有条件现金援助项目环境中碳钢的腐蚀行为

文摘

摘要报告实验结果钢铁微观结构形态的影响,保护腐蚀形成规模的超临界水饱和的有限公司₂。两个HSLA钢进行了测试。微观结构的修改通过不同的热处理。减肥曝光后测量有限公司₂分压80酒吧和60°C的温度。天平的形态进行了分析通过扫描电子显微镜(SEM)能量色散x射线能谱(EDX)。阴极potentiodynamic测试precorroded标本进行评估的尺度在阴极极化曲线的影响有限₂饱和硫酸溶液pH值3,由超临界水饱和的价值估计有限公司₂。讨论的结果是为了评估碳化铁的影响网络规模增长和腐蚀速率。减肥测试证明平均腐蚀速率值范围在1 - 2.5毫米/ y 150小时后曝光。厚菱铁矿规模的存在显著降低了碳钢的腐蚀速率。观察略有降低的腐蚀速率随着规模厚度的增加和从马氏体含有碳化物的微观结构。

1。介绍

产生的环境污染、工业和民事活动,代表最严重的问题之一,对气候变化和人类健康。燃烧化石燃料的过程导致的大气二氧化碳水平是最重要的温室气体之一,主要负责“增强的温室效应”。

cct(碳捕获、运输和存储)技术用于捕获浪费有限公司₂来自化石燃料的燃烧气体用于生产能源,其压缩和液化,在管道运输,储存在地下深处网站变得越来越重要。尽管巨大的生态效益,但仍然有尚未解决的问题,主要是相关的经济学和风险意外释放到大气中大量的有限公司₂。工厂可靠性需要精确的材料选择和材料腐蚀的深度知识的高压力的湿有限公司₂。运输在超临界条件下将一定由现有碳钢管道减少和最大化数量的质量流量1]。

虽然干燥的二氧化碳不是咄咄逼人的碳钢,水的存在和其他污染物可以刺激腐蚀(2]。的有限公司₂腐蚀,通常叫甜蜜的腐蚀,发生水合作用的有限公司₂在水相的碳酸。普遍将其石油和天然气行业的研究中,大量的数据收集从植物,在有限公司₂分压10条。

钢显微组织的角色在甜蜜的腐蚀主要可以归因于保护性腐蚀的形成和质量。然而,这样的效果并没有广泛被研究于cct系统。超临界有限公司₂分压导致早期接触腐蚀速率很高,但过度饱和条件诱发的保护更容易达到规模,由于高浓度的碳酸盐物种。相比,大量的文学作品在甜蜜的腐蚀石油和天然气,只有少数作品致力于超临界条件下,上述73.9条和31°C (3- - - - - -8]。钢显微组织中扮演一个重要的角色在腐蚀附着力。在ferritic-pearlitic钢,铁素体晶粒的选择性攻击由于铁氧体之间的电耦合和铁₃C和随之而来的内部酸化(9]留下钢的铁碳化物网络可以作为强化到电影,提高基板上的附着力。因此,(即碳化的存在和形态阶段。、大小和分布)的规模可能是至关重要的9]。

工作的目的是研究钢的腐蚀形态规模与不同的微观结构,包括粗ferrite-pearlite、细ferrite-pearlite,马氏体、回火马氏体,通过扫描电子显微镜(SEM)能量色散x射线能谱(EDX)。阴极potentiodynamic测试precorroded标本进行评估的尺度在阴极极化曲线的影响有限₂饱和硫酸溶液的pH值等于估计在文献中对水饱和与超临界CO₂。

2。实验

2.1。材料和标本

钢的化学成分都报告在表1和微观结构如图1。钢是一种热轧API 5 l X65级包含铁素体和珠光体带状组织而钢B微合金化HSLA钢级不标准。B钢的显微组织是由五个不同的热处理方法:修改退火2小时在950°C (A),归一化(N),水淬火(WQ),水淬火及回火1.5小时350°C (WQ-T1)和水淬火及回火1.5小时600°C (WQ-T2)。

