Закономірності корозійного розтріскування трубної сталі 10Г2ФБ у модельному грунтовому середовищі за катодної поляризації

Abstract

Мета роботи – дослідити закономірності корозійного розтріскування сталі трубного сортаменту 10Г2ФБ в умовах катодного захисту. Застосовували такі методи: деформації з малою швидкістю, вольтамперометрії, метод растрової електронної мікроскопії, електролітичного наводнювання, масометрії. Вивчено закономірності корозійного розтріскування трубної сталі 10Г2ФБ у модельному ґрунтовому середовищі NS4 в діапазоні потенціалів від потенціалу корозії до -1,2 В. За результатами комплексу корозійно-механічних, електрохімічних та фізичних досліджень встановлено, що при зміщенні потенціалу катодної поляризації в ряду -0,75 В → -0,95 В → -1,05 В → -1,2 В коефіцієнт схильність цієї сталі до корозійного розтріскування KS зростає 1,09 → 1,11 → 1,13 → 1,26. Концентрація водню, що проникає в сталь за цих потенціалів, змінюється немонотонно: 0 → 0 → 0,057 → 0,018 моль/дм3. Швидкість залишкової корозії при зсуві потенціалу в ряду Екор → -0,75 В → -0,95 В → -1,05 В зменшується спочатку різко, потім повільно: 0,035 мм/рік → 0,005 мм/рік → 0,0009 мм/рік → 0,0004 мм/рік, тобто за високих катодних потенціалів прикладена поляризація витрачається на розклад водного електроліту з виділенням водню, який проникає в сталь та викликає крихке розтріскування, що підтверджено зростанням частки крихкого руйнування в морфології зламів зразків. Отримані нові дані фундаментальних досліджень щодо закономірностей корозійного розтріскування сталі феритно-перлітного класу трубного сортаменту 10Г2ФБ в умовах катодного захисту в діапазоні потенціалів від потенціалу корозії до -1,2 В. Виявлено, що особливостями впливу катодної поляризації в зазначеному діапазоні потенціалів при оцінюванні за коефіцієнтом схильності до корозійного розтріскування KS є збільшення відносного звуження та зменшення відносного видовження, що в цілому вказує на окрхчення металу під дією корозивного середовища та потенціалу. Міцнісні характеристики залишаються майже на тому самому рівні. Найбільша схильність до корозійного розтріскування спостерігається за потенціалу поляризації -1,0 В та від’ємніше. Застосовано розроблену методологію комплексного дослідження закономірностей корозійного розтріскування на прикладі дослідження сталі трубного сортаменту 10Г2ФБ в модельному грунтовому середовищі NS4 в умовах, що моделюють умови експлуатації. Отримані нові дані закономірностей корозійного розтріскування цієї сталі будуть корисними для попередження корозійного розтріскування магістральних газопроводів під час експлуатації.

