Библиографическое описание:

Харина Г. В., Ведерников А. С., Садриев Р. С. Ингибирование коррозии стали 20Л в хлоридсодержащих средах // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 104-108.



В работе изучена кинетика коррозионного поведения стали 20Л в солянокислом растворе. Исследовано влияние ингибиторов (цистеина и глутатиона) на коррозионную стойкость стали. Приведена сравнительная оценка коррозионных потерь стали в присутствии ингибиторов разной концентрации.

Ключевые слова: коррозионная стойкость, ингибиторы коррозии, скорость коррозии, ингибирующий эффект.

Проблема повышения коррозионной стойкости низколегированных сталей, имеющих широкое применение в производстве различного оборудования и металлоконструкций, на сегодняшний день весьма актуальна. Наибольшее количество углерода, определяющего свойства стали, содержится в цементите, который характеризуется более положительным электродным потенциалом по сравнению с другими структурными составляющими, и, следовательно, выполняет функцию катода при электрохимической коррозии. Низколегированные стали отличаются невысокой коррозионной стойкостью в хлоридсодержащих средах, поскольку анионы хлора, инициируя образование питтингов, облегчают анодный процесс [1. с. 124]. В работе [2, с. 90] отмечается, что на пассивность поверхностной оксидной пленки оказывает влияние соотношение хрома и железа в ней: чем больше содержание хрома, тем меньше вероятность питтингообразования и тем выше степень пассивности.

Наиболее эффективным способом борьбы с коррозионными потерями вообще и питтинговой коррозией в частности является использование ингибиторов. Так, авторами [3, с. 357] установлено, что коррозионная стойкость низколегированных сталей (Ст3) в солянокислых растворах в присутствии органических азотсодержащих ингибиторов серии ИНКОРГАЗ-50 и ИНКОРГАЗ-2Р заметно повышается. В работе [4, с. 559] описано положительное влияние фосфорной кислоты на коррозионную стойкость стали Х18Н10Т в 0,1 н и 0,5 н растворах HCl. Об эффективной защите сталей в различных агрессивных средах ингибированием коррозионного процесса органическими гетероциклическими соединениями класса азолов сообщается авторами [5, с. 38]. В последнее время в литературе стали появляться сведения об ингибирующих свойствах некоторых серосодержащих антиоксидантов. Так, авторы [6, с. 438] использовали в качестве ингибитора коррозии углеродистой стали в растворе соляной кислоты метионин и его производные, обладающие высокими защитными свойствами за счет образования хемосорбированной экранирующей пленки на поверхности сплава. Известно также ингибирующее действие L-цистеина по отношению к коррозионному разрушению цинка в 0,5 М растворе NaCl [7, с. 101].

Целью настоящей работы было изучение кинетики и механизма коррозии стали 20Л в растворе соляной кислоты в присутствии серосодержащих аминокислот цистеина и глутатиона.

Реактивы, материалы, методы исследований

Для проведения исследований были взяты образцы стали 20Л (с содержанием хрома до 0,25 мас. %; углерода — до 0,25 мас. %, кремния — до 0,52 мас. %), полученные в индукционной тигельной печи со шпинельной футеровкой методом переплава. В качестве шихтовых материалов использовали стальной и чугунный лом. Для раскисления использовали ферросилиций ФС75 (ГОСТ 1415–78) и алюминий. Исследования проводились гравиметрическим методом с использованием аналитических весов. В качестве коррозионной среды использовали 0,1 М раствор соляной кислоты. Функцию ингибиторов коррозии выполняли цистеин (0,05 мас. %, 0,1 мас. %, 0,3 мас. %) и глутатион (0,1 мас. % и 0,2 мас. %). Время экспозиции образцов стали 20Л в указанных растворах варьировалось от 24-х до 600 часов. Перед испытаниями образцы были подвергнуты шлифовке и полировке.

По рассчитанным значениям скорости коррозии К (г/см2*ч) были построены кинетические зависимости К = f().

(1)

m — изменение массы образца, г;

s– площадь образца, см2;

 — время, ч.

Эффективность использованных ингибиторов оценивали по степени их защитного действия:

(2)

К0скорость растворения сплава в растворе без ингибитора, г/см2;

К1 — скорость растворения сплава в растворе с ингибитором, г/см2.

Продукты коррозии образцов стали были проанализированы на содержание в них железа и хрома фотометрическим методом с использованием фотоэлектроколориметра КФК-2 [9, с. 20].