热处理后,磁盘(Ø20毫米×2毫米)对减肥和电化学测试热处理加工。钢测试只有在收到基条件下(样本),B钢样品显示了字母“B”其次是热处理。微观结构和维氏硬度总结表2和图2。

2.2。测试高压灭菌器

执行的测试是在60°C (±1°C), 80酒吧有限公司₂分压为150小时。

在曝光之前,标本与碳化硅砂纸磨1000砂砾在超声波清洗器,然后用丙酮清洗。用聚四氟乙烯轴授予标本和持有人之间的电气绝缘。标本夹是放置在一个6 L高压蒸汽充满了大约4 L蒸馏水。所有的标本与不同的热处理(12标本)完全浸入水中。几个用氮气增压和减压周期进行标本浸泡后实现氧气含量低于0.2 ppm。低压(2条)有限公司₂增压和减压周期被处决的脱氮的解决方案。高压蒸汽被加热到60°C,最后,它是密封有限公司₂。有限公司₂直接注入高压釜内的气体增压配有直接预热器监管在40°C实现超临界状态。

2.3。腐蚀测试

减肥的标本测试和potentiodynamic测试气缸直径15毫米和5毫米高度。x射线分析标本50毫米和5毫米直径高度。为每个条件被至少四个标本。一半的标本用于减肥测试和其他人被用于阴极potentiodynamic测试。经过x射线分析,扫描电镜观察已经完成评估腐蚀形态。SEM观察结果也已经进行金相部分用砂纸磨和抛光1μm和金刚石研磨膏。2%硝酸浸蚀液显微组织金相腐蚀被认为证据。

腐蚀速率是由体重测量评估在6 N盐酸酸洗后抑制与3 g / L hexamethylenetetramine 60°C 1分钟。减肥数据修正根据ASTM G1标准考虑到由于酸洗对裸露的金属切削。

阴极Potentiodynamic测试。Potentiodynamic测试进行磁盘标本后暴露在超临界CO₂饱和水。标本快速干燥并存储在以维持规模。电化学测试中执行一升ASTM G5标准电池通过使用一个示例持有人暴露面积1厘米²,一个标准的甘汞参比电极(SCE),和两个石墨电极。在测试之前,开路电位监测30分钟。试验在室温下进行的H₂所以₄稀释溶液(10⁻³mol / L)饱和流有限公司₂1条(pH值3)。自由腐蚀电位测量标本浸泡后300秒。测试进行了10 mV /分钟从自由腐蚀电位扫描速率()0.50 V的阴极极化。曲线的修改考虑电解液的电阻下降,进入规模通过电化学阻抗谱测量高频(10³-10年⁴赫兹)。

3所示。结果

3.1。腐蚀速率

表3报告高压釜试验后的腐蚀速率。均值计算两个标本进行钢b .标准差是0.02毫米/ y对钢铁标本。腐蚀速率大约是2毫米/ y和略增加ferritic-pearlitic马氏体微观结构。

3.2。形态

的接触,所有的标本完全覆盖了厚厚的菱铁矿(图的规模2经XRD谱(图3)。厚度掩盖了x射线峰值高铁素体,珠光体和马氏体钢衬底。两个或两个以上层铁碳酸盐晶体组成规模不同的维度。

图4显示方面的规模上形成钢ferrite-pearlite带方向的函数。耐腐蚀钢内穿透后优先路径以及珠光体岛屿如果乐队面向垂直地暴露面积。这部电影主要生长对钢和铁素体带之间的大蛀牙可以注意到。与珠光体乐队暴露面平行,形态学显示大的不连续,假设一个细长的形状和分离的规模。腐蚀速率达到最高水平(表3)。类似的行为证明了b标本(图5)。然而,它应该强调乐队的维数低于钢由于碳含量很低。此外,规模不多孔b n标本,有更多好珍珠岩微观结构和乐队(图更明显6)。

淬火钢中珠光体不存在(B-WQ)和各向异性的微观结构对热处理的轧制方向被淘汰。规模小于多孔(图7),但腐蚀攻击传播沿马氏体金属丝网和未溶解的马氏体纳入规模。这种效果更明显了马氏体标本(B-WQ)。在这一情况下,规模比ferritic-pearlitic薄样本,并观察腐蚀速率较高。

