CS248779B1 - Způsob nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korózním praskáním u nízkolegovaných ocelí - Google Patents
Způsob nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korózním praskáním u nízkolegovaných ocelí Download PDFInfo
- Publication number
- CS248779B1 CS248779B1 CS349185A CS349185A CS248779B1 CS 248779 B1 CS248779 B1 CS 248779B1 CS 349185 A CS349185 A CS 349185A CS 349185 A CS349185 A CS 349185A CS 248779 B1 CS248779 B1 CS 248779B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- crack
- corrosion cracking
- crack propagation
- parameters
- alloy steels
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
Řešení se týká způsobu nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korozním praskáním u nízkolegovaných ocelí na základě stanovení distribuce elektrodového potenciálu uvnitř trhliny v podmínkách působení roztoků hydroxidu sodného o různé koncentraci a teplotě, při kterém se pro daný systém charakterizovaný typem oceli a koncentrací a teplotou hydroxidu sodného změří při postupné změně rychlosti potenciálu série voltametrických křivek, z jejichž katodické i anodické části se provede vyhodnocení elektrochemických parametrů a z nich se pro dané mechanické parametry materiálů vyhodnotí distribuce elektrodového potenciálu uvnitř hrotu trhliny.
Description
Vynález se týká způsobu nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korozním praskáním u nízkolegovaných ocelí, na základě stanoveni distribuce elektrodového potenciálu uvnitř trhliny v podmínkách působení roztoků hydroxidu sodného NaOH o různé koncentraci a teplotě.
Nízkolegované oceli jsou odolné proti koroznímu praskání v chloridech, avšak v alkáliích lze na nich pozorovat výskyt kaustického praskání. Hodnocení, které umožňuje kvantitativní zpracování kinetiky degradace vlastnosti materiálu tímto pochodem, vyžaduje proto zjištění rychlosti šíření trhliny na vzorcích lomové mechaniky NaOH.
Vzhledem k tomu, že měření rychlosti šíření trhliny na vzorcích lomové mechaniky v roztocích NaOH vysokých parametrů vyžadují kombinaci zatěžovacího systému s autoklávem ze speciální vysokolegované niklové slitiny, jsou tato zařízení velmi nákladná. Oproti tomu pro měření růstu trhliny na vzorcích lomové mechaniky v podmínkách atmosférického tlaku a působení různě koncentrovaných roztoků NaOH do maximální teploty 100 °C vystačí kombinace zatěžovacího systému s teflonovou celou.
Rychlost šíření trhliny je však pro zmiňovaný systém za těchto podmínek velmi nízká, takže její měření nelze provést jako několikahodinový experiment. Tato situace je dána skutečností, že v uvedeném systému probíhá reakce anodického rozpouštění poněkud komplikovaným mechanismem, jehož znalosti nebylo doposud využito při aplikaci modelu odvozeného pro výpočet distribuce potenciálu uvnitř korozní trhliny rostoucí při korozním praskání nízkolegovaných ocelí v roztocích NaOH.
Tento mechanismus, který byl experimentálně ověřen kombinací cyklické voltametrie s Móssbauerovou spektroskopii, předpokládá při plynulé změně potenciálu v anodickém směru nejprve tvorbu Fe(OH)2 a potom beta-FeOOH, zatímco při vratném ději je nejprve beta-FeOOH redukován na Fe(OH)2 a ten pak podléhá redukci na Fe.
Vzhledem k tomu, že Fe(OH), je vysoce porézní a nepříliš přilnavý, přebírá mezifází z2+
Fe/Fe(OH)2 funkci mezifází Fe/Fe , tj. mezifází, na kterém probíhá reakce anodického rozpouštění holého povrchu kovu v kyselých roztocích. Oproti tomu je beta-FeOOH v závislosti na koncentraci a teplotě roztoků NaOH pasivní vrstvou s dobrými ochrannými účinky, tj. s povrchem, na kterém probíhá katodická depolarizační reakce, kterou je v roztocích NaOH redukce vodíkových iontů.
Z tohoto důvodu lze stav trhliny rostoucí v zmiňovaném systému korozním praskáním popsat rovnováhou mezí anodickou dílčí reakcí - anodickým rozpouštěním holého povrchu, probíhajícím na hrotu trhliny, tj. v mezifází Fe/Fe(OH)2 - a katodickou dílčí reakcí - depolarizací vodíkových iontů probíhající na stěnách trhliny, tj. v mezifází FeOOH/NaOH.
