Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

ИЗМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА СТАЛЬ ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Черепашкин С.Е. 1 Кривенко Е.С. 1 Щербакова А.В. 1
1 Военный инновационный технополис «ЭРА»
Развитие мощностей нефтегазового комплекса вызывает масштабную постройку нового оборудования, в частности прокладку многокилометровых трубопроводов. Большинство транспортных систем перекачки различных типов углеводородов и углеводородных газов были сконструированы еще в советское время и нуждаются в капитальном ремонте либо замене. При достаточно больших капитальных затратах необходимо обеспечить максимально долгий режим работы оборудования, межремонтный пробег. Основной проблемой на этом пути являются химическая и электрохимическая коррозия оборудования. Помимо прочих методов борьбы за долговечность металлических конструкций высокую эффективность показали методики применения различных типов функциональных ингибиторов коррозионной активности. Однако современные металлические конструкции и сплавы подвергаются многократной термической обработке, что изменяет структуру сталей и сплавов. В статье приведен сравнительный анализ зависимости скорости коррозии от основных вариантов окончательной термообработки образцов в сравнении с контрольным образцом определенного типа углеродистой стали. Проведены исследования изменения поляризуемости поверхности, а также естественная убыль в результате коррозии в среде, определенной ГОСТом для испытаний, являющаяся коррозионно-активной. Сделаны выводы об эффективности применения заданного типа функционального ингибитора коррозии для каждого конкретного образца, подверженного определенному типу термической обработки. Выдвинуты предположения о причине полученных результатов, а также механизме действия коррозии в результате перераспределения потенциала на поверхности образцов.
термическая обработка
сталь
коррозия
ингибитор коррозии
поляризуемость
защитный эффект
скорость коррозии
отжиг
нормализация
1 Азаренков Н.А., Литовченко С.В., Неклюдов И.М., Стоев П.И. Коррозия и защита металлов // Химическая коррозия металлов: учеб. пособие. Харьков, 2007. 187 с.
2 Денисенко А.Н., Латыпов О.Р., Спивак А.Е., Мусин  И.Г. Осуществление подбора ингибирующего реагента для предотвращения коррозии технологического оборудования: материалы 62-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. С. 142.
3 Мухаметшин Д.Р., Латыпов О.Р., Бугай Д.Е. Разработка ингибитора в минерализованных кислородсодержащих средах: материалы 62-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. С. 145.
4 Малахов А.И., Жуков А.П. Основы металловедения и теории коррозии: учебник для машиностроительных техникумов. М.: Высшая школа, 1978. 192 с.
5 Черепашкин С.Е., Латыпов О.Р., Кравцов В.В. Методы коррозионных исследований: учеб. пособие. Уфа: РИЦ УГНТУ, 2014. 86 с.
6 Латыпов О.Р. Исследование влияния электрокинетического потенциала стали на ее скорость коррозии // Prospero. 2015. № 2 (14). С. 46–48.

Добыча нефти на российских месторождениях, особенно выработанных и истощенных, напрямую связана с технологиями гидроразрыва пласта и законтурного обводнения. Добыча полезных ископаемых из пористых пород влечет за собой дальнейшие трудности из-за необходимости удаления взвешенных примесей и воды [1]. По одному из видов классификаций товарную нефть подразделяют на виды в зависимости от содержащихся в ней количеств воды и хлоридов, группы представлены в табл. 1.

Такие требования устанавливаются из-за высокой коррозионной активности растворенных хлоридов в водонефтяной эмульсии. Помимо отложений на внутренних стенках трубопроводов вследствие несовершенства изоляции по всей длине магистрали и возникающих из-за этого локальных температурных колебаний, возникает химическая и электрохимическая коррозия. Химическая коррозия заключается в ионном обмене между хлоридами и материалом стенки, что ведет к ее утонению. При перекачке нефтепродукта образуется из-за трения статическое электричество, содержание же хлоридов делает водонефтяную эмульсию отличным проводником, что располагает к возникновению блуждающих токов, растрескиванию материала трубы и повышенному износу в слабых местах (сварной стык) [2].