3.3。阴极Potentiodynamic测试

potentiodynamic测试进行了稀硫酸饱和与有限公司₂在pH值3所显示Sim et al。10]证据天平的屏蔽效应的阴极过程。

图8显示了potentiodynamic钢的曲线。所有裸露的标本,不管钢或热处理,显示重合与氢曲线极限电流密度一个/厘米²。尺度上产生两个主要变化。它减少氢扩散极限电流密度超过两个订单大小和腐蚀电位上升。自由腐蚀电位表示产生影响的系统增加的规模比阴极阳极曲线上强调曲线。

4所示。讨论

4.1。腐蚀机理

碳钢的腐蚀的存在有限公司₂需要铁的阳极氧化亚铁离子(1)和阴极氢进化的过程(2): 公司的腐蚀性₂来自水的化学反应有限公司₂在碳酸的电解液(3)和它的离解((4)和(5))产生氢离子和碳酸的直接还原(6)[11]: 碳酸的减少变得重要pH > 5。当地的碱性化由于H⁺消费增加的浓度的种类的股份有限公司₂。

24小时暴露后腐蚀速率范围从10 - 28毫米/年,据Nešić和李,崔et al。12],卡布里尼等人。13,14]。腐蚀速率在这项工作非常低于这些值,由于长时间曝光,促进形成保护性菱铁矿的规模根据反应(7)[15]: 减少一个数量级的腐蚀速率标本也观察到在以前工作曝光时间超过150小时,有限公司₂从40到135条,分压和60°C温度(13,14]。

4.2。尺度降水

天平的形态在高压釜曝光后显示与内层复合自然大晶体的菱铁矿和外部层非常小的晶体(图2)由于降水的变化与腐蚀产物的积累机制的解决方案。

天平的降水发生在和碳酸亚铁离子的浓度超过溶度积,这是温度和离子强度的函数(16]。曝光时间促进形成规模,因为铁的浓度^{2 +}离子在溶液迅速增加由于很高的初始腐蚀速率。此外,大量的气体在平衡解决方案拨款的供应碳酸盐物种枯竭的阴极反应。

在金属/溶液界面条件与本体溶液由于不同活性钢腐蚀。溶解度是很容易达到的极限非常接近金属表面和规模开始沉淀。几个作者强调的重要性阴极物种从本体溶液扩散到金属表面,反之亦然,反应产品批量的接口解决方案,达到有利于铁碳酸盐沉淀的条件(11,15,16]。

随着钢铁腐蚀,铁的浓度^{2 +}在溶液中增加和减少的这些离子的扩散速率接口本体溶液发生反应。的扩散速度离子产生的阴极反应也能减少界面保持电中性。因此,菱铁矿的降水可以发生在菲^{2 +}离子浓度低于本体溶液的过度饱和,但腐蚀产物层只在连续有限元的情况下是稳定的^{2 +}通过腐蚀离子供应。

菱铁矿晶体成核率高,不影响膜的形成:在钢铁表面的增长大部分解决方案,他们倾向于形成一个连续的但非常多孔膜。亚铁离子的平衡消费和生产规模将保持过度饱和条件下在金属/接口,是刺激菱铁矿晶体生长所必需的。H⁺消费由于阴极反应促进碳酸离解,移动公司的平衡₂水化和离解。腐蚀速率减少随着规模的增长,所以离子浓度低于过度饱和的条件下,促进保护膜解散和增加了铁^{2 +}在本体溶液中的浓度。

之后,一旦达到过饱和条件scale-solution接口,也可以种植规模从本体溶液直接再沉淀。

当本体溶液中过饱和条件达到,菱铁矿的小晶体沉淀在天平的外表面和孔隙度。

崔和Nešić7报告估计模型的相互溶解度有限公司₂和水的两个共存阶段和计算自由水的腐蚀性物种的浓度在不同压力和温度。基于这个模型,碳酸的内容,碳酸氢盐,碳酸根离子在80酒吧有限公司₂分压和60°C可以认为等于2 - 2.5,0.6 - -0.7,7 -mmole / L,分别与pH值在3.1 - -3.2范围。溶度积铁碳酸盐=据布劳恩(60°C17]。铁碳酸盐沉淀的限制可以被考虑溶度积计算浓度的铁碳酸盐和评估模型的崔Nešić,通过以下关系: 测试条件承担这项工作,铁沉淀开始一次^{2 +}离子浓度超过11 mmole / L。

考虑4升的高压釜体积和标本的总暴露面积等于大约10厘米²,这个浓度达到大约136小时在20毫米/年腐蚀速率不变,这是兼容的形成所需的时间。

实际上,在短时间接触进行的检测结果显示,存在不连续的碳酸盐规模可能由于腐蚀速率后浸在裸钢高于平均值测量24小时接触(13,14]。

4.3。规模对极化曲线的影响钢的酸溶液

腐蚀电位的增加由于规模的存在是potentiodynamic测试(图中观察到8)。菱铁矿规模不导电,充当屏障覆盖金属表面,而渗碳体可以作为阴极。Nešić等人报道,防护的主要影响铁碳酸盐电影有限公司₂腐蚀是覆盖在金属表面,使其不可用腐蚀,而不是作为一个有效的扩散障碍(16]。

纯粹的屏蔽效应不应影响腐蚀电位因为阳极和阴极区域减少。此外,减少扩散氢离子的运输,这减少了氢极限电流,倾向于减少这种自由腐蚀电位和不增加。

免费的腐蚀电位的增加在酸溶液potentiodynamic测试表明,有一个规模对阳极的影响曲线。汉et al。18)的电化学行为研究钢铁有限公司的存在₂,碳酸根离子,创立一种pseudopassivation严格依赖于pH值:pH值越高,越高所以的保护₃层,pseudopassivation。显著增加开路电位和腐蚀速率的降低pH值观察到8,由于混合膜的形成摘要₃和磁铁矿(铁₃O₄)。李等人报道,pseudopassivation不能实现在pH值5.6 [19]。在pH值3,主要是由菱铁矿,规模不促进一个被动或pseudopassive状态。

腐蚀电位的增加可以归因于铁离子浓度在金属表面规模高于裸金属,生产高过电压的阳极过程。表面没有任何规模,快速阴极过程(图8)诱发氢进化激起扩散层的积累,降低铁离子在金属表面的解决方案。

然而,它注意到马氏体样本显示最低的腐蚀电位的增加规模和样本的存在与含有硬质合金的微观结构特点是最高的腐蚀电位增加。阴极反应也可能发生在碳化物在规模,尤其是在连续碳化物网络。这种电导率抵消屏障对阴极过程的影响。

4.4。钢显微组织的影响

渗碳体的结垢的作用是复杂的。Crolet et al。9)假设基于当地的电偶腐蚀机理之间的铁素体和渗碳体和珠光体的作用有利于规模稳定。Nešić等人证明这部电影保护取决于孔隙度超过规模厚度(16]。

图9显示了腐蚀速率的变化作为规模平均厚度的函数和钢铁微观结构。腐蚀速率降低20%从标本没有任何碳化物组织含有碳化物和从规模约40微米到80微米的厚度。然而,它必须列出的结果在钢碳含量很低。

5。结论

本文报道的结果电化学和减肥试验钢具有不同微观结构暴露于cct环境。腐蚀的形态尺度的分析。减肥测试证明平均腐蚀速率值范围在1 - 2.5毫米/ y 150小时后曝光。文献数据和同意的值明显低于预期在缺乏保护。所有的标本就是厚的腐蚀产物规模的存在显著降低了碳钢的腐蚀速率。伟大的菱铁矿晶体,钢尺接口,和细晶体,在规模/溶液界面,由规模。细晶体部分密封规模,降低腐蚀速率。

Potentiodynamic阴极曲线在硫酸precorroded标本被按比例缩小的形式覆盖在高压釜试验证明减少氢的极限电流腐蚀电位的增加规模的微观结构的存在。观察略有降低的腐蚀速率随着规模厚度的增加和从马氏体含有碳化物的微观结构。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项研究是由意大利贝加莫大学®项目。

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