Crevice corrosion of duplex stainless steels in natural and chlorinated seawater

Corrosion caverneuse des aciers inoxydables duplex en eau de mer naturelle et chlorée

¹ French Corrosion Institute, 29200 Brest, France
e-mail: nicolas.larche@institut-corrosion.fr
² DCNS, 50104 Cherbourg, France
³ Délégation Générale pour l’Armement (DGA), 94114 Arcueil, France
⁴ Total E&P, 64018 Pau, France
⁵ ArcelorMittal, Global R&D, Industeel, 71201 Le Creusot, France
⁶ Outokumpu Stainless, 77422 Avesta, Sweden
⁷ Technip, Flexi France, 76580 Le Trait, France

Received: 18 November 2011
Accepted: 12 December 2011

Abstract

Since contradictory data can be found in the literature, it is often difficult to assess the susceptibility of crevice corrosion of stainless steels in service conditions for a given marine application. The initiation and propagation of crevice corrosion in natural seawater were evaluated for five different duplex stainless steel grades together with some austenitic grades. A CREVCORR-type assembly was used to simulate crevice configurations involving the use of plastic crevice formers. The standard pressure applied on the crevice assembly was 3 N/mm². Pressure of about 20 N/mm² was also applied on some selected specimens in order to assess the effect of crevice geometry on crevice corrosion. The effect of environmental parameters (i.e. temperature, flowing conditions, residual chlorine, and dissolved oxygen content) and of surface roughness on the crevice corrosion initiation and propagation were investigated, allowing the assessment of limits of applications for some tested stainless steel grades. The less alloyed duplex stainless steels were evaluated in stagnant seawater at 5 °C and 20 °C. The duplex stainless steel UNS S32205, with PREN = 37, was also evaluated under the same conditions of exposure. The high alloyed stainless steels with PREN above 40 were evaluated in the expected most severe conditions of exposure, namely in 0.5 ppm-chlorinated seawater at 20 °C, in seawater at 30 °C (not chlorinated and with 0.5 ppm of residual chlorine) and in seawater at 50 °C (not chlorinated and with 0.5 ppm of residual chlorine). As expected the less alloyed duplex stainless steels showed limited crevice corrosion resistance in the tested media while UNS S32205 showed better resistance in the less severe tested condition of exposure. In demanding media it was shown that the limits of application of highly alloyed stainless steels are highly dependent on the crevice geometry (i.e. specimen roughness and applied pressure at gasket location).

Résumé

Dans la littérature, il existe des informations contradictoires sur la résistance à la corrosion localisée des aciers inoxydables et il peut être difficile de prédire la performance d’un matériau en condition de service d’une application eau de mer. L’initiation et la propagation de la corrosion caverneuse en eau de mer naturelle et chlorée a été étudiée pour cinq grades d’acier inoxydable duplex et pour quelques aciers inoxydables austénitiques. Un assemblage de type CREVCORR a été utilisé pour simuler une caverne entre un joint plastique et l’acier testé. La pression standard entre le joint et la plaque est de 3 N/mm². Une pression plus sévère de 20 N/mm² a aussi été utilisée sur certains échantillons pour évaluer l’effet de la géométrie de caverne sur la susceptibilité à la corrosion caverneuse. L’effet des paramètres environnementaux (température, écoulement, chlore résiduel et oxygène dissout) et de la rugosité de surface sur la corrosion caverneuse a également été étudié sur certains alliages. Les duplex les moins alliés ont été testés en eau de mer stagnante à 5 °C et 20 °C. Le duplex UNS S32205 avec un PREN de 37 a également été étudié sous les mêmes conditions. Les aciers inoxydables les plus alliés, avec un PREN supérieur à 40, ont été testés dans des conditions plus sévères, en eau de mer chlorée (0,5 ppm) à 20 °C, en eau de mer naturelle à 30 °C non chlorée et chlorée (0,5 ppm) et en eau de mer naturelle à 50 °C non chlorée et chlorée (0,5 ppm). Les aciers inoxydables les moins alliés ont montré une évidente tendance à la corrosion caverneuse alors que le duplex UNS S32205 a montré une bien meilleure résistance dans les conditions d’exposition les moins sévères. Pour les conditions d’exposition plus sévères, les limites d’utilisation des aciers inoxydables les plus alliés sont très dépendantes de la géométrie de caverne (rugosité et pression de joint).