Resistance to pitting corrosion of 17-4 PH stainless steel for application in food industry

Stainless steels are among the most widely used metal in food industry, for its exceptional corrosion resistance properties and ability to maintain an elevated level of hygiene. However, even in few environments, also these metals may encounter problems related to corrosion. The aim of the thesis is to study the behaviour of 17-4 PH stainless steel, in aggressive environmental conditions, to obtain a better understanding of localised corrosion processes. The experiments are conducted in solution containing chlorides and a strong oxidizer, such as hydrogen peroxide, to find the pit induction time. Using surface characterization techniques, it has been possible to obtain specimens having low value of superficial roughness. The microstructure of the sample has been also observed, with optical microscopy, to visualize the mixture in phase structure typical of precipitation hardening stainless steel. Chemical analysis has been briefly performed, to study the chemical composition of 17-4 PH and to evaluate the PREN. Corrosion tests, as potentiodynamic polarization and exposure test, in chloride and hydrogen peroxide solutions, at different concentrations have been performed. The main effect investigated is the variation in potential, with different concentrations of hydrogen peroxide added. After each experiment, visual observation of the specimens is conducted, investigating the surface of stainless steel’s sample to determine, whether pitting corrosion took place. At the end of the laboratory experiments, it has been concluded that chlorides content in the solution has a primary role in the corrosion resistance of 17-4 PH, showing lower resistance to corrosion for higher concentrations of chlorides, resulting in faster pit induction times. Moreover, hydrogen peroxide increases the velocity of the cathodic processes, at the metal surface, providing a greater content of oxygen for corrosion; however, from the other side, the oxidizer provided an ennoblement of the pitting potential for the 17-4 PH stainless steel.

Gli acciai inossidabili sono tra i metalli più usati nell’industria alimentare, grazie alle loro eccezionali proprietà di resistenza alla corrosione e la capacità di mantenere un elevato livello di igiene. Tuttavia, anche questi metalli possono incontrare problemi di corrosione. L’obiettivo di questa tesi è lo studio del comportamento dell’acciaio inossidabile 17-4 PH, in ambienti aggressivi, per ottenere una migliore comprensione dei processi di corrosione localizzata. Gli esperimenti sono eseguiti in soluzioni contenenti cloruri e un forte ossidante, come il perossido di idrogeno, per trovare il tempo di innesco dei pit. Utilizzando tecniche di caratterizzazione superficiale, è stato possibile ottenere provini con bassi valori di rugosità superficiale. La microstruttura del campione è stata anche osservata, con microscopia ottica, per visualizzare la miscela nella struttura di fase tipica dell’acciaio inossidabile indurente per precipitazione. L’analisi chimica è stata brevemente eseguita, per studiare la composizione chimica del 17-4 PH e calcolare il PREN. I test di corrosione eseguiti sono la polarizzazione potenziodinamica e test di esposizione a soluzioni di cloruri e perossido di idrogeno a diverse concentrazioni. L’effetto principale studiato è la variazione di potenziale, con l’aggiunta di diverse concentrazioni di perossido di idrogeno. Dopo ogni esperimento, è stata condotta un’osservazione visiva dei campioni, esaminando la superficie per determinare se si fosse verificata corrosone per vaiolatura. Al termine degli esperimenti di laboratorio, si è concluso che il contenuto di cloruri nella soluzione ha un ruolo primario nella resistenza alla corrosione di 17-4 PH, mostrando una minore resistenza alla corrosione per concentrazioni più elevate di cloruri, con conseguente riduzione dei tempi di innesco dei pit. Inoltre, il perossido di idrogeno aumenta la velocità dei processi catodici, sulla superficie del metallo, fornendo un maggiore contenuto di ossigeno per la corrosione; tuttavia, dall’altro lato, l’ossidante fornisce un aumento del potenziale di pitting per l’acciaio inossidabile 17-4 PH.