Цель работы – исследовать закономерности коррозионного растрескивания стали трубного сортамента 10Г2ФБ в условиях катодной защиты. Применяли следующие методы: деформации с малой скоростью, метод растровой электронной микроскопии, электролитического наводороживания, массометрии. Изучены закономерности коррозионного растрескивания трубной стали 10Г2ФБ в модельной почвенной среде NS4 в диапазоне потенциалов от потенциала коррозии до -1,2 В. По результатам комплекса коррозионно-механических, электрохимических и физических исследований установлено, что при смещении потенциала катодной поляризации в ряду -0,75 В → -0,95 В → -1,05 В → -1,2 В коэффициент склонности этой стали к коррозионному растрескиванию KS соответственно возрастает 1,09 → 1,11 → 1,13 → 1,26. Концентрация водорода, проникающего в сталь при этих потенциалах, изменяется немонотонно: 0 → 0 → 0,057 → 0,018 моль/дм3. Скорость остаточной коррозии при смещении потенциала в ряду Екор → -0,75 В → -0,95 В → -1,05 В уменьшается сначала резко, затем медленно: 0,035 мм/год → 0,005 мм/год → 0,0009 мм/ год → 0,0004 мм/год, т.е. при высоких катодных потенциалах приложенная поляризация расходуется на разложение водного электролита с выделением водорода, который проникает в сталь и вызывает хрупкое растрескивание, что подтверждено ростом доли хрупкого разрушения в морфологии изломов образцов. Получены новые результаты фундаментальных исследований, касающиеся закономерностей коррозионного растрескивания стали ферритно-перлитного класса трубного сортамента 10Г2ФБ в условиях катодной защиты в диапазоне потенциалов от потенциала коррозии до -1,2 В. Выявлено, что особенностью влияния катодной поляризации в указанном диапазоне потенциалов при оценке склонности к коррозионному растрескиванию по коэффициенту KS является увеличение относительного сужения и уменьшение относительного удлинения, что в целом указывает на охрупчивание металла под действием коррозионной среды и потенциала. Прочностные характеристики остаются почти на том же уровне. Наибольшая склонность к коррозионному растрескиванию наблюдается при потенциале поляризации -1,0 В и отрицательнее. Разработанная методология комплексного исследования закономерностей коррозионного растрескивания использована для исследования стали трубного сортамента 10Г2ФБ в модельной почвенной среде NS4 в условиях, моделирующих условия эксплуатации. Полученные новые данные относительно закономерностей коррозионного растрескивания стали будут полезны для предупреждения коррозионного растрескивания магистральных газопроводов во время эксплуатации.

Investigate the regularities of corrosion cracking of 10G2FB steel under cathodic protection. The following methods were used: slow strain rate, scanning electron microscopy, electrolytic hydrogenation, mass measurement. The regularities of corrosion cracking of pipe steel 10G2FB in near neutral soil environment NS4 in the range of potentials from the corrosion potential to -1.2 V were investigated. According to the results of a complex of corrosion-mechanical, electrochemical and physical studies, it was found that with a shift in the cathodic polarization potential in the range of -0,75 V → -0,95 V → -1,05 V → -1,2 V → -0.95 V the coefficient of susceptibility of this steel to stress corrosion cracking KS increases correspondingly, 1,09 → 1,11 → 1,13 → 1,26. The concentration of hydrogen which penetrating into steel at these potentials changes nonmonotonically: 0 → 0 → 0,057 → 0,018 mol/dm3. The rate of residual corrosion with a potential shift in the series Еcor → -0,75 V → -0,95 V → -1,05 V decreases first sharply, then slowly: 0.035 mm/year → 0.005 mm/year → 0.0009 mm/year → 0.0004 mm/year, i.e. at high cathodic potentials, the applied polarization is spent on the decomposition of the aqueous electrolyte with the release of hydrogen, which penetrates into the steel and causes brittle cracking, which is confirmed by an increasing in the part of brittle fracture in the surface morphology of the specimens. New results of fundamental research concerning the regularities of stress-corrosion cracking of ferrite-pearlite class steel of pipe assortment 10G2FB under conditions of cathodic protection in the range of potentials from the corrosion potential to -1.2 V have been obtained. It was revealed that a feature of the effect of cathodic polarization in the indicated range of potentials when assessing the tendency to stress corrosion cracking by the KS coefficient is an increasing in the relative narrowing and a decrease in the relative elongation, which generally indicates the embrittlement of the metal under the contact with corrosive medium and potential. Strength characteristics remain almost the same. The greatest tendency to stress-corrosion cracking is observed at a polarization potential of -1.0 V or more negative. The developed methodology for a complex study of the regularities of stress- corrosion cracking was used for study of 10G2FB steel of the pipe assortment in a model soil environment NS4 under conditions simulating operating conditions. The new data obtained on the regularities of stress-corrosion cracking of steel will be useful for preventing the stress-corrosion cracking of main gas pipelines during operation.