Corrosion fatigue of spot- welded austenitic stainless steels in 3.5 % sodium chloride solution

Thumbnail Image

Files

isbn9789526403915.pdf (9.31 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2021-06-11
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2021

Department

Konetekniikan laitos
Department of Mechanical Engineering

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

en

Pages

59 + app. 53

Series

Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 73/2021

Abstract

Corrosion fatigue performance and corrosion properties of spot-welded and weld-bonded austenitic stainless steels EN 1.4301 and EN 1.4318, in grades 2B or 2F and 2H, and some dissimilar steel joints were investigated in 3.5% sodium chloride solution. The corrosive environment and elevated temperature at 50 °C reduced significantly the fatigue strength of both spot-welded and weld-bonded test specimens of austenitic stainless steels. The fatigue strength of the weld-bonded specimens is higher than that of the spot-welded specimens both in the air and the corrosive environment, but the difference is smaller in the corrosive environment than in the air. In the air, the spot-welded specimens of the 2B grade steels exhibited better fatigue strength than the 2H grades of the same steels, but in the corrosive environment, the spot-welded specimens had no distinctive difference in their corrosion fatigue life in the corrosive environment. Both in the air and in the corrosive environment the fatigue cracks in the spot-welded specimens initiated from either side of the recrystallized zone in the HAZ outside the spot-weld nugget. Fatigue resistance of the spot-welded joints was found to be strongly dependent on the thickness of the sheet. However, when the effect of sheet thickness was eliminated by the line-load range analysis, the steel thickness had no significant effect on the fatigue life of the steel. The fatigue strength of the dissimilar metal joints was between the fatigue strength of the non-stainless steel and stainless steel. The local corrosion in the crevice was assumed to influence the fatigue crack initiation. Pre- exposure in the corrosive environment did not affect the fatigue life of the spot-welded specimens because the fatigue cracks initiated not at the heat-tinted area where the crevice corrosion was found but at the outer edge of the corona bond area of the spot weld. The results of the surface analysis show that under the colored oxide film is a chromium-depleted layer that is the reason to the reduced corrosion resistance at the heat-tinted areas.

Piste-ja liimapistehitsattujen austeniittisten ruostumattomien terästen EN 1.4301 and EN 1.4318 (grade 2B tai 2F ja 2H) sekä joidenkin eripariliitosten korroosioväsymistä ja korroosiokäyttäytymistä tutkittiin 3,5 % natriumkloridiliuoksessa. Korroosioympäristö ja korotettu 50 °C lämpötila alensivat merkittävästi sekä pistehitsattujen että liimapistehitsattujen austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä valmistettujen koekappaleiden väsymiskestävyyttä. Liimapistehitsattujen näytteiden väsymiskestävyys oli huomattavasti parempi kuin pistehitsattujen näytteiden sekä ilmassa että korroosioympäristössä, mutta korroosioympäristössä tulosten välinen ero oli huomattavasti pienempi kuin ilmassa. Pistehitsaamalla 2B-teräksistä valmistettujen koekappaleiden väsymiskestävyys oli ilmassa parempi kuin 2H-terästen, mutta korroosioympäristössä väsymiskestävyydessä ei ollut juurikaan eroa. Sekä ilmassa että korroosioympäristössä väsymissäröt ydintyivät pistehitsin ytimen ulkopuolelta, jommalta kummalta puolelta lämpövyöhykkeen (HAZ) rekristallisoitunutta aluetta. Pistehitsien väsymiskestävyys oli voimakkaasti riippuvainen teräksen paksuudesta. Kun levyn paksuuden vaikutus eliminoitiin ns. line-load range -analyysillä, levyn paksuudella ei ollut vaikutusta teräksen väsymiskestävyyteen. Teräslevyjen välisessä raossa tapahtuvan paikallisen korroosion oletettiin vaikuttavan väsymissärön ydintymiseen. Pistehitsatun koekappaleen ennakkoaltistus korroosio-ympäristössä ei kuitenkaan vaikuttanut kappaleen väsymiskestävyyteen, sillä väsymissäröt ydintyivät koronavyöhykkeen ulkopuolelta, eivät päästövärejä sisältävältä alueelta, jossa esiintyi rakokorroosiota. Pinta-analyysitulokset osoittivat, että värillisten oksidivyöhykkeiden huonon korroosionkestävyyden syynä oli paksun oksidikerroksen alle muodostunut kromiköyhä vyöhyke.

Description

Defence is held on 11.6.2021 12:00 – 15:00 Via online at Zoom; https://aalto.zoom.us/j/69083898459

Supervising professor

Virkkunen, Iikka, Adj. Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, Finland

Thesis advisor

Hänninen, Hannu, Prof. emeritus, Aalto University, Finland

Keywords

spot weld, corrosion fatigue, austenitic stainless steel, NaCl solution, weld-bonded joint, dissimilar metal joint, pistehitsi, korroosioväsyminen, austeniittinen ruostumaton teräs, NaCl-liuos, liimapistehitsi, eripariliitos

Other note

Parts

  • [Publication 1]: Somervuori, M. E., Johansson, L.-S., Heinonen, M. H., Van Hoecke, D. H. D., Akdut, N., Hänninen, H. E., Characterisation and corrosion of spot welds of austenitic stainless steels, Materials and Corrosion, Vol.55, Issue 5 (2004), p. 421-436.
    DOI: 10.1002/maco.200303753 View at publisher
  • [Publication 2]: Somervuori, M. E., Alenius, M. T., Hänninen, H. E., Karppi, R., Corrosion fatigue of spot-welded austenitic stainless steels in 3.5% NaCl solution, Materials and Corrosion, Vol.55, Issue 12 (2004), p. 921-929.
    DOI: 10.1002/maco.200403796 View at publisher
  • [Publication 3]: Somervuori, M. E., Alenius, M. T., Kosonen, T., Karppi, R., Hänninen, H. E., Corrosion fatigue of weld-bonded austenitic stainless steels in 3.5% NaCl solution, Materials and Corrosion, Vol.57, Issue 7 (2006), p. 562-567.
    DOI: 10.1002/maco.200503950 View at publisher
  • [Publication 4]: Alenius, M. T., Somervuori, M. E., Hänninen, H. E., Mechanical and corrosion properties of spot-welded high-strength austenitic stainless steel EN 1.4318, Materials and Corrosion, Vol.59, Issue 4 (2008), p. 296-302.
    DOI: 10.1002/maco.200804097 View at publisher
  • [Publication 5]: Alenius, M., Pohjanne, P., Somervuori, M., Hänninen, H., Exploring the mechanical properties of spot-welded dissimilar joints for stainless and galvanized steel, Welding Journal, Vol.85, Issue 12 (2006), p. 305-s-313-s

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-64-0391-5

Collections

[diss] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG