The need to inject treated seawater to enhance reservoir pressure and secondary oil recovery is increasing in the oil field, so also is the reservoir souring potential caused by the activities of Sulphate Reducing Bacteria (SRB) generating H2S in the reservoir. The total cost of SRB mediated corrosion in the United States alone is estimated to be 1-2 billion US dollars per year. In the last few years, a number of potential souring mitigation and prevention tools have been studied. These include: sulphate-reduction using membranes, biocide injection and nitrate injection. Out of all the various methods used for the mitigation and prevention of reservoir souring, the use of nitrate injection in conjunction with waterflood projects is becoming more popular because of its economic benefits and least environmental impact. However, nitrate injection is still widely considered as an emergent technology because there are still many unknowns. One of the major unknowns, of great concern is the susceptibility of subsea hardware components to nitrite, which is a by-product of nitrate anti-souring treatment. Any detrimental effect can compromise the technical integrity of subsea installations. The objective of this research is to study the corrosion susceptibility of CRA (13Cr- Martensitic, 22Cr, and 25Cr super duplex stainless steel) to pitting and stress corrosion cracking in the presence of nitrite. Research hitherto, has investigated corrosion susceptibility of carbon steel to nitrite and found out that nitrite causes pitting in carbon steel. This research work built on previous studies and extensively investigated the effect of nitrite on CRA materials in terms of pitting and stress corrosion cracking. Using electrochemistry techniques in conjunction with C-ring test and slow strain rate test, with variables such as temperature, and nitrite concentration all under anaerobic conditions. Metallographic examination and further evaluation using scanning electron microscopy confirmed pitting and intergranular stress corrosion cracking of 13Cr-L80 and 25Cr due to presence of nitrite.Test data confirmed that sodium nitrite is an anodic inhibitor; it shifts the corrosion potentials to more noble potential and also shifts the anodic curve to lower current, given a net reduction in corrosion rate. A critical concentration of 400ppm is required for inhibition to be effective on 13Cr-L80 and 25Cr. However, below the critical concentration, nitrite significantly increases the corrosion rate. The experimental data generated from this research work provides very valuable information that will tremendously assist the materials selection process for subsea and subsurface hardware components and also serve as a guide in the corrosion management process in existing systems.

No description available.

<p>  </p> <p>Stress corrosion cracking (SCC) is a longstanding critical materials challenge in austenitic stainless steels (AuSS). Recently, there has been mounting concern regarding the potential for Chloride-induced stress corrosion cracking (CISCC) along arc weld seams on austenitic stainless-steel canisters used as spent nuclear fuel (SNF) dry storage containers, due to the residual stress from the welding process and exposure to chloride-rich coastal air at storage sites. To ensure the safety of the SNF storage, fundamental understanding and mitigation methods of CISCC are critical in both engineering design and maintenance of the storage canisters before and after their deployment. With the recent development of high-resolution characterization and analysis techniques, a more robust and comprehensive understanding of the fundamental TGCISCC mechanism starts to be more accessible. In this thesis, comprehensive state-of-the-art techniques, including SEM, EBSD, HREBSD, FIB, ATEM, TKD, potential dynamic measurement, XRD, and nanoindentation will be used to further understand the mechanistic mechanism of TGCISCC in AuSS from macroscopic scale down to atomistic scale. </p>

<p dir="ltr">Irradiation-assisted stress corrosion cracking (IASCC) of austenitic stainless steels (SSs) remains one of the most critical material degradation issues in light water reactors (LWRs). This study presents new alloy design strategies and mechanisms to develop IASCC-resistant stainless steels. Additive manufacturing provides not only new mechanisms to suppress IASCC but also high-throughput means to support alloy exploration. New SS design concepts are demonstrated to significantly enhance IASCC resistance, and mechanistic insights are proposed.</p><p dir="ltr">In the first part of this study, we systematically explored the root cause of the superior IASCC resistance of additively manufactured 316L SS after the hot isostatic pressing (HIP) in high-temperature water, compared to 316L SS in other forms. It was found that the overall radiation hardening was not an accurate measure of IASCC susceptibility. A decreased strain localization along grain boundaries, caused by dislocation channel broadening, was identified as the main reason for the IASCC resistance. The phenomenon was further confirmed through <i>in situ</i> straining tests under the TEM. The second part developed a high-throughput approach utilizing directed energy deposition (DED) to accelerate alloy design and testing for improving IASCC resistance. We explored the effects of reactive elements (REs), such as Hf, Ti, and Y, on the IASCC of 316L SS. All of these REs suppressed the radiation hardening, radiation damage, and IASCC of 316L SS, although their contributions varied with concentrations. It is suggested that radiation-induced segregation is not necessary to cause IASCC, while hardness and strain localization exhibited a stronger correlation to the IASCC. Finally, based on the roles of these reactive elements, a new type of SS was developed, which exhibited superior resistance to stress corrosion cracking (SCC) and IASCC. The low level of radiation damage and high corrosion resistance were considered the primary factor.</p>

Bei dem Prozess einer Wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion (H-SpRK) handelt es sich um einen zeitabhängigen Vorgang, der zu einer Reduzierung der Duktilität und Widerstandskraft des Spannstahls führt und daraus resultierend ein sprödes und schlagartiges Versagen eines Spannbetonbauwerkes zur Folge haben kann. Der Prozess selbst und insbesondere auch die ihn beeinflussenden Parameter sind für die im Bauwesen verwendeten hochfesten Spannstähle älterer Produktion weitestgehend unerforscht. Die Relevanz für bestehende Bauwerke ist jedoch nicht zuletzt durch einzelne dokumentierte und untersuchte Schadensfälle nachgewiesen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die zur Verfügung stehenden Bauwerksuntersuchungen aus den zurückliegenden ca. 10 Jahren statistisch zu analysieren und auszuwerten. Auf dieser Basis war ein Berechnungsmodell wahrscheinlichkeitstheoretischer Basis zu entwickeln, mit dem die Gefahr eines spröden Bauwerksversagens für das Gesamttragwerk beurteilt und hinsichtlich der Auswirkungen auf das einzuhaltende Sicherheitsniveau bewertet werden kann. Es wurden insgesamt 31 Bauwerksuntersuchungen statistisch ausgewertet und beurteilt. Die zur Verfügung stehenden Daten wurden analysiert und hinsichtlich der Prüfqualität sowie der Quantität der Proben bewertet. Dabei war festzustellen, dass aufgrund fehlender konkreter Vorgaben im Regelwerk eine sehr heterogene Datenbasis vorliegt. Nicht alle Untersuchungsergebnisse konnten in die weitere Auswertung einbezogen werden. Die in ausreichender Datenqualität und Datenumfang geeigneten Untersuchungen wurden hinsichtlich ihrer Relevanz für den Prozess einer H-SpRK analysiert und die Auswirkungen einzelner Parameter bewertet. Im Ergebnis der materialtechnischen Untersuchungen und statistischen Auswertung der Bauwerksuntersuchungen wurde ein Berechnungsmodell vorgestellt, das den gleichzeitigen Ausfall von Spannstahl in allen Bereichen des Bauwerkes berücksichtigt. Zusätzlich zum Standardverfahren des beschriebenen Vorgehens wird das Modell um den Ansatz eines korrelierten Spannstahlausfalls erweitert. Außerdem wird für Bauwerke mit einem statisch unbestimmten Anteil der Vorspannung sowie für Konstruktionen mit gestaffelter Spannstahlbewehrung die Anwendung des Verfahrens konkretisiert. Neben der Erstellung des Berechnungsmodells wurden Vorschläge zu Vorgaben für die Bauwerksprüfung vorgestellt. Dazu zählen insbesondere die Festlegung von Prüfintervallen sowie einheitliche Vorgaben zu den verwendeten Prüfmethoden und -verfahren. Bezüglich der Festlegung von Mindestumfängen von Proben wird zwischen bestehenden und auch weiter zu nutzenden Bauwerken einerseits sowie Probennahmen im Rahmen von Rückbaumaßnahmen unterschieden.

Visualization is used for stainless steel container wall and lid cross section characterization. Two specific types of containers are examined: 3013 and SAVY. The container wall examined is from a sample of the inner container of a 3013 container. The inner lid cross section examined is from a SAVY container. Laser confocal microscope data and photographic data are used to determine features of the surfaces. The surface features are then characterized by various feature statistics, such as, maximum depth, area, eccentricity, and others. The purpose of this pilot study is to demonstrate the effectiveness of using the methodology to detect potential corrosion events on the inner container surfaces. The features are used to quantify these corrosion events. An automatic image analysis system uses this methodology to classify images for possible further human analysis by flagging possible corrosion events. A manual image analysis methodology is used to determine the amount of MnS on the SAVY container lid cross section. Visualization is an integral component of the analysis methodology.

Dans un contexte normatif toujours plus sévère concernant les rejets automobiles polluants, la substitution des aciers par des alliages d’aluminium dans les structures des véhicules est en plein essor. Ce projet de thèse, qui s’inscrit dans un programme de développement de la société Constellium, cible plus précisément les alliages d’aluminium de la série 7xxx (Al-Zn-Mg) qui, malgré leurs propriétés mécaniques élevées, peuvent présenter une sensibilité à la corrosion sous contrainte (CSC) liée au phénomène de fragilisation par l’hydrogène (FPH). La compréhension des mécanismes mis en jeu dans ce type d’endommagement constitue donc une première étape vers une optimisation métallurgique en vue d’une industrialisation future de ces alliages dans le secteur automobile. La première partie de ces travaux est consacrée à l’étude de l’influence de l’état métallurgique de l’alliage 7046 sur son comportement en CSC et à l’identification des mécanismes de dégradation. Un lien direct a pu être mis en évidence entre l’abattement des propriétés mécaniques et les modes de rupture actifs et la quantité d’hydrogène dans l’alliage. Les deux modes d’endommagement observés, intergranulaire-fragile et transgranulaire-fragile, ont respectivement été attribués à un enrichissement en hydrogène aux joints de grains et au piégeage de l’hydrogène au niveau des précipités intragranulaires. Les interactions entre l’hydrogène et les précipités fins d’une part et les dislocations d’autre part, identifiés comme deux hétérogénéités microstructurales critiques vis-à-vis de la FPH, ont été étudiées à une échelle plus locale dans la seconde partie du travail de thèse. Les essais ont été réalisés sur des échantillons modèles, chargés en hydrogène en milieu H2SO4 sous polarisation cathodique et la profondeur de pénétration de l’hydrogène a été évaluée par SKPFM (Scanning Kelvin Probe Force Microscopy). L’ensemble des résultats obtenus met en évidence : 1/ un effet « barrière » des précipités fins et des dislocations sur la diffusion de l’hydrogène en relation avec un abattement des propriétés mécaniques moins important, 2/ un transport possible de l’hydrogène par les dislocations et 3/ l’efficacité du SKPFM pour déterminer précisément des coefficients de diffusion apparents de l’hydrogène. Ces résultats ouvrent ainsi de nouvelles pistes vers la compréhension des mécanismes de CSC dans les alliages Al-Zn-Mg. / Automotive industry is increasingly affected by standards requiring a major cut of polluting emissions, leading R&D policies to focus on replacing steel by aluminum alloys. This thesis project, initiated by the manufacturer Constellium, focuses on 7xxx (Al-Zn-Mg) aluminum alloys known to have high mechanical properties but also to be susceptible to stress corrosion cracking (SCC) partly attributed to hydrogen embrittlement (HE). Understanding the mechanisms involved would be a first step towards a metallurgical optimization and a future industrialization of these alloys. The first part focuses on the SCC behavior of the 7046 aluminum alloy, related to its microstructure, and the identification of degradation mechanisms involved. A hydrogen amount – loss of mechanical properties relationship was highlighted. The damage observed was explained by the presence of hydrogen in the grain boundaries and by a trapping effect of the intragranular hardening precipitates, limiting the hydrogen diffusion to the grain boundaries. Interactions between hydrogen and hardening precipitates and dislocations, both identified as critical microstructural heterogeneities for HE, are studied at a local scale in a second part. The hydrogen effect was characterized by penetration depth measurements made by SKPFM (Scanning Kelvin Probe Force Microscopy) on “model” samples cathodically charged in H2SO4. The whole results finally highlight: 1/ a “shielding” effect of fine precipitates and dislocations on hydrogen diffusivity related to a lower susceptibility to HE, 2/ hydrogen transport by dislocations and 3/ the efficiency of SKPFM to precisely measure effective diffusion coefficients of hydrogen. These results lead to new opportunities to understand SCC mechanisms in Al-Zn-Mg alloys.

Bei dem Prozess einer Wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion (H-SpRK) handelt es sich um einen zeitabhängigen Vorgang, der zu einer Reduzierung der Duktilität und Widerstandskraft des Spannstahls führt und daraus resultierend ein sprödes und schlagartiges Versagen eines Spannbetonbauwerkes zur Folge haben kann. Der Prozess selbst und insbesondere auch die ihn beeinflussenden Parameter sind für die im Bauwesen verwendeten hochfesten Spannstähle älterer Produktion weitestgehend unerforscht. Die Relevanz für bestehende Bauwerke ist jedoch nicht zuletzt durch einzelne dokumentierte und untersuchte Schadensfälle nachgewiesen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die zur Verfügung stehenden Bauwerksuntersuchungen aus den zurückliegenden ca. 10 Jahren statistisch zu analysieren und auszuwerten. Auf dieser Basis war ein Berechnungsmodell wahrscheinlichkeitstheoretischer Basis zu entwickeln, mit dem die Gefahr eines spröden Bauwerksversagens für das Gesamttragwerk beurteilt und hinsichtlich der Auswirkungen auf das einzuhaltende Sicherheitsniveau bewertet werden kann. Es wurden insgesamt 31 Bauwerksuntersuchungen statistisch ausgewertet und beurteilt. Die zur Verfügung stehenden Daten wurden analysiert und hinsichtlich der Prüfqualität sowie der Quantität der Proben bewertet. Dabei war festzustellen, dass aufgrund fehlender konkreter Vorgaben im Regelwerk eine sehr heterogene Datenbasis vorliegt. Nicht alle Untersuchungsergebnisse konnten in die weitere Auswertung einbezogen werden. Die in ausreichender Datenqualität und Datenumfang geeigneten Untersuchungen wurden hinsichtlich ihrer Relevanz für den Prozess einer H-SpRK analysiert und die Auswirkungen einzelner Parameter bewertet. Im Ergebnis der materialtechnischen Untersuchungen und statistischen Auswertung der Bauwerksuntersuchungen wurde ein Berechnungsmodell vorgestellt, das den gleichzeitigen Ausfall von Spannstahl in allen Bereichen des Bauwerkes berücksichtigt. Zusätzlich zum Standardverfahren des beschriebenen Vorgehens wird das Modell um den Ansatz eines korrelierten Spannstahlausfalls erweitert. Außerdem wird für Bauwerke mit einem statisch unbestimmten Anteil der Vorspannung sowie für Konstruktionen mit gestaffelter Spannstahlbewehrung die Anwendung des Verfahrens konkretisiert. Neben der Erstellung des Berechnungsmodells wurden Vorschläge zu Vorgaben für die Bauwerksprüfung vorgestellt. Dazu zählen insbesondere die Festlegung von Prüfintervallen sowie einheitliche Vorgaben zu den verwendeten Prüfmethoden und -verfahren. Bezüglich der Festlegung von Mindestumfängen von Proben wird zwischen bestehenden und auch weiter zu nutzenden Bauwerken einerseits sowie Probennahmen im Rahmen von Rückbaumaßnahmen unterschieden.

Main extrinsic and intrinsic modifiers factors of crack growth rate in AA7050-T7451 were assessed in order to provide tools for aeronautical structures designers. These tools cover most necessary information to project aircraft\'s structures using the studied alloy, under damage tolerance philosophy. The experimental methodology consisted of use CT specimens, on TL and LT rolling direction to test its behavior under different conditions of stress ratio, force waveform, and the environment. The stress ratio values were 0.1 and 0.5, the force waveform used were sine and trapezoidal or Dwell under normal air laboratory conditions and salt fog 3.5%NaCl weight in order to simulate the marine environment. In Dwell tests, results were checked with the electrical potential drop technique (DCPD) in addition to the crack opening displacement (COD) method. Using the Walker coefficients, calculated on the present research, could be projected accurately the crack propagation behavior on Paris region and do fatigue life predictions using da/dN and S-N diagrams for different stress ratio values. The corrosion environment increases both crack growth rate and &Delta;Kth due to oxides formation on the crack path that generates a crack closure effect. Dwell carrying makes decrease the crack growth rate by decreasing the slope of the Paris line on log (da/dN) versus log (&Delta;K) curve, instead of shifting down the line as occurs on titanium alloys. Rolling direction change from LT to TL increase the FCG rate in both threshold and Paris region, where the rate change use to be small. / Os principais fatores modificadores extrínsecos e intrínsecos da taxa de propagação de trincas na liga AA7050-T7451 foram avaliados para fornecer subsídios para projetistas de estruturas aeronáuticas, com base na filosofía de tolerância ao dano. A metodologia experimental consistiu em ensaiar corpos de prova do tipo compact tension (CT) da liga nas direções de laminação TL e LT, para verificar seu comportamento sob diferentes razões de tensões, forma de onda e condição ambiente. Os valores de razão de tensão estudados foram 0,1 e 0,5, as formas de onda foram senoidal e trapezoidal ou de Dwell, em condições normais de laboratório, ao ar, e névoa salina 3,5% NaCl, em massa, para simular um ambiente marinho. No caso dos ensaios Dwell, os resultados foram conferidos pelo método de queda de potencial eléctrico (QPE), além do método de flexibilidade elástica. Usando os coeficientes de Walker calculados a partir dos resultados obtidos, pôde-se projetar com precisão o comportamento da propagação de trinca na região de Paris e prever a vida em fadiga usando os diagramas da/dN e S-N para diferentes valores da razão de tensões. O ambiente corrosivo aumenta tanto a taxa de propagação de trinca, quanto o valor de &Delta;Kth por causa da formação de óxidos na trajetória da trinca, que geram um efeito de fechamento sobre a mesma. Quanto à forma de onda, verificou-se que o carregamento Dwell diminui a taxa de propagação de trinca, diminuindo a inclinação das curvas log (da/dN) versus log (&Delta;K) na região de Paris, ao invés de deslocá-la paralelamente como ocorre com ligas de titânio. A mudança da direção de laminação de LT para TL aumenta a taxa de propagação de trinca por fadiga (PTF) tanto na região de threshold, quanto na região de Paris, onde a mudança de taxa é pequena.

Main extrinsic and intrinsic modifiers factors of crack growth rate in AA7050-T7451 were assessed in order to provide tools for aeronautical structures designers. These tools cover most necessary information to project aircraft\'s structures using the studied alloy, under damage tolerance philosophy. The experimental methodology consisted of use CT specimens, on TL and LT rolling direction to test its behavior under different conditions of stress ratio, force waveform, and the environment. The stress ratio values were 0.1 and 0.5, the force waveform used were sine and trapezoidal or Dwell under normal air laboratory conditions and salt fog 3.5%NaCl weight in order to simulate the marine environment. In Dwell tests, results were checked with the electrical potential drop technique (DCPD) in addition to the crack opening displacement (COD) method. Using the Walker coefficients, calculated on the present research, could be projected accurately the crack propagation behavior on Paris region and do fatigue life predictions using da/dN and S-N diagrams for different stress ratio values. The corrosion environment increases both crack growth rate and &Delta;Kth due to oxides formation on the crack path that generates a crack closure effect. Dwell carrying makes decrease the crack growth rate by decreasing the slope of the Paris line on log (da/dN) versus log (&Delta;K) curve, instead of shifting down the line as occurs on titanium alloys. Rolling direction change from LT to TL increase the FCG rate in both threshold and Paris region, where the rate change use to be small. / Os principais fatores modificadores extrínsecos e intrínsecos da taxa de propagação de trincas na liga AA7050-T7451 foram avaliados para fornecer subsídios para projetistas de estruturas aeronáuticas, com base na filosofía de tolerância ao dano. A metodologia experimental consistiu em ensaiar corpos de prova do tipo compact tension (CT) da liga nas direções de laminação TL e LT, para verificar seu comportamento sob diferentes razões de tensões, forma de onda e condição ambiente. Os valores de razão de tensão estudados foram 0,1 e 0,5, as formas de onda foram senoidal e trapezoidal ou de Dwell, em condições normais de laboratório, ao ar, e névoa salina 3,5% NaCl, em massa, para simular um ambiente marinho. No caso dos ensaios Dwell, os resultados foram conferidos pelo método de queda de potencial eléctrico (QPE), além do método de flexibilidade elástica. Usando os coeficientes de Walker calculados a partir dos resultados obtidos, pôde-se projetar com precisão o comportamento da propagação de trinca na região de Paris e prever a vida em fadiga usando os diagramas da/dN e S-N para diferentes valores da razão de tensões. O ambiente corrosivo aumenta tanto a taxa de propagação de trinca, quanto o valor de &Delta;Kth por causa da formação de óxidos na trajetória da trinca, que geram um efeito de fechamento sobre a mesma. Quanto à forma de onda, verificou-se que o carregamento Dwell diminui a taxa de propagação de trinca, diminuindo a inclinação das curvas log (da/dN) versus log (&Delta;K) na região de Paris, ao invés de deslocá-la paralelamente como ocorre com ligas de titânio. A mudança da direção de laminação de LT para TL aumenta a taxa de propagação de trinca por fadiga (PTF) tanto na região de threshold, quanto na região de Paris, onde a mudança de taxa é pequena.