Прогнозирование скорости коррозии низкоуглеродистых сталей в теплоэнергетических системах

Главная » Литература » Тезисы » Прогнозирование скорости коррозии низкоуглеродистых сталей в теплоэнергетических системах
Автор: Козлова Т.В.
Год издания: 2016

ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, Новочеркасск

Кинетика коррозионных процессов металлов и сплавов существенно зависит от свойств пассивирующих пленок, формирующихся на корродирующей поверхности. Для теплоэнергетических систем факторы фазового и химического состава, толщины и пористости пленок в значительной мере определяют их защитную способность[1-3]. Сложность решения проблемы связи защитной способности продуктов коррозии с их свойствами во многом связана с масштабным фактором: сканирующая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ дают информацию о поверхности очень малой площади (до 500 мкм) [4-5], в то время, как коррозия происходит на сантиметровых, метровых и больших масштабах. В преодолении масштабного фактора большую роль могут сыграть электрохимические методы, развивающиеся в направлении электрохимического анализа твердофазных материалов [6-7]. Проведенными ранее исследованиями [8-10] было установлено, что для внутренней поверхности паропроводов высокого давления имеется высокая корреляция между скоростью коррозии и фазовым составом, пористостью и электропроводностью пассивирующих пленок. В настоящей работе рассмотрена возможность применения электрохимических методов анализа для оценки скорости коррозионного разрушения на примере участков теплосети.

Для проведения исследований использовались методы локального электрохимического анализа (ЛЭА) и рентгенофазового анализа (РФА) для определения фазового и химического состава пассивирующих пленок, а также количества соответствующих фаз, вольтамперометрические методы для определения доли свободной поверхности (ДСП) и методы импедансной спектроскопии.

Идентификация фазового состава пассивирующих пленок методом ЛЭА и РФА являются взаимодополняющими подходами, при этом ЛЭА дает информацию о тонком поверхностном (до 4 мкм) слое исследуемого материала, тогда как РФА усредняет информацию о нескольких десятках микрон. Кроме того, исследуемые пленки в отношении фазового и химического состава могут иметь островковый характер. По условим измерений ЛЭА дает возможность оценить и количество соответствующей фазы. С использованием этой возможности было установлено, что наилучшими защитными свойствами обладают пассивирующие пленки, в которых содержится наибольшее количество оксида кремния. Хотя в исследуемых сталях кремний содержится на примесном уровне, в результате селективного растворения его количество в поверхностном слое может значительно возрасти в зависимости от условий коррозии.

Между скоростью коррозии и ДСП имеется линейно возрастающая зависимость, которая объясняется экранирующим характером пассивирующих пленок. Однако, среди исследованных образцов были обнаружены пленки, оказывающие ускоряющее действие на коррозионный процесс (ДСП более 1). В этом случае пленка состояла из Fe3O4 и Fe(OH)3. Это позволяет предположить электрохимический механизм рассматриваемого коррозионного процесса, где катодом является пленка, а анодом – внутренняя поверхность поры. Кроме того, были обнаружены пленки, для которых характерно малое значение ДСП, однако скорость коррозии для таких образцов была повышенной, что объясняется микротрещинами на поверхности пленки, возникающими из-за больших внутренних напряжений. В составе таких пленок находится FeCO3.

Электропроводность пленок оценивали по результатам импедансных измерений в ртути и 0,1 М растворе гидроксида натрия. Для условий измерений в ртути оценивается электронная составляющая проводимости, а для щелочного электролита – протонная составляющая. Среди исследованных пленок встречались случаи как предельно низкой электронной, так и ионной электропроводностей. Низкая электронная проводимость ассоциируется с двухслойным характером пленки, ионная – с наличием в пленке большого количества карбоната железа.

Количественный прогноз скорости коррозии по свойствам пассивирующих пленок осуществляли по уравнениям линейной регрессии, полученным для отдельных областей по уровням элеуктронной и ионной проводимости. Уровень погрешности аппроксимации составляет 0,5-6%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ефимов А.А. Анализ фазового состава отложений продуктов коррозии на поверхностях трубного пучка парогенератора ПГ-440 методом мессбауэровской спектроскопии / А.А. Ефимов, В.Г. Семенов, М.М.Костин, И.В. Мирошниченко // Теплоэнергетика. – 2009, №2, С. 64-65.

2. Петрова Т.И. Влияние теплового потока на скорость образования отложений продуктов коррозии железа и меди в котлах / Т.И. Петрова, В.И. Кашинский, В.Н. Семенов, В.В. Макрушин, А.Е. Верховский // Теплоэнергетика. – 2008, №7, С. 2-5.

3. Красноперов В.М. Модель осаждения продуктов коррозии на необогреваемых поверхностях трубопроводов / В.М. Красноперов // Теплоэнергетика. – 2008, №5,
С. 36-38

4. Goldstein, J. I. et al. (2003) Scanning electron microscopy and x-ray microanalysis. Springer. ISBN 0306472929.

5. A.T Motta, Zirconium alloys for supercritical water reactor applications: challenges and possibilities, J. Nuclear Materials. 371 (2007) 61-75.

6. Freire L., Nóvoa X. R., Montemor M. F., Carmezim M. J., Mater. Chem. Phys., 114 (2009) 962-972.

7. Sanchez M., Gregori J., Alonso M. C., Garcia-Jareno J. J., Vicente F., Electrochim. Acta, 52 (2006) 47-53.

8. Лысенко Е.А. Исследование продуктов коррозии легированных и углеродистых сталей в паропроводах энергетического оборудования. / Е.А. Лысенко, Т.В. Липкина, В.Г. Шишка, М.С. Липкин // Известия высших учебных заведений Северо-кавказский регион. Технические науки. Специальный выпуск «Актуальные проблемы машиностроения», 2011. С. 25-33

9. Козлова Т.В. Диагностика защитных свойств оксидных пленок на внутренних поверхностях паропроводных труб на основе электрохимических методов исследования / Т.В. Козлова, Т.В. Липкина, С.М. Липкин, В.Н. Волков // Контроль. Диагностика. – 2015, №12 (210), С. 34-40.

10. Козлова Т.В. Прогнозирование защитных свойств оксидных пленок методами электрохимической диагностики / Т.В. Козлова, Т.В. Липкина, С.А. Пожидаева, Ю.Н. Николаева // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике: сб.науч.ст. по материалы 13 Междунар.науч.-практ. конф. – г.Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2015. – С. 92-101.