Pedeferri diagrams of stainless steel : study of the effect of temperature and pH by means of design of experiment

Stainless steels are widely used in industrial applications thanks to their corrosion resistance; nevertheless, in presence of chlorides they may suffer localized corrosion attack, such as pitting and crevice, which can lead to industrial plant failure. For this reason, engineers need practical tools that allow to select materials for specific environments depending on environmental parameters such as the chloride content, the temperature and the pH. The aim of this work is the setting – up of potential versus chloride content diagrams for different conditions in terms of pH and temperature, together with the analysis of an empirical equation capable of predicting the pitting potential in different industrial and natural environments. Potential versus chloride content diagram, called Pedeferri diagram, allows to predict pitting and protection potential ranges, thereby providing a useful tool for material selection and cathodic protection. The behavior of AISI type 304L stainless steel in NaCl solutions at different pH and temperature values was investigated in order to evaluate the pitting potential, Epit, the protection potential, Epro, and the corrosion potential, Ecor. The data achieved through potentiodynamic polarization tests were used for the setting – up of Pedeferri diagram; the results showed a decrease in pitting potential with increasing chloride content, temperature and solution acidity, in accordance with the theoretical explanation. Design of experiment was used for this investigation. This statistical approach allowed to study at the same time the effects of the three examined parameters, namely temperature, solution pH and chloride concentration, and to elaborate the empirical equation which relates Epit and the three factors. The comparison between the model and the experimental points showed a fair match.

Gli acciai inossidabili sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni industriali grazie alla loro resistenza alla corrosione; tuttavia, in presenza di cloruri possono subire un attacco localizzato, come la vaiolatura (pitting) e la corrosione in fessura, che possono portare alla rottura degli impianti industriali. Per questo motivo, gli ingegneri hanno bisogno di strumenti pratici che permettano di selezionare materiali per ambienti specifici a seconda dei parametri ambientali quali il contenuto di cloruri, la temperatura e il pH. Lo scopo di questo lavoro è la messa a punto di diagrammi potenziale – concentrazione di cloruri per diverse condizioni in termini di pH e temperatura, insieme all'analisi di un’equazione empirica in grado di predire il potenziale di pitting in diversi ambienti industriali e naturali. Il diagramma potenziale – concentrazione di cloruri, chiamato diagramma di Pedeferri, consente di prevedere i range dei potenziali di pitting e di protezione, fornendo in tal modo uno strumento utile per la selezione dei materiali e la protezione catodica. È stato studiato il comportamento dell’acciaio inossidabile AISI 304L in soluzioni saline a diversi valori di pH e temperatura al fine di valutare il potenziale di vaiolatura, Epit, il potenziale di protezione, Epro e il potenziale di corrosione, Ecor. I dati ottenuti attraverso i test di polarizzazione potenziodinamica sono stati utilizzati per l’elaborazione del diagramma di Pedeferri; i risultati hanno mostrato una diminuzione del potenziale di pitting all’aumentare del contenuto di cloruri, della temperatura e dell’acidità della soluzione, in accordo con la teoria. Per questa indagine è stato utilizzato il design of experiment. Questo approccio statistico ha permesso di studiare contemporaneamente gli effetti dei tre parametri esaminati, ovvero la temperatura, il pH della soluzione e la concentrazione di cloruri, e di elaborare l’equazione empirica che mette in relazione Epit e i tre fattori. Il confronto tra il modello ed i punti sperimentali ha mostrato una discreta corrispondenza.