Lean duplex stainless steels – The role of molybdenum addition on pitting corrosion of concrete reinforcements

Les aciers inoxydables lean duplex – Rôle de l’addition du molybdène sur la corrosion par piqûre des armatures du béton

¹ Ugitech Research Center, Avenue Paul Girod, 73403 Ugine Cedex, France
e-mail: thiago-jose.mesquita@lepmi.grenoble-inp.fr
² LEPMI – INP Grenoble, rue de la Piscine, 38402 St. Martin d’Hères, France
³ International Molybdenum Association, 4 Heathfield Terrace, London, UK

Received: 4 August 2011
Accepted: 5 October 2011

Abstract

The use of stainless steels as concrete reinforcement is becoming increasingly popular in coastal and marine constructions in order to prevent corrosion induced by chloride ions penetrating into the concrete. In these highly aggressive situations, the lean duplex stainless steels have been extensively employed due to their high mechanical and corrosion resistances. However, the influence of Mo addition on pitting corrosion resistance of these steels is not clearly understood in alkaline chloride conditions even if this element is widely associated to an increasing corrosion resistance in acidic and neutral environments. Therefore, understanding Mo mechanism on corrosion resistance in alkaline media is hence of major importance to the setting of optimized alloy composition. The present work aims to study the effect of Mo addition on pitting corrosion properties of lean duplex stainless steels in alkaline environments (concrete). The results are discussed with respect to the influence of Mo addition on pitting potential for two industrial duplex alloys (1.4362 and 1.4462) in several aggressive media mainly in synthetic, chlorinated and carbonated solution simulating concrete pore environments (pH10 solution with carbonates and chlorides ions). In order to establish the real role of Mo addition on lean duplex corrosion and passivation properties, the corrosion behaviors of two specific laboratory lean duplex alloys, which the only difference between then is the amount of Mo (0 and 3% wt. Mo), are also studied. Furthermore, scanning electronic microscopy (SEM) was used to verify which phase of duplex microstructure (ferritic or austenitic) is mostly susceptible to the pit nucleation in these corrosion conditions as the role of Mo is probably different to each simple phase.

Résumé

Les aciers inoxydables sont de plus en plus utilisés comme renfort du béton dans les constructions marines et côtières, afin de prévenir la corrosion induite par les ions chlorures qui pénètrent dans le béton poreux. Dans ces milieux très agressifs, les aciers inoxydables lean duplex commencent à être largement employés en raison de leur résistance mécanique et à la corrosion très élevées. L’ajout de molybdène dans des environnements acides et neutres contribue à augmenter la résistance à la corrosion. Cependant, le rôle du Mo sur la résistance à la corrosion par piqûre des aciers en milieu alcalin chloruré reste à ce jour flou et peu d’études dans la littérature se sont intéressées à l’expliquer. Par conséquence, la compréhension du mécanisme du Mo dans la résistance à la corrosion en milieu alcalin est donc d’une importance majeure pour l’optimisation de la composition finale des alliages inoxydables en vue des applications potentiels comme renfort dans le béton. Ainsi, le présent travail vise à étudier l’effet de l’addition du Mo sur les propriétés de corrosion par piqûre des aciers inoxydables lean duplex en milieu alcalin. Les résultats sont discutés à l’égard de l’influence du Mo sur le potentiel de piqûre de deux alliages industriels duplex (1,4362 et 1,4462) dans plusieurs milieux agressifs, mais surtout dans une solution chlorurée synthétique qui simule les environnements poreux du béton (solution de pH10 avec des ions carbonates et chlorures). Deux alliages spécifiques de laboratoire ont également été étudiés qui diffèrent uniquement par leur teneur en Mo (0 et 3 wt.% Mo) afin d’établir le véritable rôle du Mo sur la corrosion des lean duplex et aussi sur leurs propriétés de passivation. Par ailleurs, la microscopie électronique à balayage (MEB) a été utilisée pour vérifier quelle phase de la microstructure duplex (ferrite ou austénite) est la plus sensible à l’amorçage des piqûres dans ces conditions, le rôle du Mo étant probablement spécifique pour chaque phase.