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Martensitic stainless steels are commonly used in cutlery fabrication requiring high hardness and sufficient corrosion resistance. The heat treatment process affects the mechanical and electrochemical behavior of martensitic stainless steels due to the precipitation of chromium carbides. Depending on the heat treatment the corrosion resistance of these steels can vary strongly, and improper heat treatment parameters can lead to a weak pitting corrosion resistance. The aim of this work is to identify heat treatment parameters influencing the corrosion resistance of martensitic stainless steels by using three different electrochemical testing methods. To this purpose, five different heat treatments were applied to the alloys 1.4116 and 1.4034. In addition to the determination of the critical pitting potentials and the modified double-loop electrochemical potentiodynamic reactivation tests (DL-EPR) a new KorroPad indicator test was used assessing the pitting corrosion behavior. The results showed that all methods used were in good agreement for verifying the influence of the various heat treatment parameters on the corrosion behavior and to identify the effect of heat treatment conditions on the pitting corrosion resistance.
Im Zusammenhang mit Planungs- und Entwicklungsaufgaben, den Forderungen in Normen und Regelwerken, in betrieblichen Arbeitsanweisungen, den Vorgaben für Zulieferteile oder bei der Auseinandersetzung mit Schadensfällen stellen sich häufig Fragen zum Korrosionsschutz sowie zu entsprechenden Prüf- und Untersuchungsverfahren. Die daraus gewonnenen Ergebnisse sollen z. B. eine Eignung von Werkstoffen oder Schutzsystemen unter spezifischen Einsatzbedingungen, die Dauerhaftigkeit des Schutzes, den Nachweis einer gleichbleibenden Qualität, die Vergleichbarkeit bekannter mit neuen Korrosionsschutzkonzepten oder den Wirkungsnachweis für gezielte Systemeingriffe belegen. Schnell wird deutlich, dass sich aus dem Blickwinkel verschiedener Branchen ganz unterschiedliche Anforderungsprofile ergeben, die ihren Niederschlag dann in unterschiedlichen Strategien der Prüf- und Untersuchungsverfahren finden.
In the last years, new approaches for the evaluation of the corrosion resistance of martensitic stainless steels were developed, which allow nearly non-destructive as well as short-term corrosion testing. This work analyzes the sensitive influence of microstructure and surface treatment on the corrosion resistance. The effect of alloy composition and microstructure, which is always present in addition to the influence of various surface treatments will be evaluated and discussed. The corrosion behavior was investigated with conventional evaluation of the pitting potential, electrochemical potentiodynamic reactivation (EPR), electrochemical noise (EN), and the 'KorroPad' (KP) technique. EPR provided information about the passivation ability and the extent of chromium content reduction due to chromium carbide precipitation in the microstructure. The use of EN and KP aims to detect the influence of different surface treatment parameters on the corrosion resistance in a nearly non-destructive way. Furthermore the results shall demonstrate the functionality and convenience of the short-term corrosion test methods EN and KP in order to gain more acceptance within the scientific community. The results will allow the extraction of surface treatment effects on the corrosion behavior of the martensitic stainless steels 1.4116, 1.4034, and 1.4021.
Durch die Alkalität des Betons wird Betonstahl dauerhaft vor Korrosion geschützt. Infolge von Chlorideintrag kann dieser Schutz nicht länger aufrechterhalten werden und führt zu Lochkorrosion. Die zerstörungsfreie Prüfung von Stahlbetonproben mit 3D-CT bietet die Möglichkeit, eine Probe mehrfach gezielt vorzuschädigen und den Korrosionsfortschritt zu untersuchen. Zur Quanti-fizierung des Schädigungsgrades müssen die bei dieser Untersuchung anfallenden großen Bilddaten mit Bildverarbeitungsmethoden ausgewertet werden. Ein wesent-licher Schritt dabei ist die Segmentierung der Bilddaten, bei der zwischen Kor-rosionsprodukt (Rost), Betonstahl (BSt), Beton, Rissen, Poren und Umgebung unterschieden werden muss. Diese Segmentierung bildet die Grundlage für sta-tistische Untersuchungen des Schädigungsfortschritts. Hierbei sind die Änderung der BSt-Geometrie, die Zunahme von Korrosionsprodukten und deren Veränderung über die Zeit sowie ihrer räumlichen Verteilung in der Probe von Interesse. Auf-grund der Größe der CT-Bilddaten ist eine manuelle Segmentierung nicht durch-führbar, so dass automatische Verfahren unabdingbar sind. Dabei ist insbesondere die Segmentierung der Korrosionsprodukte in den Bilddaten ein schwieriges Problem. Allein aufgrund der Grauwerte ist eine Zuordnung nahezu unmöglich, denn die Grauwerte von Beton und Korrosionsprodukt unterscheiden sich kaum. Eine formbasierte Suche ist nicht offensichtlich, da die Korrosionsprodukte in Beton diffuse Formen haben.
