Effect of residual magnetization corrosion of steel samples

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The results of experimental studies of the effect of residual magnetization on the corrosion of steel samples in an aqueous medium are presented. Algorithms of research and processing of results are described. Three cases of initial magnetization of samples are considered. It is established that before the critical magnetization of steel samples, the corrosion wear in the aqueous medium decreases, and then begins to grow. The discovered effect is of great theoretical importance in studying the phenomenon of corrosion, taking into account the initial residual magnetization, as well as of great practical importance, in particular, in the design and operation of various structures and structures made of steel to protect them from corrosion destruction.

Full Text

Известно, что на поверхности металла, находящегося в водной или другой среде, образуется тонкий защитный пассивирующий слой, разрушение которого приводит к коррозионному износу [1, 2]. Среди факторов, влияющих на разрушение защитного слоя, можно отметить воздействие физических и механических полей. Так, ультрафиолетовое излучение (УФ) влияет на механические свойства металлических элементов конструкции, в том числе на коррозионную стойкость [3–5]. Известно влияние деформации поверхности образца [6] и вибрации [7] на процесс коррозии. Влияние активного магнитного поля на процесс коррозии отмечено в [8–11]. При этом на процесс коррозии оказывают влияние направления силовых линий магнитного поля [12]. Мало исследовано влияние пассивного магнитного поля (остаточного магнитного поля) на процесс коррозии [13].

АЛГОРИТМ ИССЛЕДОВАНИЯ

Тонкие круглые образцы из стали подвергаются воздействию магнитного поля различной напряженности, производится замер исходной остаточной намагниченности MRN образцов. Далее образцы размещаются в емкость со средой (рис. 1) и выдерживаются в ней в течение заданного времени.

 

Рис. 1. Размещение образцов: a – схема; б – образцы в емкости до заливки (фото).

 

АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ

Для оценки степени коррозии образцов, выдержанных заданное время в водной среде, используется экспериментально-теоретический метод [14], патент РФ №2310184. Образцы поочередно закрепляются по контуру на установке и нагружаются равномерным давлением р. В процессе увеличения давления Р производится мониторинг формы образуемого купола, в частности, за высотой подъема вершины купола Н, и получается зависимость: давление Р – прогиб Н.

Далее, для упругой области деформирования стального образца для случая среднего изгиба тангенциальная жесткость В оценивается по формуле

 (1)

полученной из соотношений нелинейной теории оболочек [15], где P – распределенное давление; а и H – радиус и прогиб мембраны в центре купола.

ХАРАКТЕР ВЛИЯНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ НА ПРОЦЕСС КОРРОЗИОННОГО ИЗНОСА СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ В ВОДНОЙ СРЕДЕ

Выполнены экспериментальные исследования круглых образцов из стали Ст3 с исходной толщиной h = 0.6 мм. Рассмотрены три группы образцов, условно названные: Группа 1 – “Белые образцы”, Группа 2 – “Синие образцы” и Группа 3 – “Красные образцы”. Образцы подвергались предварительному воздействию магнитного поля различной напряженности.

Далее проведены замеры исходных нормальных компонент остаточной намагниченности MRN образцов с двух сторон с использованием магнитометра GM2 фирмы AlphaLab Inc (точность измерения ±0.01 Гс) на прямоугольной сетке с шагом 1 см. На рис. 2 приведены изображения картины распределения MRN для одного образца из каждой рассмотренной группы.

 

Рис. 2. Распределение MRN для образцов b1, s5, k10.

 

Наблюдается достаточно сложная картина распределения исходной остаточной намагниченности MRN. Средние значения модулей MRN, вычисленных по 85 точкам замеров на верхней и нижней поверхности образцов, а также средние значения MRN для каждой группы образцов приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Остаточная намагниченность MRN образцов, Гс

 

Группа 1

“Белые образцы”

Группа 2

“Синие образцы”

Группа 3

“Красные образцы”

Номер образцов №

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Поверхность верхняя, Гс

0.85

0.19

0.16

1.85

0.97

1.24

2.24

2.65

2.02

Поверхность нижняя, Гс

0.46

0.16

0.12

1.99

0.93

1.25

2.21

2.43

1.93

 

Среднее значение, Гс

0.32

1.37

2.25

 

Далее образцы были размещены в емкость с водой (рис. 1) и выдерживались в ней в течение 7 мес (апрель–ноябрь). Используя экспериментально-теоретический метод для каждого образца, определена зависимость максимального прогиба Н от давления Р.

Средние значения максимального прогиба по группам Hср от давления Р приведены в табл. 2. Там же приведены вычисленные по (1) соответствующие тангенциальные жесткости на растяжение B.

 

Таблица 2. Зависимости прогибов Hср и жесткости В образцов от давления P

P, кг/см2

Группа 1

“Белые образцы” (1–3)

Группа 2

“Синие образцы” (4–6)

Группа 3

“Красные образцы” (7–9)

Hср, см

В, кГ/ см

Hср, см

В, кГ/ см

Hср, см

В, кГ/ см

0.2

0.0363

328562.3

0.0323

466369.4

0.0387

271146.9

0.4

0.0570

169723.9

0.0530

211125.2

0.0603

143355.9

 
 

Вср = 249143.1

Вср = 338747.3

Вср = 207251.4

 

По средним значениям жесткости на растяжение построена зависимость тангенциальной жесткости образцов Bср от среднего значения исходной остаточной намагниченности MRN (рис. 3).

 

Рис. 3. Зависимость тангенциальной жесткости Bср от исходной намагниченности MRN.

 

Как видно из рис. 3, жесткость образцов до определенной намагниченности, в частности до MRN = 1.37 Гс, растет, затем начинает падать. Обнаруженный эффект можно объяснить тем, что имеется критическая величина исходной остаточной намагниченности MRN, до достижения которой пассивирующий слой не разрушается, а при превышении этой величины начинается разрушение пассивирующего слоя в электрохимическом процессе коррозии.

Таким образом, исходная остаточная намагниченность влияет на коррозионный износ – при превышении критической величины MRN начинается существенный коррозионный износ стальных образцов в водной среде. Износ существенно влияет на жесткость тонкостенных элементов конструкции. Установленный факт имеет важное теоретическое и практическое значение, учитывая условия работы многих конструкций, изготовленных из металла.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена за счет государственного задания Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

About the authors

S. N. Yakupov

Institute of Mechanics and Mechanical Engineering of the Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Author for correspondence.
Email: tamas_86@mail.ru
Russian Federation, Kazan

R. R. Kantyukov

LLC “Scientific Research Institute of Natural Gases and Gas Technologies – Gazprom VNIIGAZ”

Email: tamas_86@mail.ru
Russian Federation, Moscow Region

G. G. Gumarov

Institute of Mechanics and Mechanical Engineering of the Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Email: tamas_86@mail.ru
Russian Federation, Kazan

N. M. Yakupov

Institute of Mechanics and Mechanical Engineering of the Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Email: tamas_86@mail.ru
Russian Federation, Kazan

References

  1. Frumkin A.N. // Phys. Chem. 1932. V. 44. № 7. P. 116.
  2. Колотыркин Я.М., Фрумкин А.Н. // ДАН СССР. 1941. Т. 33. № 7/8. С. 446–450.
  3. Thompson E.A., Burleigh T.D. // Corrosion Eng., Sci. and Technol., 2007. V. 42. No 3. P. 237–241. https://doi.org/10.1179/174327807X214581
  4. Якупов Н.М., Гиниятуллин Р.Р., Якупов С.Н. // ДАН. 2012. Т. 446. № 6. С. 624–626. https://doi.org/10.1134/S102833581203007X
  5. Shu-hao Deng, Hao Lu & D.Y. Li // Scientific Reports. 2020. V. 10. 3049. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59420-6
  6. Якупов Н.М., Гиниятуллин Р.Р., Якупов С.Н. // Пробл. прочности. 2012. № 2. С. 76–84. https://doi.org/10.1007/s11223-012-9369-2
  7. Якупов Н.М., Якупов С.Н. // ДАН. 2018. Т. 479. № 6. С. 626–628. https://doi.org/10.1134/S1028335818040109
  8. Yee Chin Tang, Davenport A.J. // J. Electrochem. Soc. 2007. V. 154. No 7. P. 362–370. https://doi.org/10.1149/1.2736662
  9. Alimi F., Tlili M., Ben Amor M., et al. // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2009. V. 45. № 1. Р. 56–62. https://doi.org/10.3103/S1068375509010104
  10. Якупов Н.М., Гиниятуллин Р.Р., Якупов С.Н. // ДАН. 2012. Т. 443. № 2. С. 173–175. https://doi.org/10.1134/S102833581203007X
  11. Ильясова А.И. // Нефтегазовое дело. 2019. № 2. С. 156–168.
  12. Якупов Н.М., Гиниятуллин Р.Р., Якупов С.Н. // ДАН. 2015. Т. 463. № 6. С. 684–686. https://doi.org/10.1134/S0012501615080072
  13. Кузьмин М.И., Катрич Н.М., Гумеров Р.Р. и др. // Нефтяное хозяйство. 2012. № 12. С. 66–68.
  14. Галимов Н.К., Якупов Н.М., Якупов С.Н. // Известия Академии наук. Механика твердого тела. 2011. № 3. С. 58–66. https://doi.org/10.3103/S0025654411030058
  15. Галимов Н.К., Нуруллин Р.Г., Леонтьев А.А. // Актуальные проблемы механики сплошной среды. ИММ КазНЦ РАН. Казань: Изд-во КГУ, 2004. С. 129–139.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Placement of samples: a – diagram; b – samples in a container before filling (photo).

Download (115KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. MRN distribution for samples b1, s5, k10.

Download (171KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the tangential stiffness of Hrv on the initial magnetization of MRN.

Download (64KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».