ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛОКАЛЬНОГО РАСТВОРЕНИЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ. ЧАСТЬ 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ПИТТИНГОВОЙ КОРРОЗИИ
Аннотация
Для анализа процесса питтинговой коррозии использовали граф состояния, который отображает возможные состояния локального растворения хромоникелевых сталей, с учетом дополнительного состояния «неустойчивая пассивация макропиттинга». Разработанная аналитическая модель расчета процесса до формирования стабильного питтинга основана на однородных цепях Маркова. Расчет условных вероятностей изменений системы из одного возможного состояния в другое определяет время в среде VisualStudio 2010 на платформе NetFramework с использованием языка программирования С#. Сравнение расчета состояний с “неустойчивой пассивацией макропиттинга” (НПМ) и без него позволило установить для нержавеющих сталей (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х22Н6Т), что время формирования стабильного питтинга с учетом НПМ меньше, чем время формирования без него, однако больше для стали 08Х22Н6Т, что связано с повышенным содержанием хрома в ее составе. Разработана имитационная модель (ИМ) на основе метода Монте- Карло, в результате моделирования получена последовательность состояний, в которых находится система до перехода ее в стабильное состояние. Так же за счет этой модели стало возможным рассмотреть изменение потенциала системы в процессе локального растворения исследуемых сталей. Применение двух подходов моделирования с учетом состояния НПМ позволило установить, что ИМ лучше согласуется с экспериментальными результатами как на количественном, так и на качественном уровне. Предложен алгоритм выбора значений параметров режима, что стало основой прогнозирования процессов образования макропиттинга.
Для цитирования:
Виноградова С.С. Прогнозирование электрохимических процессов локального растворения нержавеющих сталей. Часть 2. Аналитическое и имитационное моделирование динамики процесса питтинговой коррозии. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 6. С. 119-126. DOI: 10.6060/ivkkt.20246706.6972.
Литература
Ha H.Y. Molybdenum effects on pitting corrosion resistance of FeCrMnMoNC austenitic stainless steels. Metals. 2018. V. 8. N 8. P. 653. DOI: 10.3390/met8080653.
Loto R.T. Pitting corrosion evaluation and inhibition of stainless steels: A review. Mater. Environ. Sci. 2015. V. 6. N 10. P. 2750-2762.
Ghahari S.M. In situ synchrotron X-ray micro-tomography study of pitting corrosion in stainless steel. Corr. Sci. 2011. V. 53. N 9. P. 2684-2687. DOI: 10.1016/j.corsci.2011.05.040.
Loable C. Synergy between molybdenum and nitrogen on the pitting corrosion and passive film resistance of austenitic stainless steels as a pH-dependent effect. Mater. Chem. Phys. 2017. V. 186. P. 237-245. DOI: 10.1016/j.matchemphys. 2016.10.049.
Tian W. Metastable pitting corrosion of 304 stainless steel in 3.5% NaCl solution. Corr. Sci. 2014. V. 85. P. 372-379. DOI: 10.1016/j.corsci.2014.04.033.
Sizyakov M.I. Materials and anticorrosive developments in offshore and subsea oil and gas production. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 4. P. 6-16. DOI:10.6060/ivkkt.20236604.6739.
Chen Y. Evaluation of pitting corrosion in duplex stainless steel Fe20Cr9Ni for nuclear power application. Acta Material. 2020. V. 197. P. 172-183. DOI: 10.1016/j.actamat.2020.07.046.
Akpanyung K.V., Loto R.T. Pitting corrosion evaluation: a review. J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1378. N 2. P. 022088. DOI: 10.1088/1742-6596/1378/2/022088.
Wang X. Pitting corrosion of 2Cr13 stainless steel in deepsea environment. J. Mater. Sci. Technol. 2021. V. 64. P. 187-194. DOI: 10.1016/j.jmst.2020.04.036.
Zhao Y. Assessment of the correlation between M23C6 precipitates and pitting corrosion resistance of 0Cr13 martensitic stainless steel. Corr. Sci. 2021. V. 189. P. 109580. DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109580.
Zatkalíková V., Liptáková T. Pitting corrosion of stainless steel at the various surface treatment. Mater. Eng. 2011. V. 18. N 4. P. 115-120.
Vinogradova S.S., Tazieva R.F., Akhmetova A.N. Method of calculating the impedance modulus for corrosion monitoring of the surface condition of chromium-nickel steels ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 3. Р. 60-66 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206303.6092.
Ha H.Y. Understanding the relation between pitting corrosion resistance and phase fraction of S32101 duplex stainless steel. Corr. Sci. 2019. V. 149. P. 226-235. DOI: 10.1016/j.corsci. 2019.01.001.
Wang C. Effects of rare earth modifying inclusions on the pitting corrosion of 13Cr4Ni martensitic stainless steel. J. Mater. Sci. Technol. 2021. V. 93. P. 232-243. DOI: 10.1016/ j.jmst.2021.03.014.
Pradhan S. K., Bhuyan P., Mandal S. Influence of the individual microstructural features on pitting corrosion in type 304 austenitic stainless steel. Corr. Sci. 2019. V. 158. P. 108091. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.108091.
Jafarzadeh S., Chen Z., Bobaru F. Peridynamic modeling of repassivation in pitting corrosion of stainless steel. Corrosion. 2018. V. 74. N 4. P. 393-414. DOI: 10.5006/2615.
Li T. Understanding the efficacy of concentrated interstitial carbon in enhancing the pitting corrosion resistance of stainless steel. Acta Materialia. 2021. V. 221. P. 117433. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.117433.
Heyn A. Comparison of liquid and gel electrolytes for the investigation of pitting corrosion on stainless steels. IOP Conf. Seri.: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 882. N 1. P. 012010. DOI: 10.1088/1757-899X/882/1/012010.
Orlikowski J. Determination of pitting corrosion stage of stainless steel by galvanodynamic impedance spectroscopy. Electrochim. Acta. 2017. V. 253. P. 403-412. DOI: 10.1016/ j.electacta.2017.09.047.
Deen K.M., Virk M.A., Ahmad R., Khan I.H. Failure investigation of heat exchanger plates due to pitting. Eng. Fail. Anal. 2010. V. 17. P. 886–893. DOI: 10.1016/j.engfailanal. 2009.10.023.
Valor A., Caleyo F., Rivas D., Hallen J.M. Stochastic approach to pittingcorrosion – extreme modeling in low-carbon steel. Corros. Sci. 2010. V. 52. P. 910– 915. DOI: 10.1016/ j.corsci.2009.11.011.
Caleyo F., Velázquez J.C., Valor A., Hallen J.M. Probability distribution of pitting corrosion depth and rate in underground pipelines: a Monte Carlo study. Corros. Sci. 2009. V. 51. P. 1925–1934. DOI: 10.1016/j.corsci.2009.05.019.
Jarrah A., Nianga J.M., Iost A., Guillemot G., Najjar D. On the detection of corrosion pit interactions using two-dimensional spectral analysis. Corros. Sci. 2010. V. 52. P. 303–313. DOI: 10.1016/j.corsci.2009.09.011.
Laycock N.J. Computer simulation of pitting corrosion of stainless steels. Electrochem. Soc. Interface. 2014. V. 23. N 4. P. 65. DOI: 10.1149/2.F05144IF.
Valor A. Markov chain models for the stochastic modeling of pitting corrosion. Math. Probl. Eng. 2013. V. 2013. P. 1-14. DOI: 10.1155/2013/108386.
Engelhardt G.R., Macdonald D.D. Monte-Carlo simulation of pitting corrosion with a deterministic model for repassivation. J. Electrochem. Soc. 2020. V. 167. N 1. P. 013540. DOI: 10.1149/1945-7111/ab67a0.
Hong H.P. Inspection and maintenance planning of pipeline under external corrosion considering generation of new defects. Struct. Safety. 1999. V. 21. N 3. P. 203-222. DOI: 10.1016/S0167-4730(99)00016-8.
Bolzoni F. Application of probabilistic models to localised corrosion study. Metallurgia Italiana. 2006. V. 98. N 6. P. 9-15.
Wu K., Jung W. S., Byeon J. W. Insitu monitoring of pit-ting corrosion on vertically positioned 304 stainless steel by analyzing acousticemission energy parameter. Corr. Sci. 2016. V. 105. P. 8-16. DOI: 10.1016/j.corsci.2015.12.010.
Timashev S.A. Markov description of corrosion defects growth and its application to reliability based inspection and maintenance of pipelines. Int. Pipeline Conf. 2008. V. 48609. P. 525-533. DOI: 10.1115/IPC2008-64546.
Ossai C.I., Boswell B., Davies I.J. Estimation of internal pit depth growth and reliability of aged oil and gas pipelines—A Monte Carlo simulation approach. Corrosion. 2015. V. 71. N 8. P. 977-991. DOI: 10.5006/1543.
Vinogradova, S.S. Engineering methodology for calculating the formation time of stable pitting of stainless steels taking into account the integral characteristic – «macropitting». But-lerov Commun. 2023. V. 5. N 1. DOI: 10.37952/ROI-jbc-B/23-5-1-7.