Allerdings lässt sich Vorwissen über die Ausbreitung der Korrosionsprodukte nutzen. Sie bilden sich in räumlicher Nähe des BSt (in Bereichen vorheriger Volumenabnahme des BSt), entlang von Rissen sowie in Porenräumen, die direkt am BSt und in dessen Nahbereich liegen. Davon ausgehend wird vor der Korrosionsprodukterkennung zunächst eine BSt-Volumen-, Riss- und Porenerken-nung durchgeführt. Dieser in der Arbeit näher beschriebene Schritt erlaubt es, halb-automatisch Startpunkte (Seed Points) für die Korrosionsprodukterkennung zu finden. Weiterhin werden verschiedene in der Bildverarbeitung bekannte Algorithmen auf ihre Eignung untersucht werden.
Elektrochemische Methoden für die Charakterisierung und Optimierung von Korrosionsschutz-Systemen
(2014)
Investigation on defect morphology and corrosion behaviour of TiMgN hard coatings on steel substrate
(2014)
Nitride hard coatings, such as Titanium nitride and chromium nitride coatings are widely used for applications focussing on wear protection and decorative purposes. Also these coatings are often applied on low alloyed steel substrates. The inevitable contact of the coated components with the environment through pores and coating defects bears the danger of corrosion of the steel substrate followed by further delamination of the coating and a loss of function of the component. A new attempt to increase the corrosion behaviour of those physically deposited hard coating systems is the implementation of magnesium. The positive effect of magnesium could be verified already electrochemically. Performed experiments on TiMgN have shown that corrosion resistance could drastically improved with increasing Mg content of the TiMgN up to 30 at% compared to steel substrates with applied titanium nitride hard coatings. Besides the clarification of the electrochemical and phenomenological effect of the magnesium on the corrosion behaviour, an additional aim of this work is the investigation of the coating defects, defect morphologies and their influence on the local corrosion behaviour. For this the incorporation of the magnesium and its effects on the coating material, the influence of coating growth related defects and the effect of the coating structure on the corrosion behaviour should be experimental examined by using innovative surface and material analysis methods such as FIB and TEM. Furthermore the evolution of the coating defects should be investigated by combing confocal microscopy with a new developed exposure test method using the electrochemical indication test KorroPad. The function of the KorroPad test, which was developed and patented [1] at the BAM for the detection of corrosion sensitive steel surfaces by indicating dissolution of iron ions [1], allows the detection and identification of critical coating defects for further microscopic investigation. Additional to that the KorroPad test simulates an accelerated exposure test by simultaneous absence of the disadvantages of typical short time exposure test like salt spray tests. Thus it allows a monitoring and analysis of the evolution of the critical coating defects and their influence on the local corrosion behaviour and the overall corrosion mechanisms. The results of this work should contribute to the development of new hard coatings with improved corrosion protection properties and also to a better understanding of the corrosion mechanisms of coated steel substrates.
In the last years, new approaches for the evaluation of the corrosion resistance of stainless steels were developed which allow short term corrosion testing with increased information content. This work analyses the extensive influence of heat treatment on microstructure and the resulting corrosion resistance of the martensitic stainless steels 1.4034 and 1.4021 with advanced methods. Different heat treatments at various austenitization temperatures up to 1100°C and the effect of different cooling rates were evaluated; the last has not yet been studied in literature at all. The resulting corrosion behaviour in relation to the different carbon content in the two used alloys and the applied heat treatment will be presented and discussed. The applied methods of investigation were conventional evaluation of the critical pitting corrosion potential (PP), modified electrochemical potentiodynamic reactivation (mEPR) and the "KorroPad" (KP) technique. The performance of modified EPR and its interpretation were optimized to provide additional information about the general passivation ability and the extent of chromium depletion as result of applied heat treatment. The aim using PP and KP was the correlation between the Parameters of the mEPR with the changes in the pitting corrosion resistance. Furthermore the results will demonstrate the functionality and usability of the short term corrosion test methods mEPR and KP in order to increase their acceptance within the scientific community. The results indicate a surprisingly large influence of both austenitization temperature and cooling rate on the corrosion resistance within all three used test methods, which can explain the different corrosion behaviour of martensitic stainless steels in earlier investigations.