Результаты иобсуждение

Как видно из рис. 1, скорость коррозии стали в растворе HCl сначала резко возрастает (область ), достигая максимума при =400ч, а затем практически не изменяется (область ) вследствие образования достаточно плотной пленки из продуктов коррозии, главным образом, железа:

Fe0–2e  Fe2+ (3)

Переходу ионов железа из кристаллической решетки сплава в раствор способствуют два фактора: кислая среда и хлорид-ионы, обладающие высокой проникающей способностью.

Введение в коррозионную среду цистеина тормозит процесс ионизации металла. Молекула цистеина представляет собой серосодержащую аминокислоту (HS–CH2–CH(NH2)–COOH), в которой наиболее реакционно способной является сульфгидрильная (тиольная) группа –SH.

Рис. 1. Зависимость скорости коррозии стали 20Л от времени экспозиции в индивидуальном растворе HCl (0,1М) — а и с добавками цистеина: 0,05 мас. % — b; 0,1 мас. % — с; 0,3 мас. % — d

Рис. 2. Зависимость скорости коррозии стали 20Л от времени экспозиции в индивидуальном растворе HCl (0,1М) — а и с добавками глутатиона: 0,1 мас. % — b; 0,2 мас. % — с.

Известно, что катионы многих d-металлов, обладая высоким сродством к сульфгидрильным группам, активно взаимодействуют с серосодержащими аминокислотами, образуя труднорастворимые тиолаты (меркаптиды) металлов [8, с. 39]:

2R-SH + Fe2+  R-S–Fe–S-R + 2H+ (4)

Из рис. 1 видно, что скорость коррозии стали в присутствии цистеина значительно ниже, чем в индивидуальном растворе соляной кислоты в связи с образованием цистеината железа, выполняющего функцию экранирующей пленки, которая препятствует переходу ионов железа в раствор. Скорость коррозии стали уменьшается с увеличением содержания цистеина в растворе и достигает минимального значения при концентрации цистеина, равной 0,3 мас. % (области 1d и 2d).

Введение в коррозионный раствор глутатиона также способствует уменьшению коррозионных потерь (рис. 2). Глутатион (трипептид -глутамилцистеинилглицин) известен как сильнейший антиоксидант, защищающий клетки организма от свободных радикалов за счет активной сульфгидрильной группы [9, с. 1185]. Глутатион с ионами тяжелых металлов также образует труднорастворимые тиолаты. Из рис. 2 видно, что в присутствии глутатиона (0,1 мас. %) уменьшается область активного растворения (область 1b) и понижается скорость коррозии в пассивном состоянии (область 2b). Введение в раствор соляной кислоты 0,2 мас. % глутатиона приводит к понижению скорости коррозии более чем в десять раз. Следовательно, глутатион, как и цистеин обладает достаточно высоким ингибирующим эффектом по отношению к коррозионному разрушению стали. В таблице 1 приведены значения защитного действия использованных ингибиторов при =408 ч, соответствующем максимальной скорости коррозии стали в активном состоянии. Из табл. 2 следует, что максимальная эффективность ингибирования коррозионного процесса стали 20Л достигается при содержании в растворе соляной кислоты 0,3 мас. % цистеина и 0,2 мас. % глутатиона.

Таблица 1

Значения защитного действия цистеина иглутатиона (Z)

Ингибитор

Z,%

1

Цистеин

0,05

26,6

0,10

51,8

0,30

70,7

2

Глутатион

0,1

72,3

0,2

92,2

С целью подтверждения полученных данных о высокой степени защиты стали 20Л от коррозионного разрушения при использовании цистеина и глутатиона продукты коррозии были проанализированы на содержание в них железа и хрома фотометрическим методом. Результаты исследований приведены в таблице 2. С целью получения достоверных результатов были использованы методы определения железа с сульфосалициловой кислотой (по образованию желтого комплекса) и с о-фенантролином (по образованию орнжево-красного комплекса). Для построения градуировочного графика в первом случае использовали стандартный раствор соли железа концентрацией 0,06 мг/см3; оптическую плотность измеряли при длине волны 416 нм. При использовании о-фенантролина в качестве комплексообразователя ионов железа (II) готовили серию стандартных растворов железа (III) по методике [10, с. 58] и измеряли оптическую плотность при длине волны 510 нм. Содержание хрома определяли по оптической плотности окрашенного в красно-фиолетовый цвет соединения (=546 нм), полученного окислением дифенилкарбазида хромом (VI).

Как следует из табл. 2, результаты определения железа в продуктах коррозии, найденные разными методами, хорошо согласуются между собой. При этом наименьшие коррозионные потери металла обнаружены в присутствии цистеина концентрацией 0,3 мас. % и глутатиона концентрацией 0,2 мас. %.

Таблица 2

Содержание железа ихрома впродуктах коррозии

Состав раствора

Содержание железа, мг/л

Содержание хрома, мг/л

Фотометрический метод с сульфосалициловой кислотой

Фотометрический метод с о-фенантролином

Фотометрический метод с дифенилкарбазидом

1.

HCl 0,1М

1,07

1,15

0,06

2.

HCl 0,1М + цистеин 0,05 мас. %

0,39

0,37

0,035

3.

HCl 0,1М + цистеин 0,1 мас. %

0,38

0,38

0,025

4.

HCl 0,1М + цистеин 0,3 мас. %

0,34

0,25

0,013

5.

HCl 0,1М + глутатион 0,1 мас. %

0,95

1,0

0,055

6.

HCl 0,1М + 0,3 мас. %

0,44

0,44

0,013

Содержание хрома в продуктах коррозии уменьшается так же в присутствии 0,3 мас. % цистеина и 0,2 мас. % глутатиона. Очевидно, что результаты определения коррозионных потерь железа и хрома, найденные фотометрическим методом, хорошо согласуются с кинетикой коррозионных процессов стали 20Л в индивидуальном растворе соляной кислоты и в присутствии ингибиторов.

Выводы.

  1. Определены кинетические закономерности коррозионного процесса стали 20Л в растворе соляной кислоты.
  2. Установлено, что цистеин и глутатион характеризуются высоким ингибирующим эффектом по отношению к коррозионному разрушению стали 20Л в солянокислом растворе.
  3. Уменьшение коррозионных потерь стали 20Л в растворе HCl в присутствии цистеина и глутатиона подтверждается фотометрическим методом. Обнаружено, что максимальная степень защиты стали достигается при содержании цистеина 0,3 мас. %, глутатиона — 0,2 мас. %.

Литература:

  1. Попова А. А. Методы защиты от коррозии. М.: Лань. 2014. 271 с.
  2. Наривский А. Э., Солидор Н. А. Коррозионные процессы и скорость роста питтингов сталей AISI 304 и 08Х18Н10Т в модельных оборотных водах. // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. — 2011. — № 23. — С. 87–97.
  3. Цыганкова Л. Е., Корякина Е. А. Коррозия и защита стали Ст3 в 0,01 н HCl ингибиторами серии «АМДОР» ИНКОРГАЗ-50 и ИНКОРГАЗ-2Р. // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. — 2012. — № 1. — С. 357–359.
  4. Бердникова Г. Г., Провоторов И. С. Влияние добавок фосфорной кислоты на коррозии хромоникелевой нержавеющей стали Х18Н10Т в солянокислых растворах. // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. — 2011. — № 2. — С. 558–561.
  5. Комов Д. Н., Махммод Адиба А., Матикенова А. А., Исайчева Л. А., Кривенько А. П., Казаринов И. А. Влияние ингибиторов ряда тетразолов на коррозионно-электрохимическое поведение стали в фосфорнокислых растворах. // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Химия. Биология. Экология. — 2014. — № 2. — С. 32–39.
  6. Zhe Zhang, Ningchen Tian, Lingchi Zhang, Ling Wu. Inhibition of the corrosion of carbon steel in HCl solution by methionine and its derivatives. // Corrosion Science. — 2015. — Vol. 98. — P. 438–449.
  7. Shkirsriy V., Keil P., Hintze-Bruening H., Leroux F., Brisset F., Ogle K., Volovitch P. The effects of L-cysteine on the inhibition and accelerated dissolution processes of zinc metal. // Corrosion Science. — 2015. — Vol. 100. — P. 101–112.
  8. Торчинский Ю. М. Сульфгидрильные и дисульфидные группы белков. М.: Наука, 1971. 228 с.
  9. Dalle-Donne I., Rossi R., Giustarani D., Colombo R., Mizani A. Action s-glutationylation: evidence against a thiol-disulfide exchange mechanism. // Free Radical Biology & Medicine. 2003, Volume 35, № 10. P.1185.
  10. ГОСТ 12350–78. Стали легированные и высоколегированные. Методы определения хрома. Государственный стандарт Союза СССР. 1980.
Основные термины (генерируются автоматически): растворе соляной кислоты, скорости коррозии, скорость коррозии, растворе hcl, индивидуальном растворе, индивидуальном растворе соляной, индивидуальном растворе hcl, раствор соляной кислоты, Зависимость скорости коррозии, коррозионных потерь, присутствии цистеина, фотометрическим методом, ионов железа, солянокислом растворе, глутатиона продукты коррозии, продуктах коррозии, хрома фотометрическим методом, присутствии ингибиторов, Функцию ингибиторов коррозии, коррозионному разрушению.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос