Study of the corrosion behavior of S560 and S700 steels

Mitsika, Evrydiki; Μήτσικα, Ευρυδίκη

dc.contributor.author	Mitsika, Evrydiki	en
dc.contributor.author	Μήτσικα, Ευρυδίκη	el
dc.date.accessioned	2021-03-22T07:57:22Z
dc.date.available	2021-03-22T07:57:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53105
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20803
dc.rights	Default License
dc.subject	Ηλεκτροχημεία	el
dc.subject	Ηλεκτροχημικές τεχνικές	el
dc.subject	Electrochemistry	en
dc.subject	Electrochemical techniques	en
dc.subject	Alloy elements	en
dc.subject	Στοιχεία κραμάτωσης	el
dc.subject	Microstructure	en
dc.subject	Μικροδομή	el
dc.subject	Θερμομηχανική ελαση	el
dc.subject	Βαφή και επαναφορά	el
dc.subject	TMCP	en
dc.subject	Thermomechanical controlled processed	en
dc.subject	QT	en
dc.subject	S560	en
dc.subject	S700	en
dc.subject	HSLA	en
dc.subject	FCA	en
dc.subject	Quenched and tempered	en
dc.subject	IR drop	en
dc.subject	Ohmic potential drop	en
dc.subject	LPR	en
dc.subject	Tafel extrapolation	en
dc.subject	AH36	en
dc.subject	EIS	en
dc.subject	CPP	en
dc.subject	OC	en
dc.subject	Open circuit potential	en
dc.subject	Linear polarization resistance	en
dc.subject	Potentiodynamic polarization	en
dc.subject	Electrochemical impedance spectroscopy	en
dc.subject	Cyclic potentiodynamic polarization	en
dc.subject	Oxidant diffusion	en
dc.subject	Διάχυση οξειδωτικού	el
dc.subject	Electrochemical cell	en
dc.subject	EC-lab	en
dc.subject	Versa	en
dc.subject	Potentiostat	en
dc.subject	Nyquist	en
dc.subject	Bode	en
dc.subject	CPE	en
dc.subject	Constant phase element	en
dc.title	Study of the corrosion behavior of S560 and S700 steels	en
dc.title	Μελέτη της συμπεριφοράς σε διάβρωση των χαλύβων S560 και S700	el
dc.contributor.department	Τομέας Θαλασσίων Κατασκευών / Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Introduction: One of the most challenging topics of research in the marine field, in the last years, is the reduction of the weight, which mainly affects the fuel consumption and the payload capacity of the ship. The introduction of high-performance steels called High Strength Low Alloy (HSLA) aim to achieve this objective. Fatigue Crack Arresters (FCA) are HSLA steels with better fatigue performance and they possess a satisfying combination of strength, toughness, formability and weldability while exhibiting high yielding point. However, the application of these steel needs to be studied concerning several issues i.e. fatigue performance and corrosion behavior, in comparison with conventional steel AH36. The present thesis studies the corrosion behavior of HSLA structural steels S560 and S700 and compares them with the conventional shipbuilding High Strength steel AH36. The steel specimens were provided by FINCANTIERI Shipbuilding Company, through SSAB Steel Company, in the frame of RAMSSES EU funded project. Shipbuilding Technology Laboratory participates in this project as partner. Electrochemical techniques were employed, applying DC and AC perturbation techniques, in particular; Open Circuit Potential, Linear Polarization, Potentiodynamic Polarization, Cyclic Polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy, accompanied by study of the microstructure and micro-hardness of both specimens. The experiments were performed in simulated seawater solution 3.5% NaCl. All the experiments were performed in the Shipbuilding Technology Laboratory, employing the relevant infrastructure, Potentiostat with FRA (Frequency Response Analyzer), Optical Microscope and Scanning Electron Microscope. The present thesis consists of two main aspects. The first one is the Study of the Metal Alloys, including metallography, chemical analysis and micro-hardness measurements, accompanied with the relevant literature study on the production processes of steels and the contribution