résultats d’une approche de modélisation par éléments-finis de la corrosion caverneuse des aciers inoxydables. L’étude est conduite en mode de polarisation galvanostatique sur trois nuances typiques d’aciers inoxydables : AISI 430, AISI 304 et le duplex 2304. Les résultats conduisent à la formulation de conditions critiques de propagation de la corrosion caverneuse en termes de courant appliqué I_G et de pH de dépassivation pH_d du film passif habituellement présent sur les aciers inoxydables. Pour un acier inoxydable donné, le modèle prédit une évolution en courbe sigmoïde de la surface corrodée en fonction du courant appliqué I_G (voir figure ci-après) en accord avec les résultats expérimentaux. Un calcul détaillé, effectué en vue de comparer les trois nuances étudiées, montre que la meilleure résistance à la corrosion caverneuse des aciers duplex par rapport aux aciers ferriques et austénitiques est principalement due à une meilleure résistance à la dépassivation par acidification locale des films passifs formés sur les duplex.