Таблица 1

Классификация нефти в зависимости от ее обводненности и содержания хлоридов

Показатель качества

I группа

II группа

III группа

Массовая доля воды, %

<0,5

<0,5

<1

Массовая концентрация хлоридов, %

<100

<300

<900

 

Материальные потери, связанные с этими явлениями, решаются в том числе применением ингибиторов коррозии, позволяющих увеличить межремонтный пробег эстакады трубопроводов, а также использовать при их изготовлении более дешёвые и доступные марки сталей.

Общий принцип действия ингибиторов коррозии состоит в том, что они изменяют физическое, химическое или электрическое состояние металлической поверхности, создавая таким образом защитный слой, который препятствует коррозии. В зависимости от применяемого типа, активные вещества могут вступать в реакцию с элементами сплавов, образуя на их поверхности слои пассивных оксидов или солей, или, наоборот, препятствовать электрохимическим реакциям, которые могли бы приводить к образованию анодных участков на поверхности металла [3].

При термической обработке сталей возникают внутренние напряжения различного характера, которые способны изменять поверхностный электрический потенциал на участках площади стали. Это вызывает изменения в скорости электрохимической коррозии, образуя локальные уязвимые зоны.

Внутренние напряжения появляются в результате различных причин:

  • пластическая деформация при обработке;
  • появление на поверхности участков повышенной твердости;
  • термическая обработка (сварка), что приводит к структурным и фазовым превращениям материала сплава.

Такие термовоздействия, как отжиг и нормализация, помогают снять остаточные напряжения при обработке компонентов деталей, труб и их стыков, однако эти процессы также преобразуют структуры стали, поэтому важно понять, как термообработка будет влиять на последующую коррозию [4].

Цель исследования: исследование эффективности применения различных групп функциональных ингибиторов коррозии в коррозионно-активной среде раствора хлоридов в воде при воздействии на термически обработанные образцы углеродистой стали.

Материалы и методы исследования

В качестве исследуемого образца была выбрана сталь марки ст. 3, которая является углеродистой маркой. Легирующие компоненты, как правило, улучшают эксплуатационные свойства сталей, однако повышают ее стоимость. По этой причине была взята подверженная коррозии углеродистая сталь. Её применение позволит оценить действие ингибиторов для относительно однородного сплава.

В качестве ингибитора применялся NaOH, способный контактировать с материалом образца и образовывать на его поверхности пленку из нерастворимого гидроксида железа.

В качестве коррозионно-активной среды были выбраны водные растворы солей Na2SO4 (0,213 г/л), NaHCO3 (0,136 г/л) и CaCl2 (0,333 г/л), что связано с требованиями госта.

Потенциометр для определения поверхностного электрического потенциала как меры коррозионной активности образцов после испытания.

Образцы были зачищены от атмосферных и коррозионных отложений, прокалены в муфельной печи, обеспечивающей равномерный нагрев до соответствующих температур. Был произведен отжиг и нормализация различных образцов. Для сравнения также был введен в исследования контрольный образец в виде необработанной стальной пластинки, с помощью твердомера HRC определялась твердость полученных образцов, результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Твердость образцов по Роквеллу HRC

 

Номер измерений

Вид обработки

1

2

3

Среднее

Отжиг

22

23

23

22,6

Нормализация

32

31

33

32

Контрольный образец

27

28

27,5

27,5

 

Предварительно взвешенные образцы помещались в коррозионно-активный раствор солей на 20 ч при нормальных условиях с применением ингибитора NaOH. После очистки от продуктов коррозии сравнивалась удельная потеря веса образцов, что говорило о коррозионной стойкости в влиянии термической обработки.

cherep1.tif

Рис. 1. Образцы перед началом выдержки в растворе

Образцы располагаются слева направо: образец, подвергшийся отжигу, нормализованный образец и контрольная пластина.

cherep2.tif

Рис. 2. Проведение испытания

Результаты исследования и их обсуждение

Оценивались непосредственно потеря веса образцов, а также поляризационные кривые, снимаемые с помощью потенциостата, с помощью которых можно было судить о поляризуемости металлических образцов и, таким образом, их подверженности электрохимической коррозии.

Пребывание в коррозионно-активной среде привело к уменьшению массы образцов. После зачистки продуктов коррозии сравнивались исходные и полученные массы образцов. Результаты гравиметрических испытаний сведены в табл. 3.

Путём применения известных формул в качестве показателей коррозии и защиты рассчитывались скорость коррозии и защитный эффект для данного типа ингибитора. Результаты приведены в табл. 4.

cherep3.tif

Рис. 3. Поляризационные кривые для контрольного образца

cherep4.tif

Рис. 4. Поляризационные кривые для образца после нормализации

cherep5.tif

Рис. 5. Поляризационные кривые для образца после отжига

Таблица 3

Результаты коррозионных испытаний

Образец

Масса до испытаний, г

Масса после испытаний без ингибитора, г

Масса до испытаний, г

Масса после испытаний с ингибитором, г

Контрольный

21,2832

21,2784

21,266

21,2657

После нормализации

22,666

22,6602

22,6542

22,6532

После отжига

19,8981

19,8924

19,8819

19,8815

 

Таблица 4

Определение скорости коррозии и защитного действия ингибитора

Вид обработки

Скорость коррозии в растворе Na2SO4, NaHCO3 и CaCl2 , г/(м2• час)

Защитный эффект, %

Отжиг

0,125

Нормализация

0,121

Контрольный образец

0,106

 

Скорость коррозии в растворе с ингибитором NaOH, г/(м2• час)

 

Отжиг

0,0087

93,04

Нормализация

0,0208

82,02

Контрольный образец

0,0066

93,75

 

Таким образом, для данного типа стали ингибитор был выбран с хорошими показателями защитного действия. Влияние было минимизировано для образца, прошедшего нормализацию. Одной из причиной данного явления могло стать поверхностное изменение структуры сплава, вследствие чего изменились адсорбционные показатели стали. Контакт с ингибитором был снижен или локализован на активных центрах, в результате чего результаты оказались ниже, чем при приведении отжига.

Выводы

Опытным путём подтвердилась зависимость скорости коррозии от прошедшей термообработки образцов. В нашем случае максимальная коррозия сохранялась для нормализованного образца. Полученные данные позволяют утверждать, что при выборе ингибитора необходимо учитывать скорость коррозии, а не только защитный эффект, который может достигать больших процентных значений, однако не защищать должным образом. Так как в лабораториях зачастую образцы-свидетели применяются без термической обработки либо после пластической деформации, есть риск получить более завышенную или заниженную скорость коррозии, чем на реально действующем оборудовании [5]. В связи с этим рекомендуется при лабораторных исследованиях образцы для коррозионных испытаний обрабатывать так же, как и элементы настоящих металлоконструкций.

При этом концентрация ингибитора была постоянной, исследования показывают, что варьированием пределов концентрации возможно сведение к минимуму влияния изменения структуры стали после различных термических обработок [6].

Термообработка приводит к изменению потенциала поверхности стали, что может ускорять (или замедлять) коррозионные процессы, прочность и твердость отдельных участков. Однако применение функциональных ингибиторов, подходящих для каждого определенного случая получения металлических конструкций, позволяет сводить на нет коррозионные процессы.


Библиографическая ссылка

Черепашкин С.Е., Кривенко Е.С., Щербакова А.В. ИЗМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА СТАЛЬ ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2019. – № 6. – С. 143-147;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=12783 (дата обращения: 14.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674