Model, odvozený pro výpočet distribuce potenciálu uvnitř korozní trhliny, rostoucí při korozním praskání nízkolegovaných ocelí v roztocích NaOH předpokládá, že pro dané mechanické parametry - faktor intenzity napětí K, mez kluzu Gy a model pružnosti Ey - lze zjistit šířku trhliny W dle vztahu
W Sř 0,49 K2/ /GyEy/ (1) a použít je v složitém výrazu pro zmiňovanou rovnováhu, tj. v rovnici
WiF βχρ{(Εχ=θ - Ep/stV [ 4icC(w - 2t)j 1/2[(Εχ=0 - Ec)'+ACexp{(Ec - Εχ=θ)/β}- ljJ1/2 (2) v němž ip je výměnná proudová hustota reakci Fe—>.Fe(OH)2 a Fe (OH) 2-►Fe, při rovnovážném potenciálu Ep, alfa je Tafelúv parametr reakce Fe-j»Fe(OH)2, beta = Tafelův parametr reakce H+—.—►Η, Εχ_θ je smíšený potenciál na hrotu rostoucí trhliny, ic je výměnná proudová hustota reakcí FetOH)^—** FeOOH a FeOOH—Fe (OH) při rovnovážném potenciálu Ec, C je specifická vodivost roztoku,t je limitní tlouštka vrstvy FeOOH na stěnách trhliny.
Známe-li hodnoty w a t (pro roztoky 1-8 MNaOH při teplotách 20-100 °C lze použít hodnoty
2.10 m) je k zjištění hodnoty Εχ_θ nutné, aby hodnoty Ec< EF, i , iFal:fa a beta byly známé nebo přístupné měření. Jen za těchto předpokladů lze vypočítat z rovnice (2) hodnotu Εχ=θ a s její pomocí určit spád potenciálu uvnitř rostoucí trhliny dle vztahu dEx=0/dx = (4ic/WC,1/2t(Ex=0 ‘ Ex> + /fexp{<Ec - Εχ=θ’/Ί} - lj1/2 O)
Vzhledem k tomu, že anodický proudový tok na jednotku délky trhliny rostoucí anodickým rozpouštěním hrotu trhliny při porušení vrstvy FeOOH lze zjistit z rovnice ix=0 = WC(dEx=0/dx) (4) je možné tímto způsobem kvantitativně vyhodnotit proudovou hustotu spojenou s průběhem reakce anodického rozpouštění hrotu trhliny při korozním praskání a použitím Faradayova zákona tuto přepočítat na rychlost, šíření trhliny. .
Ačkoliv se popsaný model zdá jednoduchý pro aplikaci, nebyla tato z.atím možná., protože nebyly doposud navrženy a formulovány experimentální postupy pro stanovení hodnot E , ·Ερ, lc, iF alfa á beta v systému nízkolegovaná ocel-NaOH.
Tento nedostatek současného stavu techniky do značné míry odstraňuje způsob nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korozním praskáním u nízkolegovaných ocelí na základě stanovení distribuce elektrodového potenciálu uvnitř trhliny v podmínkách působení roztoku hydroxidu sodného NaOH o různé koncentraci, a teplotě.metodou opakované tvorby a zániku tenkých vrstev cyklickou voltametrií podle vynálezu.
Jeho podstata spočívá v tom, že se pro daný systém charakterizovaný typem oceli a koncentrací a teplotou hydroxidu sodného .NaOH změří při postupné změně rychlosti potenciálu série voltametrických křivek, z jejichž anodické i katodické části s.e provede vyhodnocení elektrochemických parametrů a z nich se pro dané mechanické parametry materiálu vyhodnotí distribuce elektrodového potenciálu uvnitř hrotu trhliny.
Je výhodné, jestliže se vyhodnocení parametrů elektrochemické rovnováhy provede z průsečíku přímkových závislostí proudových maxim anodické i katodické části voltametrických křivek na potenciálech odpovídajících, těmto maximům, a vyhodnocení kinetických parametrů elektrochemických reakcí provede z podílu hodnoty proudového maxima spojeného s tvorbou příslušné vrstvy k sumární hodnotě proudových, maxim spojených s tvorbou a zánikem této vrstvy při vratném ději.
