Сакал Д.В., Потапахина В.Д., Попов Г.Г.
ПИТТИНГООБРАЗОВАНИЕ В НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЯХ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ХЛОРИД-ИОНОВ *
Аннотация:
в данной работе были рассмотрены основные аспекты взаимодействия растворов, содержащих хлорид-ионы, с различными марками нержавеющих сталей. Проанализированы анодные поляризационные кривые и определены потенциалы питтингообразования в растворах, содержащих ингибиторы коррозионного процесса и в их отсутствие. Представлены сравнительные таблицы, отражающие зависимость скорости питтингообразования от концентрации коррозионных ионов в жидкой фазе. На основании всего вышеперечисленного сделан вывод о необходимости проведения дальнейших исследований и поиска более инновационных методов детекции и количественной интерпретации интенсивности питтинговой коррозии в растворах галогенидов.
Ключевые слова:
питтинговая коррозия, депассивация, галогениды, поляризационная кривая, коррозионностойкая сталь
Аустенитные хромоникелевые нержавеющие стали типа X18H10T широко применяются в различных установках для нефтегазопереработки, обеспечивая надежную работу при разных температурных режимах. Они отличаются высокой коррозионной стойкостью в газовых, парогазовых средах и в растворах электролитов. Кроме того, аустенитные материалы находят применение при сварке трубопроводов из различных теплоустойчивых сталей, включая 15X5M, 10X23H13 и др., что значительно расширяет их использование в нефтегазовой промышленности [1]. Основным фактором, обеспечивающим увеличенную коррозионную стойкость хромоникелевых нержавеющих сталей, является наличие хрома в их составе. Окисленный слой металла состоит из оксидов железа и хрома, образующих защитные пленки [2]. Эти пленки замедляют атмосферные и электролитические коррозионные процессы. Благодаря им, хромоникелевые стали сохраняют свою устойчивость даже в сернокислых и азотных кислотах. Однако следует отметить, что присутствие галогенидов в среде может привести к депассивации материала [3].Нержавеющие стали в хлоридсодержащих средах склонны к локальным видам коррозионных процессов: питтинговая коррозия, коррозионное растрескивание и др., а такие легирующие компоненты, как , и увеличивают их стойкость в агрессивных галоидных средах [4]. На основании сказанного в [5], питтинговая коррозия – один из самых опасных видов коррозии, приводящих к раннему выводу эксплуатируемого оборудования из строя и другим катастрофическим последствиям. Более того, в статье [6] авторы заключают, что процесс питтингообразования различных нержавеющих сталей (13Cr, X18H8) заметно усиливается в условиях их повышенного напряженно-деформированного состояния. Следовательно, не менее важной задачей является снижение остаточных напряжений в стали посредством применения термомеханической обработки [7]. В связи с вышеизложенным, актуальной задачей является исследование основных аспектов коррозионных процессов в средах с хлорид-ионами. Необходимо определить критические концентрации коррозионных ионов, вызывающие питтинговую коррозию. Кроме того, важно изучить влияние ионов-пассиваторов, которые способны замедлить электролитическую коррозию и улучшить коррозионную стойкость данных сталей.Таким образом, глубокое исследование коррозионных процессов и разработка эффективных методов защиты и контроля состояния хромоникелевых нержавеющих сталей имеют ключевое значение для обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации установок нефтегазопереработки. Внимание к этой проблеме позволит предотвратить возможные аварии и повысить надежность работы нефтегазовой промышленности. В статье [8] с помощью электрохимического метода исследовали склонность нержавеющих сталей AISI 430 (аналог 12Х17) и AISI-321 (аналог 08Х18Н10Т) в 3% растворе NaCl к питтинговой коррозии. В качестве основного метода исследования, в соответствии с литературным обзором, был выбран метод снятия циклических поляризационных кривых с последующим определением базисов питтингообразования и репассивации в соответствии с ГОСТ 9.912-89. По результатам исследований было видно, что сталь AISI 430 при положительных потенциалах в 150-250 мВ по хлорсеребряному электроду активируется, и на ней наблюдается интенсивная питтинговая коррозия (рисунок 1). У стали AISI-321, дополнительно легированной никелем, потенциал питтингообразования смещен и составляет 300-350 мВ, что делает ее более стойкой к локальным формам коррозии, в том числе к питтинговой (рисунок 2). На основании построения анодных поляризационных кривых с циклированием