Электрохимический шум как характеристика склонности углеродистых сталей к питтинговой и язвенной коррозии Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 620.193.01

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ШУМ КАК ХАРАКТЕРИСТИКА СКЛОННОСТИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ К ПИТТИНГОВОЙ И ЯЗВЕННОЙ КОРРОЗИИ

© И.И. Реформатская, А.Н. Подобаев, О.Ю. Артамонов, В.Д. Чибышева

Ключевые слова: углеродистая сталь; питтинговая коррозия; электрохимический шум; ускоренные испытания. На примере углеродистой стали 20 промышленной выплавки метод электрохимического шума адаптирован к определению стойкости углеродистых сталей к питтинговой и язвенной коррозии. При проведении электрохимических испытаний доминирующим процессом, протекающим на поверхности металла, должен быть процесс питтингообразования. При соблюдении указанного условия интенсивность электрохимического шума пропорциональна максимальной глубине и плотности питтингов и может быть использована в качестве критерия стойкости металла против локальной коррозии.

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что наиболее опасными коррозионными повреждениями конструкций из углеродистых и низколегированных сталей оказываются локальные - пит-тинги и язвы. Скорость их развития может быть настолько высока, что сквозная перфорация стенок оборудования происходит через 6-8 месяцев после начала эксплуатации. Основной причиной повышенной склонности углеродистых сталей к локальной коррозии является их фазовая неоднородность состава - наличие различных структурно-фазовых составляющих, избыточных фаз и неметаллических включений, дефектов структуры в виде микропор и микротрещин. Вследствие этого коррозионная стойкость стали (даже в пределах одной марки) может сильно изменяться из-за значительного влияния режимов производства металла и изготовления изделий на структурно-фазовый состав [1-4].

Это обусловливает необходимость создания надежного экспресс-метода оценки стойкости углеродистых сталей против питттинговой и язвенной коррозии. Существующий метод оценки, основанный на химическом травлении стальной поверхности водным раствором, позволяющим выявить присутствующие в стали коррозионно опасные неметаллические включения [5], имеет существенные недостатки, основным из которых является субъективность оценки количества выявившихся потенциальных очагов локальной коррозии.

В настоящей работе выявлена связь стойкости углеродистых и низколегированных сталей против локальной коррозии с объективной электрохимической характеристикой током, определяемым приборными методами и отражающим электрохимический характер коррозионного процесса.

На анодных поляризационных кривых пассивирующихся металлов, склонных к питтингообразова-нию, существует область метастабильной пассивности, в которой протекают стохастические процессы образования и гибели очагов коррозии, что при фиксированном потенциале должно сопровождаться колебаниями тока - возникновением электрохимического шума. Поскольку природа электрохимических шумов может

быть различной [6], условия эксперимента должны быть подобраны таким образом, чтобы доминировал шум, связанный с питтингообразованием.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследовали образцы промышленной углеродистой стали 20, выплавленные на различных металлургических предприятиях. Все стали имели феррито-перлитную структуру с примерно одинаковым соотношением феррита и перлита, балл зерна 9-11 и суммарной плотностью коррозионно активных неметаллических включений 0-15 см-2.

Электрохимические исследования проводили в деаэрированных водных растворах состава: 0,2 M HзBOз + + 0,005 M №2В407 + 0,003 М №0 (pH 7,5) и 0,1 M HзBOз + 0,03 М Ша2В407 + 0,003 М №С1 (pH 8,5).

При измерении электрохимического шума площадь рабочей поверхности составляла 0,2-0,5 см2. Перед проведением исследований образцы катодно восстанавливали, после чего добивались установления стационарного значения потенциала свободной коррозии, от которого скачкообразно смещали потенциал рабочего электрода в положительную сторону на значение +0,5 В (с.в.э.) и выдерживали при данном значении в течение 60 с. Затем потенциал также скачкообразно смещали на значение -0,17 В (немного положительнее потенциала репассивации Ерп) и выдерживали при указанном потенциале в течение 2500 с. Регистрацию значений тока производили через каждые 225 мс в автоматическом режиме при включенном встроенном в по-тенциостат фильтре в режиме 3 Гц. По результатам эксперимента строили электрохимическую шумовую зависимость плотности тока (г, мА/см2) от времени (ґ, с).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

На рис. 1 представлена типичная форма хроноам-перограммы (отфильтрованы колебания тока с частотой выше 1 Гц, среднее значение тока приведено к нулю). После снятия хроноамперограммы на поверхности образца образуются локальные коррозионные повреждения в виде питтингов (рис. 2).

2317

Рис. 1. Хроноамперограмма стали 20 образца углеродистой стали 20 в растворе с pH 8,5 при потенциале -0,17 В (с.в.э.)

Рис. 2. Микрофотография поверхности образца углеродистой стали 20 после снятия хроноамперограмм в испытательном растворе (pH 8,5)

Рис. 3. Зависимости максимальной глубины питтингов (а) иплотности питтингов (б) от средней интенсивности электрохимического шума

Анализ совокупности полученных результатов указывает на наличие связи между плотностью и максимальной глубиной образовавшихся питтингов со структурно-фазовым составом исследованных сталей, а также со средней интенсивностью электрохимического шума (рис. 3 ).

Таким образом, при условии доминирования процесса питтингообразования над прочими электрохимическими процессами, протекающими на поверхности металла, характеристики электрохимического шума адекватно отражают склонность углеродистых сталей к локальной (питтинговой и язвенной) коррозии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Липовских В.М., Кашинский В.И., Реформатская И.И., Подобаев А.Н., Флорианович Г.М. // О причинах коррозионного разрушения внутренних поверхностей трубопроводов теплосети: между-нар. Конгресс «Защита-98». Тезисы докладов. Секция 3. С. 89.

2. Реформатская И.И., Подобаев А.Н., Флорианович Г.М., Ащеулова И.И. Оценка стойкости низкоуглеродистых трубных сталей при коррозии в условиях теплотрасс // Защита металлов. 1999. Т. 35. № 1. С. 8-13.

3. Липовских В.М., Кашинский В.И., Реформатская И.И., Флорианович Г.М., Подобаев А.Н., Ащеулова И.И. Зависимость коррозионной стойкости теплопроводов из углеродистой стали от водного режима теплосетей // Защита металлов. 1999. Т. 35. № 6. С. 653-655.

4. Реформатская И.И., Липовских В.М., Родионова И.Г., Подобаев А.Н., Ащеулова И.И., Бакланова О.Н. Причины снижения коррозионной стойкости углеродистых и низколегированных сталей и новые методы ее оценки // Практика противокоррозионной защиты. 2002. № 4 (26). С. 41-44.

5. Реформатская И.И., Подобаев А.Н., Флорианович Г.М., Ащеулова И.И., Тошмапольский Ю.Я., Чумаков С.М., Тишков В.Я., Дьяконова В.С., Масленников В.А., Луканин Ю.В., Голованов А.В., Ря-бинкова В.К., Столяров В.И., Родионова И.Г., Бакланова О.Н., Шаповалова Э.Т., Шлямнев А.П. Способ контроля качества стальных изделий (его варианты). Патент на изобретение № 2149400. Бюл. № 14.20.05.2000.

6. Тягай В.А. Электрохимические шумы // Итоги науки и техники (Электрохимия). 1975. Т. 11. С. 109-175.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 11 -03-00521 -а.

Поступила в редакцию 15 мая 2013 г.

Reformatskaya I.I., Podobayev A.N., Artamonov O.Y., Chi-bysheva V.D. ELECTROCHEMICAL NOISE AS CHARACTERISTIC OF CARBON STEELS INCLINATION TO PITTING AND ULCEROUS CORROSION

Method of electrochemical noise is adapted to determination of carbon steels resistance to pitting and ulcerous corrosion on example of carbon steel 20 of industrial smelting. At the electrochemical tests the pitting formation should be prevailing process proceeding on the metal surface. When the indicated condition is kept, the electrochemical noise intensity is proportional to maximum depth and density of pitting and can be used as criterion of metal resistance against local corrosion.

Key words: carbon steel; pitting corrosion; electrochemical noise; accelerated tests.

2318