Влияние знакопеременной поляризации на коррозию и наводороживание углеродистой стали в хлоридных растворах с рН близким к нейтральному
https://doi.org/10.61852/2949-3412-2024-2-3-111-130
Аннотация
Значительные флуктуации потенциала катодной защиты под действием блуждающих токов приводят к образованию локальных видов коррозии стальных сооружений, эксплуатирующихся в грунтах и морской воде. Флуктуации потенциала, индуцированные источниками как переменного, так и постоянного тока, могут моделироваться циклированием прямоугольной ступени потенциала. В данной работе изучено влияние знакопеременной циклической поляризации (ЦИП) на общую и локальную коррозию углеродистой стали в 3,5% растворе NaCl c боратным буфером (рН 6.7) и без него. Уменьшение потенциала катодного полупериода (Екат) ЦИП тормозит общую коррозию и ускоряет локальную коррозию стали в обоих растворах, что связано с увеличением количества водорода в металле. Увеличение продолжительности катодного полупериода ЦИП увеличивает плотность и суммарную площадь питтингов при менее отрицательных значениях Екат. При более отрицательных Екат увеличение продолжительности катодной поляризации снижает интенсивность локальной коррозии стали в небуферированном хлоридном растворе. Этот эффект объяснен блокированием центров зарождения питтингов на поверхности металла слоем продуктов растворения стали, образующихся в приэлектродном слое электролита с высоким рН.
Об авторах
А. А. Рыбкина
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Россия
Россия
119071, Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4
К. В. Мизитов
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Россия
Россия
119071, Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4
А. И. Маршаков
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Россия
Россия
119071, Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4
Список литературы
1. AC Corrosion State-of-the-Art: Corrosion Rate, Mechanism and Mitigation Requirements, NACE 2010, TG-35110. https://standards.globalspec.com/std/1243051/NACE%2035110
2. D. Kuang and Y.F. Cheng, Understand the AC induced pitting corrosion on pipelines in both high pH and neutral pH carbonate/bicarbonate solutions, Corros. Sci., 2014, 85, 304–310. doi: 10.1016/j.corsci.2014.04.030
3. А.И. Маршаков, Т.А. Ненашева и В.Э. Касаткин, Влияние переменного тока на скорость растворения углеродистой стали в хлоридном электролите. II. Катодные потенциалы, Коррозия: материалы, защита, 2017, 10, 1–17.
4. J. Xu, Y.L. Bai, T.Q. Wu, M. Yan, Ch. Yu and Ch. Sun, Effect of elastic stress and alternating current on corrosion of X80 pipeline steel in simulated soil solution, Eng. Failure Anal., 2019, 100, 192–205. doi: 10.1016/j.engfailanal.2019.02.059
5. H.V. Shubina, A. Nazarov, F. Vucko, N. Larche and D. Thierry, Effect of Cathodic Polarisation Switch-Off on the Passivity and Stability to Crevice Corrosion of AISI 304L Stainless Steel, Materials, 2021, 14, 2921. doi: 10.3390/ma14112921
6. H. Wan, D. Song, Z. Liu, C. Du, Z. Zeng, X. Yang and X. Li, Effect of alternating current on stress corrosion cracking behavior and mechanism of X80 pipeline steel in near-neutral solution, J. Nat. Gas Sci. Eng., 2017, 38, 458–465. doi: 10.1016/j.jngse.2017.01.008
7. W. Wu, Y. Pan, Z. Liu and C. Du, Electrochemical and Stress Corrosion Mechanism of Submarine Pipeline in Simulated Seawater in Presence of Different Alternating Current Densities, Materials, 2018, 11, 1074. doi: 10.3390/ma11071074
8. H. Wan, D. Song, Y. Cai and C. Du, The AC corrosion and SCC mechanism of X80 pipeline steel in near-neutral pH solution, Eng. Failure Anal., 2020, 118, 104904. doi: 10.1016/j.engfailanal.2020.104904
9. T.A. Nenasheva, A.I. Marshakov and V.E. Ignatenko, The Influence of Alternating Current on Stress Corrosion Cracking of Grade X70 Pipe Steel, Prot. Met. Phys. Chem. Surf., 2020, 56, 1223–1231. doi: 10.1134/S2070205120070126
10. Z. Li, B. Sun, Q. Liu, Y. Yu and Z. Liu, Fundamentally understanding the effect of Non-stable cathodic potential on stress corrosion cracking of pipeline steel in Near-neutral pH solution, Constr. Build. Mater., 2021, 288, 123117. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123117
11. Corrosion of Metals and Alloys. Determination of AC Corrosion. Protection Criteria. ISO 18086. International Organization for Standardization: Geneva, Switzerland, 2019. https://www.iso.org/standard/78148.html
12. A.W. Peabody, Peabody’s Control of Pipeline Corrosion 2nd ed. NACE International the Corrosion Society: Houston, TX, USA, 2001, 226–231. https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/20013090552
13. W. Baeckmann and W. Schwenk, Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes. In Theorie und Praxis der Elektrochemischen Schutzverfahren, Verlag Chemie, Weinheim, Germany 1980, 15–61. https://scholar.google.com/scholar_lookup?title=Handbuch+des+kathodischen+Korrosionsschutzes&author=Baeckmann,+W.&author=Schwenk,+W.&publication_year=1980&pages=15–61
14. Y. Huo, M.Y. Tan and M. Forsyth, Visualizing dynamic passivation and localized corrosion processes occurring on buried steel surfaces under the effect of anodic transients, Electrochem. Commun., 2016, 66, 21–24. doi: 10.1016/j.elecom.2016.02.015
15. Y. Huo and M.Y. Tan, Measuring and understanding the critical duration and amplitude of anodic transients, Corros. Eng. Sci. Technol., 2017, 52, 65–72. doi: 10.1080/1478422X.2017.1386017
16. Y. Huo and M.Y. Tan, Localized corrosion of cathodically protected pipeline steel under the effects of cyclic potential transients. Corros. Eng. Sci. Technol., 2018, 53, 348–354. doi: 10.1080/1478422X.2018.1471250
17. R.K. Gupta, M.Y. Tan, J.S. Esquivel and M. Forsyth, Occurrence of anodic current and corrosion of steel in aqueous media under fluctuating cathodic protection potentials, Corrosion, 2016, 72, 1243–1251. doi:10.5006/1637
18. Z.Y. Liu, X.G. Li, C.W. Du and Y.F. Cheng, Local additional potential model for effect of strain rate on SCC of pipeline steel in an acidic soil solution, Corros. Sci., 2009, 51, 2863–2871. doi: 10.1016/j.corsci.2009.08.019
19. Z.Y. Liu, X.G. Li and Y.F. Cheng, Electrochemical state conversion model for occurrence of pitting corrosion on a cathodically polarized carbon steel in a near-neutral pH solution, Electrochim. Acta, 2011, 56, 4167–4175, doi: 10.1016/j.electacta.2011.01.100
20. Z.Y. Liu, X.G. Li and Y.F. Cheng, Understand the occurrence of pitting corrosion of pipeline carbon steel under cathodic polarization, Electrochim. Acta, 2012, 60, 259– 263. doi: 10.1016/j.electacta.2011.11.051
21. L. Zhiyong, C. Zhongyu, L. Xiaogang, Du Cuiwei and X. Yunying, Mechanistic aspect of stress corrosion cracking of X80 pipeline steel under non-stable cathodic polarization, Electrochem. Commun., 2014, 48, 127–129. Doi 10.1016/j.elecom.2014.08.016
22. M. Dai, J. Liu, F. Huang and Y. Zhang, Effect of cathodic protection potential fluctuations on pitting corrosion of X100 pipeline steel in acidic soil environment, Corros. Sci., 2018, 143, 428–437. doi:10.1016/j.corsci.2018.08.040
23. M. Dai, J. Liu, F. Huang, Q. Hu, Y. Frank Cheng and C. Cao, Derivation of the mechanistic relationship of pit initiation on pipelines resulting from cathodic protection potential fluctuation, Corros. Sci., 2020, 163, 108226. Doi: 10.1016/j.corsci.2019.108226
24. A. Rybkina, N. Gladkikh, A. Marshakov, M. Petrunin and A. Nazarov, Effect of Sign Alternating Cyclic Polarisation and Hydrogen Uptake on the Localised Corrosion of X70 Pipeline Steel in Near Neutral Solutions, Metals, 2020, 10, 245. doi: 10.3390/met10020245
25. A.I. Marshakov and T.A. Nenasheva, The formation of corrosion defects upon cathodic polarization of X70 grade pipe steel, Prot. Met. Phys. Chem. Surf., 2015, 51, 1122– 1132. doi: 10.1134/S2070205115070126
26. A.I. Marshakov and A.A. Rybkina, Dissolution of iron and ionization of hydrogen in borate buffer under cyclic pulse polarization, Int. J. Electrochem. Sci., 2019, 14, 9468– 9481. doi: 10.20964/2019.10.04
27. А.И. Маршаков, А.А. Рыбкина, М.А. Малеева и А.А. Рыбкин, Влияние атомарного водорода на кинетику пассивации железа в нейтральных растворах, Физикохимия поверхности и защита материалов, 2014, 50, no. 3, 297–304.