для тех же сталей в эквивалентных условиях (3% раствор NaCl) была оформлена таблица 1 с основными показателями питтингообразования. Рис. 1. Общая анодная поляризационная кривая для стали AISI 430 в растворе NaCl [8]. Рис. 2. Общая анодная поляризационная кривая для стали AISI 321 в растворе NaCl [8]. Таблица 1. Значения базисов питингообразования и репассивации исследованных сталей в 3% растворе NaCl [8]. В статье [9] было исследовано с помощью гравиметрического метода коррозионное поведение нержавеющей хромоникелевой аустенитной стали в 0,1 н и 1 н сернокислых растворах в присутствии добавок галогенидов. Были проведены коррозионные испытания, и на их основании был построен график зависимости (гистограмма) скорости коррозии хромоникелевой нержавеющей стали от времени экспозиции образцов в сернокислых растворах разной концентрации (рисунок 3). При внесении в раствор хлорид-ионов скорость коррозии изменялась неочевидным нелинейным образом, что отображено в таблице 2. Авторы сделали вывод, что в случае двухчасовых испытаний на фоне 0,1 н Н2SO4 зависимость коррозионных потерь от концентрации Cl проходит через слабый минимум, а в случае суточных и десятисуточных испытаний характер зависимости является более сложным. Рис. 3. Зависимость скорости коррозии хромоникелевой нержавеющей стали 18 10 от времени экспозиции образцов в сернокислых растворах [9].Таблица 2. Влияние добавок хлорида натрия на скорость коррозии стали Х18Н10Т в сернокислых растворах [9]. В статье [10] исследуют соотношение хлорид- и нитрат-ионов, позволяющих подавить питтинговую коррозию нержавеющих сталей разного типа. Для эксперимента были выбраны нержавеющие стали марок AISI 321(аналог 08Х18Н10Т), AISI 201 (12Х15Г9НД), AISI 430 (12Х17). Авторами был использован метод исследования снятия полных поляризованных кривых с последующим определением наличия или отсутствия потенциалов питтинговообразования. Для исследования были выбраны следующие модельные растворы: 3% NaCl, 3% NaNO3 и 3% NH4NO3. Из рисунка 4 видно, что потенциал питтинговой коррозии для раствора хлорида натрия (сталь AISI 321) составляет 280-300 мВ, что говорит о раннем проявлении коррозионной активности по сравнению с поведением стали в растворах солей нитратов, где резкий скачок тока на поляризационной кривой связан с потенциалом окисления металла стали. Рис. 4. Общие анодные поляризационные кривые для стали AISI 321 в растворах 3% NaCl, 3% NaNO3и 3% NH4NO3 [10].Было экспериментально установлено, что при добавлении в хлористый раствор (с содержанием 3% NaCl) солей нитратов коррозионная активность исследуемой стали снижалась, что фиксировалось на поляризационных кривых. Так, например, из рис. 5 видно, что при увеличении концентрации соли нитрата аммония в растворе поляризационная кривая сглаживается, что говорит об уменьшении коррозионного процесса. При достижении концентрации соли нитрата аммония 0,5 г/100 мл NH4NO3 наблюдается полное отсутствие коррозионной активности, а резкий скачок поляризационной кривой связан с потенциалом окисления. Обобщенные данные по всем сталям представлены в таблице 3. Рис. 5. Общие анодные поляризационные кривые для стали AISI 321 в растворе 3% NaCl + 0,3-0,5 г/100 мл NH4NO3 [10].Таблица 3. Влияние добавки нитрат ионов на пассивацию нержавеющих сталей в 3% NaCl [10]. Заключение. Исходя из литературного обзора было замечено, что аустенитные хромоникелевые нержавеющие стали типа X18H10T широко применяются в нефтегазопереработке и обладают высокой коррозионной стойкостью. Главным фактором обеспечения коррозионной стойкости данных сталей является присутствие хрома, который создает защитные пленки. Однако присутствие галогенидов может привести к депассивации материала. Под определенными концентрациями хлорид-ионов нержавеющая сталь подвержена риску питтингообразования, что может привести к неработоспособности и протечке оборудования. В связи с этим, актуальной задачей является исследование коррозионных процессов и разработка методов защиты и контроля состояния хромоникелевых нержавеющих сталей, чтобы обеспечить безопасную и эффективную эксплуатацию установок нефтегазопереработки.
Номер журнала Вестник науки №5 (74) том 3
Ссылка для цитирования:
Сакал Д.В., Потапахина В.Д., Попов Г.Г. ПИТТИНГООБРАЗОВАНИЕ В НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЯХ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ХЛОРИД-ИОНОВ // Вестник науки №5 (74) том 3. С. 1256 - 1266. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/14704 (дата обращения: 08.12.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+