Unter praktischen Einsatzbedingungen unterliegen die Konstruktionswerkstoffe in Anlagenkomponenten mit strömenden, feststoffhaltigen Medien, wie sie in vielen Anwendungsgebieten wie z.B. im Bereich der Erdölförderung und -Verarbeitung, der Kraftwerkstechnik sowie dem Bergbau auftreten, einer kombinierten mechanischen und korrosiven Beanspruchung. Da Bauteilschäden in den erwähnten Bereichen aufgrund der dort verarbeiteten Medien vielfach mit einer akuten Gefährdung von Mensch und Umwelt infolge des Austritts der transportierten Medien einhergehen, ist es erforderlich, genaue Erkenntnisse über das Werkstoffverhalten unter kombinierter erosiv-korrosiver Beanspruchung zu erlangen. Bisherige Standardprüfverfahren zur Untersuchung des Erosionskorrosionsverhaltens basieren üblicherweise auf der Bestimmung von Abtragsraten aus gravimetrisch bestimmten Masseverlusten unter definierten Prüfbedingungen. Unter Hochrechnung der ermittelten Abtragsraten wird versucht, Aussagen über das langfristige Werkstoffverhalten zu treffen und die voraussichtliche Betriebsdauer von Anlagenkomponenten abschätzen zu können. Durch die Ermittlung integraler Werte über die gesamte Versuchsdauer bleiben jedoch zeitliche Änderungen in den Bedingungen, wie sie unter praktischen Einsatzbedingungen zu erwarten sind, unberücksichtigt. Zudem können aus der Bestimmung von Abtragsraten unter Standardprüfbedingungen keine Rückschlüsse auf die Ursachen des Materialabtrags sowie auf mögliche Wechselwirkungen zwischen der mechanischen sowie korrosiven Beanspruchungskomponente getroffen werden. Die Entwicklung eines elektrochemisch instrumentierten Versuchsaufbaus kann hier einem Informationszugewinn im Hinblick auf die wirkenden Mechanismen unter kombinierter erosiv-korrosiver Beanspruchung generieren und somit einen entscheidenden Beitrag zur Abschätzung des langfristigen Werkstoffverhaltens unter Einsatzbedingungen und folglich auch zur Verbesserung der Bauteilsicherheit leisten.
Die Qualität von Schneidwaren aus martensitisch nichtrostenden Stählen (MNS) hängt neben ihrer härtebedingten Schneidleistung wesentlich von ihrer Korrosionsbeständigkeit ab, die dauerhaft das hochwertige optische Erscheinungsbild gewährleisten soll. Zur Prüfung der Korrosionsbeständigkeit hat sich bei Schneidwaren aus MNS die Anwendung des Wechseltauchversuchs etabliert, dessen Ausweitung aufwendig und dessen Ergebnisse oftmals fragwürdig sind. In den letzten Jahren wurden daher neue elektrochemische Methoden entwickelt, um das Korrosionsverhalten von MNS objektiver zu bewerten. Diese neuen Untersuchungsmethoden ermöglichen eine genauere Erfassung der teilweise stark schwankenden Korrosionsbeständigkeit von MNS und bilden damit die Grundlage zur Aufklärung der Ursachen dieser Schwankungen. Im Rahmen des IGF-Vorhabens 16636 BG wurden dazu das elektrochemische Rauschen (ECR), das KorroPad und die elektrochemisch potentiodynamische Reaktivierung (EPR) eingesetzt, um die werkstoffseitigen Einflüsse der Mikrostruktur und den Einfluss der Oberflächenbearbeitung auf die Korrosionsbeständigkeit zu untersuchen. Es wurden dazu an drei weit verbreiteten MNS (1.4116, 1.4034 und 1.4021) je acht verschiedene Oberflächenzustände hergestellt und das Korrosionsverhalten untersucht. Um die dabei aufgetretenen Unterschiede im Lochkorrosionsverhalten zwischen den drei Werkstoffen zu erklären, wurde der EPR-Test eingesetzt, der lokale ChromVerarmung im Gefüge als werkstoffbedingte Ursache von Lochkorrosionsanfälligkeit nachweist. Mit der Kombination der Ergebnisse aus EPR, ECR und KorroPad war es möglich, die unterschiedliche Lochkorrosionsanfälligkeit direkt der unterschiedlich stark ausgeprägten Chromverarmung der drei MNS zuzuordnen. Der Einfluss der Chromverarmung auf die Lochkorrosionsanfälligkeit ist dabei deutlich größer als der Effekt der Oberflächenbearbeitung, der nur bei gering ausgeprägter Chromverarmung ersichtlich ist. Damit wurde gezeigt, dass nur bei Betrachtung aller Einflussgrößen sichere Aussagen zur Korrosionsbeständigkeit und zu den Ursachen der Lochkorrosionsanfälligkeit von MNS möglich sind.