of their alloy elements to their final properties. The second one, which is also the most significant, is the Study of Corrosion Behavior, including a thoroughgoing theoretical study on the corrosion mechanism, concerning the Thermodynamic and the Kinetic background of the phenomenon, along with the fundamentals of the electrochemical techniques. The experimental results of these studies, are presented in detail for S560 and S700 steels separately, then comparatively with each other and finally, compared to AH36, along with the relevant conclusions. In the appendix, the reader may find detailed experimental results of the electrochemical experiments.	en
heal.classification	Μηχανική	el
heal.classification	Επιστήμη Υλικών	el
heal.classification	Ηλεκτροχημεία	el
heal.classification	Χημεία	el
heal.classification	Μεταλλειολογία	el
heal.classification	Ναυπηγική	el
heal.classification	Mechanics	en
heal.classification	Materials Science	en
heal.classification	Μεταλλουργία	el
heal.classification	Electrochemistry	en
heal.classification	Chemistry	en
heal.classification	Metallurgy	en
heal.classification	Shipbuilding	en
heal.classification	Science of Corrosion	en
heal.classification	Thermodynamics of Corrosion	en
heal.classification	Kinetics of Corrosion	en
heal.classification	Θερμοδυναμική	el
heal.classification	Κινητική	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-11
heal.abstract	The main objective of the present thesis is the study of the corrosion behavior of the HSLA S560 and S700 structural steels. This study investigates the corrosion performance of these steels as an alternative to conventional steel AH36 for specific applications on the ship. To this purpose, electrochemical techniques were employed, applying DC and AC techniques. In particular five electrochemical techniques were used for this study; Open Circuit Potential (OC), Potentiodynamic Polarization (PP) – including Linear Polarization (LPR), Tafel Extrapolation and Cyclic Polarization (CP) – and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The main objective was accompanied by study of the microstructure of S560 and S700, including optical observations – Optical Microscopy and Scanning Electron Microscopy – and measurements of their micro-hardness and their chemical composition. Completing the above, their production process was also taken into account in order to arrive into sound conclusions. The experiments performed showed that the mechanism of corrosion, is well described by an increase of current density with increasing potential in the anodic region, indicating active corrosion behavior without evident passivation. Both metals present similar anodic dissolution determined by charge transfer (activation polarization) for long ranges of potential (CP) and long times of EIS experiment (24 hours) until the formation of oxide film that limits the dissolution. The cathodic polarization is determined by O2 diffusion, meaning that the phenomenon is controlled by concentration polarization further than equilibrium. S700 present faster transition from equilibrium to concentration polarization than S560. The corrosion parameters obtained prove no significant differences among S560 S700 and AH36, concerning the Potentiodynamic Polarization Experiments (DC), as the corrosion current (icorr¬) values are similar for these three steels. However, EIS Experiments (AC) revealed that both of the studied specimens, S560 and S700, appear to have lower corrosion susceptibility compared to AH36. Between S560 and S700, the latter presents higher corrosion resistance, which can be attributed to the harder microstructure of S700, consisting of tempered martensite and bainite, along with ferrite. Moreover, S700 implies the formation of oxide film that limits the dissolution, in opposition to S560 that does not exhibit such behavior. These differences between the results of DC and AC experiments, can be explained by the difference of the perturbation applied on the specimens. The aforementioned results prove that concerning the corrosion performance S700 can be introduced as an alternate material for specific areas on the ship. Whereas, it is essential to study the corrosion behavior in combination with fatigue performance.	en
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη της συμπεριφοράς σε διάβρωση των χαλύβων υψηλής αντοχής και χαμηλής κραμάτωσης S560 και S700. Η μελέτη αυτή διερευνά την απόδοση των δύο αυτών χαλύβων σε διάβρωση, ως εναλλακτικές του συμβατικού χάλυβα ΑΗ36 για συγκεκριμένες εφαρμογές στο πλοίο. Για το σκοπό αυτό, εφαρμόστηκαν ηλεκτροχημικές τεχνικές, με την εφαρμογή συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος. Συγκεκριμένα, εφαρμόστηκαν οι τεχνικές του Δυναμικού Ανοιχτού Κυκλώματος, της Γραμμικής Πόλωσης, της Ποτενσιοδυναμικής Πόλωσης, της Φασματοσκοπίας Ηλεκτροχημικής Εμπέδησης και της Κυκλικής Πόλωσης. Εκτός από τη διάβρωση μελετήθηκε και η μικροδομή του S560 και του S700, με οπτική παρατήρηση, μέσω Οπτικής και Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας, καθώς και με μετρήσεις της μικροσκληρότητας και της χημικής τους σύστασης. Στα παραπάνω, λήφθηκε υπόψη η διαδικασία παραγωγής κάθε χάλυβα προκειμένου να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα. Τα πειράματα που διεξήχθησαν έδειξαν ότι ο μηχανισμός της διάβρωσης περιγράφεται από αύξηση της πυκνότητας ρεύματος με αύξηση του δυναμικού στην ανοδική περιοχή, υποδεικνύοντας έτσι δραστική συμπεριφορά χωρίς εμφανή παθητικοποίηση. Τόσο ο S560 όσο και ο S700 παρουσιάζουν παρόμοια ανοδική διάλυση η οποία ελέγχεται από το φαινόμενο της πόλωση ενεργοποίησης, ακόμα και για μεγάλο εύρος δυναμικού (Κυκλική Πόλωση) και χρόνου στα πειράματα της Φασματοσκοπίας Ηλεκτροχημικής Εμπέδησης (24 ωρών), έως τη δημιουργία ενός στρώματος οξειδίων στην επιφάνειά τους, που εμποδίζει την περεταίρω διάλυση. Η καθοδική πόλωση καθορίζεται από το φαινόμενο της διάχυση οξυγόνου, δηλαδή ελέγχεται από το φαινόμενο της πόλωσης συγκέντρωσης. Ο S700 παρουσιάζει πιο γρήγορη μετάβαση από την κατάσταση ισορροπίας στην πόλωση συγκέντρωσης σε σχέση με τον S560. Οι παράμετροι της διάβρωσης που εξήχθησαν από τα πειράματα αποδεικνύουν ότι δεν υπάρχει ουσιαστική διαφορά των δύο μελετώμενων χαλύβων σε σύγκριση με τον ΑΗ36 (κοινός ναυπηγικός χάλυβας), όσον αφορά στα πειράματα Ποτενσιοδυναμικής Πόλωσης (συνεχούς ρεύματος), καθώς η πυκνότητα ρεύματος διάβρωσης παρουσιάζει παρόμοιες τιμές και για τους τρεις χάλυβες. Παρ’ όλα αυτά, τα πειράματα της Ηλεκτροχημικής Εμπέδησης (εναλλασσόμενου ρεύματος) απέδειξαν πως οι δύο χάλυβες, S560 και S700, φαίνεται να έχουν υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση σε σύγκριση με τον AH36. Μεταξύ των S560 και S700, ο τελευταίος παρουσιάζει καλύτερη συμπεριφορά, η οποία μπορεί να αποδοθεί στη σκληρότερη μικροδομή του, που αποτελείται από επαναφερμένο μαρτενσίτη, μπαινίτη και φερρίτη. Επιπλέον, τα πειράματα της εμπέδησης έδειξαν ότι στον S700 σχηματίζεται προστατευτικό στρώμα οξειδίου που περιορίζει την περαιτέρω διάλυση του μετάλλου. Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι όσον αφορά την συμπεριφορά των χαλύβων έναντι της διάβρωσης, ο S700 θα μπορούσε να αποτελέσει εναλλακτικό υλικό σε ορισμένα σημεία του πλοίου. Ωστόσο, είναι σημαντικό να μελετηθεί η συμπεριφορά σε διάβρωση σε συνθήκες κόπωσης.	el
heal.advisorName	Τσούβαλης, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Tsouvalis, Nicholas	en
heal.committeeMemberName	Τσούβαλης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Σαμουηλίδης, Μανόλης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θαλάσσιων Κατασκευών. Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	237 p.	en
heal.fullTextAvailability	false