Improvement of stress corrosion cracking (SCC) resistance by cyclic pre-straining of 316 L austenitic stainless steel in an aqueous boiling MgCl₂ solution

Amélioration de la tenue à la corrosion sous contrainte (CSC) de l’acier inoxydable austénitique 316L en solution bouillante de MgCl₂ par application d'une prédéformation cyclique

Département MPI, centre SMS, URA CNRS 1884, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne cedex 2, France

Abstract

Improving the materials resistance to stress corrosion cracking (SCC) has become a topic of wide interest for theoretical, engineering and financial reasons. The aim of this paper is to propose a process to delay the SCC damage. Recent studies of 316L austenitic stainless steel in boiling MgCl₂ solutions show an improvement in SCC resistance by cyclic pre-straining in low cycle fatigue [1]. This improvement consists of an increase in both strain to failure and crack initiation strain, during Slow Strain Rate Tensile (SSRT) tests in aqueous solution.

This paper analyses the effect of pre-fatigue in 316L on its mechanical and electrochemical responses to better understand the delay of SCC damage in boiling MgCl₂.

The explanation for this beneficial effect is related to a modification of both surface electrochemical reactions kinetics and corrosion/plasticity interactions at the crack tip, due to the particular fatigue dislocation structure.

Résumé

Améliorer la résistance à la Corrosion Sous Contrainte (CSC) est un sujet d’importance tant sur un plan théorique, technique que financier. Une étude récente [1] a permis d’étudier l’effet d’une pré-déformation sur le comportement de l’acier inoxydable austénitique 316L en milieu MgCl₂ bouillant. Cette thèse montre que l’application de fatigue oligocyclique avant l’essai de CSC, en traction lente, améliore la tenue à la CSC à la fois en termes de durée de vie et de temps à l’amorçage des fissures.

Notre étude a pour objectif de préciser l’effet de la fatigue oligocyclique sur le comportement en CSC ultérieur, pour deux couples milieux/matériaux : le 316L dans MgCl₂ bouillant et le cuivre en milieu nitrite. Nous cherchons en particulier à déterminer les conditions pour retarder l'endommagement par CSC.

Nous montrons que la cause de l’effet bénéfique de la préfatigue est lié à une modification à la fois des cinétiques des réactions électrochimiques de surface et des interactions corrosion/plasticité en pointe de fissure Cet effet est intimement lie à la présence d’une structure de dislocations bien particulière induite par la pré-fatigue.