Corrosion of AISI 304L (EN 1.4307) stainless steel in animal slurry

• Autorzy: Rokosz K. , Chojnacki J. , Hryniewicz T. , Zbytek Z.

Warianty tytułu

PL

Korozja stali AISI 304L (EN 1.4307) w gnojowicy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The stainless steels are used to build parts of machinery for agriculture. These components should have adequate corrosion resistance because they contact with aggressive environments, such as natural and artificial fertilizers, or e.g. during the biogas production. In such environments austenitic AISI 304L (EN 1.4301) and AISI 316L (EN 1.4571) stainless steels are mostly used. In the available literature authors found no information on the corrosion potentiodynamic tests in manure. That was the reason to undertake the studies on one of the austenitic stainless steels to perform corrosion tests in the environment of animal slurry. The article presents the analysis of general and pitting corrosion of AISI 304L (EN 1.4307) steel in the environment which is the cattle slurry. Potentiodynamic measurements were made on the potentiostat ATLAS 98 with a scan rate of 0.1 mV∙s-1 in the anodic direction and with scan rate of 1 mV∙s-1 in the return cathodic direction. The measurement was started in the anodic direction from potential of minus 600 mV against the saturated calomel electrode (SCE) to achieve a current density of 1000 μA∙cm-2. After that the cathodic scan was done back to the potential of -600 mV vs. SCE. The general corrosion in animal slurry is higher than in 3% water solution of sodium chloride. The corrosion potential measured in the animal slurry was equal to -525 mV vs. SCE. That clearly indicates a higher tendency to general corrosion in comparison with the results obtained in 3% sodium chloride solution (-200 mV vs. SCE). The passive current density ratio measured in the animal slurry to that one in 3% NaCl aqueous solution is equal approximately 8.5.

PL

Maszyny oraz urządzenia używane w rolnictwie budowane są najczęściej z elementów stalowych. Takie komponenty są narażone na korozję ze względu na to, że pracują w środowiskach korozyjnie agresywnych, takich jak nawozy sztuczne, czy też naturalne, jak i w produkcji biogazu. Najczęściej używanymi austenitycznymi stalami stopowymi są AISI 304 (EN 1.4301) oraz AISI 316Ti (EN 1.4571). W dostępnej literaturze autorzy nie znaleźli informacji na temat badań potencjodynamicznych w gnojowicy, czego wynikiem jest przedstawione opracowanie. W artykule przedstawiono analizę korozji ogólnej i wżerowej stali AISI 304L (EN 1.4307) w środowisku jakim jest gnojowica bydlęca. Pomiary polaryzacyjne wykonano na potencjostacie ATLAS 98 z szybkością skanowania 0.1 m V∙s-1 w kierunku anodowym oraz 1 m V∙s-1 w przypadku skanu powrotnego w kierunku katodowym. Pomiar rozpoczęto w kierunku anodowym od potencjału -600 mV względem nasyconej elektrody kalomelowej (NEK) do osiągnięcia gęstości prądu 1000 μA∙cm-2, po czym następował pomiar w stronę katodową do potencjału -600 mV względem NEK. Jako elektrody prądowej użyto elektrodę platynową EPtP-301 oraz elektrody odniesienia NEK: EK 101 (0,244 V w temperaturze 25°C). Pomiary SEM/EDX przeprowadzono w Hochschule Wismar (Niemcy) na FEI Quanta 250 FEG z EDS-System NS7 oraz QuasOr EBSD-System. Chropowatość powierzchni oraz wżery były przedmiotem studiów na Taylor-Hobson Precision Talysurf CCI 6000 w Katedrze Mechaniki Precyzyjnej na Wydziale Mechanicznym Politechniki Koszalińskiej. Wyniki wykazały, że gnojowica bydlęca jest środowiskiem bardziej agresywnym niż 3% wodny roztwór chlorku sodu ze względu na potencjał korozji oraz prąd pasywacji. Potencjał korozji stali AISI 304L (EN 1.4307) w gnojowicy wskazywał na większą tendencję powierzchni do korozji (Ecorr = -525 mV vs. NEK) niż w 3% wodnym roztworze NaCl (Ecorr = -200 mV vs. NEK). Różnice są również widoczne w prądach pasywacji dla Ecorr = 0 mV vs. NEK. Stosunek prądu pasywacji w gnojowicy do tego w 3% NaCl wynosi około 8,5. W przypadku korozji wżerowej zauważono odwrotną sytuację, to znaczy lepszą odporność na korozję wżerową w gnojowicy niż w roztworze 3% NaCl. Można to wstępnie tłumaczyć zaklejeniem powierzchni stali przez cząstki stałe gnojowicy, co będzie również podstawą dalszych badań.

Słowa kluczowe

EN

corrosion; stainless steel; animal slurry

PL

korozja; stal; odporność; gnojowica

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, nr 1
• Strony: 104--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rokosz K.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Mechaniczny, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin, Poland

autor

Chojnacki J.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Mechaniczny, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin, Poland

autor

Hryniewicz T.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Mechaniczny, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin, Poland

autor

Zbytek Z.

• Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych, ul. Starołęcka 31, 60-963 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Bietresato M., Sartori L.: Technical aspects concerning the detection of animal waste nutrient content via its electrical characteristics. Bioresource Technology, 2013, 132, 127-136.
• [2] Hryniewicz T., Montemor F., Fernandes J.S., Kuszczak J., Corrosion behaviour of AISI 304 stainless steel in varying alkaline environments. Inżynieria Materiałowa, 2001, 30 (1), 58-63.
• [3] Hryniewicz T., Rokosz K.: Analysis of XPS results of AISI 316L SS electropolished and magnetoelectropolished at varying conditions. Surface & Coatings Technology, 2010, 204, 2583-2592.
• [4] Hryniewicz T., Rokosz, K.: Investigation of selected surface properties of AISI 316L SS after magnetoelectropolishing. Materials Chemistry and Physics, 2010, 123, 47-55.
• [5] Hryniewicz T., Rokosz, K.: Polarization characteristics of magnetoelectropolishing stainless steels. Materials Chemistry and Physics, 2010, 121, 169-174.
• [6] Hryniewicz T. Rokosz, K., Micheli V.: Auger/AES surface film measurements on AISI 316L biomaterial after Magnetoelectropolishing. PAK (Measurement Automation and Monitoring), 2011, 57, 609-614.
• [7] Hryniewicz T., Rokosz K., Cristea E.A., Measurement and Visualisation of Pitting Corrosion. Acta technologica agriculturae, 2012, 3, 73-77.
• [8] Hryniewicz T. Rokosz, K.: Electrochemical and XPS studies of AISI 316L stainless steel after electropolishing in a magnetic field. Corrosion Science, 2008, 50, 2676-2681.
• [9] Hryniewicz T., Rokicki R., Rokosz K.: Magnetoelectropolishing for metal surface modification. Transactions of the Institute of Metal Finishing, 2007, 85, 325-332.
• [10] Lebiocka M., Pawłowski A. Biometanizacja metodą zrownoważonej utylizacji odpadów. Rocznik Ochrony Środowiska (Annual Set The Environment Protection), 2009, 11, 1257-1266.
• [11] Marszałek M., Banach M., Kowalski Z.: Utylizacja gnojowicy na drodze fermentacji metanowej i tlenowej – produkcja biogazu i kompostu. Czasopismo techniczne. Chemia 2-Ch, 2011, 10, 143-158.
• [12] Rico C., Rico J.L., Tejero I., Muńoz N., Gomez, B.: Anaerobic digestion of the liquid fraction of dairy manure in pilot plant for biogas production: residual methane yield of digestate. Waste Manage, 2011, 31, 2167–2173.
• [13] Rokosz K., Hryniewicz T.: Effect of magnetic field on the pitting corrosion of austenitic steel Type AISI 304. Ochrona przed Korozją, 2011, 54 (7), 487-491.
• [14] Rokosz, K., Hryniewicz, T., Raaen S.: Characterization of Passive Film Formed on AISI 316L Stainless Steel after Magneto-electropolishing in a Broad Range of Polarization Parameters. Steel Research International, 2012, 83, 910-918.
• [15] Rokosz, K., Hryniewicz, T., Raaen S.: Pitting Corrosion Resistance of AISI 316L Stainless Steel in Ringer's Solution after Magnetoelectrochemical Polishing. Corrosion, 2010, 66, 035004-035004-11.
• [16] Rokosz K., Hryniewicz T.: Pomiary odporności na korozję wżerową stali austenitycznej AISI 304 używanej do budowy cystern mleczarskich. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna, 2012, 3, 12-15.
• [17] Safley Jr L.M., Westerman P.W., Kim Carr D.S.: Corrosion of galvanized steel in animal waste environments. Bioresource Technology, 1992, 40, 53-61.
• [18] Shaffer T. F. Jr.: Use of corrosion-resistant steels for agricultural chemicals. Transactions of the ASAE, 1964, 7 (4), 439-443, 447.
• [19] Stężała, S. Wieczorek, S. Kitowski, A.: Badania skuteczności i wyznaczenia mechanizmu ochrony protektorowej stalowych zbiorników wypełnionych gnojowicą. Problemy Inżynierii Rolniczej, 1998, 6 (2), 81-88.
• [20] Szymański K.: Nowe rozwiązania w zakresie pozyskiwania biogazu według technologii MT-ENERGIER. Rocznik Ochrony Środowiska (Annual Set: The Environment Protection), 2010, 12, 249-262.
• [21] www.stallkamp.pl/biogazownie.html
• [22] Mixers for biogas plant www.ljm.dk
• [23] Stainless steel in biogas production - a sustainable solution for green energy. www.worldstainless.org
• [24] Stal nierdzewna. www.stalenierdzewne.pl/poradyekperta/biogas
• [25] http://www.aksteel.com