Způsob hodnocení distribuce elektrodového potenciálu uvnitř trhliny rostoucí při korozním praskání nízkolegovaných ocelí v roztocích NaOH umožňuje oproti měřením na vzorcích lomové mechaniky stanovit rychlost šíření trhliny rychleji a v jednodušším experimentálním uspořádání.
Další výhodou tohoto způsobu je skutečnost, že pro uvedené materiálykteré vyžadují přenos výsledků získaných z tlustostěnných vzorků lomové mechaniky na terikostěnne trubky paragenerátorů umožňuje stanovení rychlosti šíření trhliny na základě měření provedeného na tenkostěnných vzorcích. Kromě toho umožňuje i zjištění velmi nízkých rychlostí .trhliny, včetně informace o velikosti lokalizace elektrochemického efektu spojeného s 'porušením oxidického filmu na hrotu trhliny při korozním praskání.
Způsob podle vynálezu je účelné provádět s použitím teflonové měřicí cely vybavené teflonovým chladičem a dvěma platinovými dráty, mezi kterými prochází proud z vnějšího zdroje,
248779 4 takže lze zápornou z těchto elektrod použít jako referenční. Tak lze zabránit negativnímu ovlivnění měřených údajů produkty reakce roztoků NaOH se sklem, jakož i hydrolýze kalomelové elektrody v případě jejího použití ve funkci elektrody referenční.
P. říklad.
Vzorky materiálu 21/.4CrlMo, který byl v stavu po normalizačním žíhání a popuštění, byly přebroušeny metalografickými papíry a Odmaštěný. Jednalo se o vzorky ve tvaru plechů o rozměrech 2x30x50 mm, které byly uchyceny v termostatové teflonové cele opatřené teflonovým chladičem a teflonem izolovanými přívody k vzorku, platinové sítoe obklopující vzorek a k platinovým drátům. K polarizaci platinových drátů se používalo galvanostatiokého zapojení. Jako zdroj proudu sloužil potenciostat bez generátoru pily. K měření voltametrických křivek bylo použito potenciálu s generátorem trojúhelníkových pulsů, k němuž byl připojen vzorek, platinová sítka .= polarizační elektroda a platinový drát polarizovaný katodicky = referenční elektroda. Voltametrické křivky byly registrovány koordinátovým zapisovačem.
orientačních měření vyplynulo, že po získání reprodukovatelných výsledků je vhodné před vlastním měřením zařadit několik voltametrických scanů při rychlosti změny potenciálu dE/dt = 0,01 V/s, a to až do obdrženi reprodukovatelných výsledků, obvykle 20 min. Rychlost změny potenciálu je pak snižována v následných krocích 0,01—0,005 —».0,0025—ι»0,001 V/s. Tímto způsobem se získají stacionární voltametrické křivky, z jejichž anodické a katodické části se vyhodnotí hodnoty proudu a potenciálu odpovídající maximům charakterizujícím reakce Fe—».(OH)2, Fe(OH)2.-FeOOH, FeOOH—a» Fe (CH) 2 a Fe (OH) 2_^.Fe.
Vynesením těchto hodnot v semilogaritmických souřadnicích se pro údaje charakterizující reakce Fe—»*Fe(OH)2 a Fe(0H)2—>- Fe určí hodnoty Ep a iF a pro údaje charakterizující reakci Fe(OH)2—» FeOOH a FeOOH—»-Fe(OH)2 hodnoty Ec a ic· Současně jsou z hodnot proudu odpovídajících maximům anodické a katodické části určeny hodnoty koeficientů přínosu náboje v reakcích Fe—j»Fe(OH)2 a Fe(OH)2—«—FeOOH a z nich vypočteny hodnoty Tafelových parametrů pro anodické rozpouštění holého povrchu kovu, probíhající v mezifází Fe/Fe (OH) 2 (oW a pro katodickou depolarizaci vodíkových iontů na vrstvě FeOOH(A). Pro daný typ materiálu jsou hodnoty Ec, Ep, ic, ip, alfa a beta rozdílné pro roztoky NaOH a různé koncentraci a teplotě - viz tab. 1 - a proto musí, být stanoveny pro různé kombinace těchto parametrů, které ovlivňují jak specifickou vodivost roztoku C, tak i hodnoty parametrů dEx_g/dx, ίχ_θ a rychlosti šíření trhliny v při daném K - viz tab. 2.
Tabulka 1
Srovnání hodnot parametrů Ec< Ep, ic, ip, alfa a beta zjištěných pro vzorky oceli 21/4CrlMo v podmínkách působení roztoku 2MNaOH při teplotě 40 °C a roztoku IMNaOH při teplotě 60 °C
| Parametr | Ec(v) | EF(v) | ic(A.m 2) | iplA.m-2) | oOv) | |
| 2MNaOH,40 °C | - 0,820 | - 0,974 | 3,03.10-3 | 1,73.10-1 | 0,0308 | 0,0499 |
| IMNaOH,60 °C | - 0,868 | - 0,978 | 9,09.10-1 | 3,03.10-2 | 0,0430 | 0,0597 |
Tabulka 2
Srovnání hodnot parametrů άΕχ_θ/άχ(ίχ_θ, v a vLM u oceli 21/4CrlMo pro stejné mechanické parametry (K = 30MN.m-3/2, Gy = 3,83.102MN.m-2 a Ey = 2.105MN.m-2) v podmínkách puso ení roztoku 2MNaOH při teplotě 40 °C a roztoku IMNaOH při teplotě 60 °C
| Parametr | dEx_Qldx(v.m-1) | ix=0(A.m-2) | v(m.s-1) | vLM(m.s-1) |
| 2MNaOH,40 °C | 1,24.10-2 | 2,43.10-5 | 1,68 | 1,7 |
| IMNaOH,60 °C | 2,21.10-2 | 3,25.10-5 | 2*, 16 | 2,2 |
Na obr. 1 a 2 jsou srovnány závislosti proudových maxim anodické i katodické části voltametrických křivek na potenciálech odpovídajících těmto maximům jak pro reakce Fe ► Fe(OH) a Fe(OH)2 ► Fe, tak i pro reakce FeťOH)^ ► FeOOH a FeOOH s^FeíOH)^ v těchto různých roztocích. Hodnoty parametrů Ec, E^., ic, iF, alfa a beta vyhodnocené způsobem podle vynálezu pro oba roztoky jsou v tabulce 1. Hodnoty parametrů ΰΕχ_θ/άχ, ίχ_θ a rychlosti šíření trhliny v zjištěných zmiňovaným postupem pro stejné mechanické parametry (K, Gy a Ey) jsou pro oba roztoky uvedeny v tab. 2. Zároveň jsou pro srovnáni v téže tabulce uvedeny rychlosti šíření trhliny změřené v stejných podmínkách na vzorcích LM lomové mechaniky s předem připravenou trhlinou.
Vynález lze kromě stanovení rychlosti síření trhliny pro danou hodnotu K využívat k hodnocení velikosti lokalizace elektrochemického efektu spojeného s porušením oxidického filmu na hrotu trhliny, rostoucí při korozním praskání. Míru velikosti lokalizace podobného efektu lze vyhodnotit na základě velikosti parametru άΕχ_θ/ΰχ ve vztahu (3), který je při stejných mechanických parametrech a stejné specifické vodivosti roztoku jediným parametrem určujícím rychlost šíření trhliny a může být ovlivněn chemickým složením materiálu.
Uvedeným postupem lze získat informace nutné k pochopení kinetiky degradace nízkolegovaných ocelí pro parogenerátory rychlých reaktorů v podmínkách výskytu korozního praskání vyvolaného přítomností NaOH v parogenerátorové vodě. Předpověd účinků NaOH, který může vznikat z rozkladu Na^CO^ přítomného v chladicí říční vodě pronikající kondenzátorovými trubkami, je tímto způsobem méně nejistou s ohledem na predikci přípustných koncentrací NaOH v parogenerátorové vodě.
Další možností vynálezu je hodnocení případného ovlivnění chemického složení povrchu v procésu výroby resp. zjištění jeho vlivu na lokalizaci elektrochemického efektu spojeného s porušením oxidického filmu na hrotu trhliny rostoucí při korozním praskání.
Claims (2)
1. Způsob nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korozním praskáním u nízkolegovaných ocelí na základě stanovení distribuce elektrodového potenciálu uvnitř trhliny v podmínkách působení roztoku hydroxidu sodného NaOH o různé koncentraci a teplotě metodou opakované tvorby a zániku tenkých vrstev cyklickou voltametrií, vyznačující se tím, že se pro daný systém charakterizovaný typem oceli a koncentrací a teplotou hydroxidu sodného NaOH změří při postupné změně rychlosti potenciálu série voltametrických křivek, z jejichž anodické i katodické části se provede vyhodnocení elektrochemických parametrů a z nich se pro dané mechanické parametry materiálu vyhodnotí distribuce elektrodového potenciálu uvnitř hrotu trhliny.
2. Způsob podlebodu 1 vyznačující se tím, že se vyhodnocení parametrů elektrochemické rovnováhy provede z průsečíku přímkových závislostí proudových maxim anodické i katodické části voltametrických křivek na potenciálech odpovídajících těmto maximům, a vyhodnocení kinetických parametrů elektrochemických reakcí provede z podílu hodnoty proudového maxima spojeného s tvorbou příslušné vrstvy k sumární hodnotě proudových maxim spojených s tvorbou a zánikem této vrstvy při vratném ději.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS349185A CS248779B1 (cs) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | Způsob nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korózním praskáním u nízkolegovaných ocelí |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS349185A CS248779B1 (cs) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | Způsob nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korózním praskáním u nízkolegovaných ocelí |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS248779B1 true CS248779B1 (cs) | 1987-02-12 |
Family
ID=5375144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS349185A CS248779B1 (cs) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | Způsob nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korózním praskáním u nízkolegovaných ocelí |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS248779B1 (cs) |
-
1985
- 1985-05-15 CS CS349185A patent/CS248779B1/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bastos et al. | On the application of the scanning vibrating electrode technique (SVET) to corrosion research | |
| Xia et al. | Electrochemical probes and sensors designed for time-dependent atmospheric corrosion monitoring: fundamentals, progress, and challenges | |
| Tan et al. | Heterogeneous electrode processes and localized corrosion | |
| Penney et al. | Investigation into the effects of metallic coating thickness on the corrosion properties of Zn–Al alloy galvanising coatings | |
| Cai et al. | A comparative study on corrosion kinetic parameter estimation methods for the early stage corrosion of Q345B steel in 3.5 wt% NaCl solution | |
| Fajardo et al. | A critical review of the application of electrochemical techniques for studying corrosion of Mg and Mg alloys: opportunities and challenges | |
| Yang et al. | Coupled multielectrode array systems and sensors for real-time corrosion monitoring-A review | |
| Ye et al. | Visualization and simulation investigation of Copper-Nickel alloy and carbon steel galvanic corrosion in marine environment | |
| Xie et al. | Experimental methods in corrosion research | |
| Tan | Sensing electrode inhomogeneity and electrochemical heterogeneity using an electrochemically integrated multielectrode array | |
| Nicard et al. | Monitoring of generalised corrosion: Ultrasonic coda wave interferometry technique applied to steel corrosion in aqueous NaCl solutions | |
| CS248779B1 (cs) | Způsob nepřímého stanovení rychlosti šíření trhliny vznikající korózním praskáním u nízkolegovaných ocelí | |
| Patil et al. | Performance evaluation of accelerated corrosion techniques using electrochemical measurements and acoustic emission parameters | |
| Coleman et al. | Mechanical properties of Zr-2.5 Nb pressure tubes made from electrolytic powder | |
| Tan et al. | Testing and analysis techniques in rare earth inhibitor research | |
| Hussain | Corrosion Studies Using the Scanning Vibrating Electrode Technique (SVET)-A Brief Review | |
| Zhou et al. | Development of prepitting procedure for turbine disc steel | |
| Yang et al. | On-line and real-time corrosion monitoring techniques of metals and alloys in nuclear power plants and laboratories | |
| Etor | Electrochemical neasurement of crevice corrosion of type AISI 304 stainless steel | |
| Ulaganathan et al. | Mitigating effect of magnetite buffering on alloy 800 tubing degradation in acidic, sulphate-dominated environments at 300 C | |
| Shifler et al. | Marine Corrosion Testing | |
| Devos et al. | Local Electrochemical Methods Adapted to Studying Environment–Microstructure–Mechanics Couplings | |
| Asmara | Reinforced Concrete Corrosion Experiments | |
| Gabetta et al. | Measure of chemical and electrochemical parameters inside an environmentally assisted growing crack | |
| Heitz | DC electrochemical methods |