28. А.И. Маршаков, А.А. Рыбкина, Л.Б. Максаева, M.A. Петрунин и А.П. Назаров, Изучение начальных стадий пассивации железа в нейтральных растворах методом кварцевого резонатора, Физикохимия поверхности и защита материалов, 2016, 52, no. 2, 543–553.
29. Т.А. Ненашева и А.И. Маршаков, Кинетика растворения наводороженной углеродистой стали в электролитах с рН близким к нейтральному, Физикохимия поверхности и защита материалов, 2015, 51, no. 6, 664.
30. M.A.V. Devanathan and Z. Stahurski, The adsorption and diffusion of electrolytic hydrogen in palladium, Proc. Math. Phys. Eng. Sci., 1962, 270, 90–102. doi: 10.1098/rspa.1962.0205
31. Y.G. Avdeev, T.A. Nenasheva, A.Y. Luchkin and A.I. Marshakov, Effect of Quaternary Ammonium Salts and 1,2,4-Triazole Derivatives on Hydrogen Absorption by Mild Steel in Hydrochloric Acid Solution, Materials, 2022, 15, 6989. doi: 10.3390/ma15196989
32. А.И. Маршаков, А.А. Рыбкина и Я.Б. Скуратник, Влияние абсорбированного водорода на растворение железа, Электрохимия, 2000, 36, no. 10, 1245–1252.
33. A.A. Rybkina, M.A. Maleeva and A.I. Marshakov, The effect of hydrogen sorbed by iron on anodic dissolution of metal in sulfate electrolytes, Prot. Met. Phys. Chem. Surf., 2013, 49, 805–810. doi: 10.1134/S2070205113070149
34. M.A.V. Devanathan and Z. Stachurski, The mechanism of hydrogen evolution on iron in acid solutions by determination of permeation rates, J. Electrochem. Soc., 1964, 3, 619–623. doi: 10.1149/1.2426195
35. J.O’M. Bockris, J. McBreen and L. Nanis, The hydrogen evolution kinetics and hydrogen entry into -Iron, J. Electrochem. Soc., 1965, 112, 1025–1031.
36. S.P. Harrington, F. Wang and T.M. Devine, The structure and electronic properties of passive and prepassive films of iron in borate buffer, Electrochim. Acta, 2010, 55, 4092–4102. doi: 10.1016/j.electacta.2009.11.012
37. H. Wroblova, V. Brusic and J.O’M. Bockris, Ellipsometric investigations of anodic film growth on iron in neutral solution. Prepassivefilm, J. Phys. Chem., 1971, 75, 2823–2829. doi: 10.1021/j100687a019
38. W.J. Lorenz, G. Staikov, W. Schindler and W. Wiesbeck, The Role of Low-Dimensional Systems in Electrochemical Phase Formation and Dissolution Processes, J. Electrochem. Soc., 2002, 149, K47. doi: 10.1149/1.1519853
39. А.И. Маршаков, Л.Б. Максаева и Ю.Н. Михайловский, Исследование разряда ионов H3O+ и проникновения водорода в железо при анодной поляризации, Защита металлов, 1993, 29, 857–868.
40. Y.F. Cheng, Fundamentals of hydrogen evolution reaction and its implications on near-neutral pH stress corrosion cracking of pipelines, Electrochim. Acta, 2007, 52, 2661– 2667. doi: 10.1016/j.electacta.2006.09.024
Рецензия
Для цитирования:
Рыбкина А.А., Мизитов К.В., Маршаков А.И. Влияние знакопеременной поляризации на коррозию и наводороживание углеродистой стали в хлоридных растворах с рН близким к нейтральному. Коррозия: защита материалов и методы исследований. 2024;(3):111-130. https://doi.org/10.61852/2949-3412-2024-2-3-111-130
For citation:
Rybkina A.A., Mizitov K.V., Marshakov A.I. The effect of cyclic potential pulse on corrosion and hydrogenation of carbon steel in chloride solutions with a pH close to neutral. Title in english. 2024;(3):111-130. (In Russ.) https://doi.org/10.61852/2949-3412-2024-2-3-111-130
Просмотров:
72
Послать статью по эл. почте 