MECHANIZM KOROZJI STALI KONSTRUKCYJNYCH W WODACH TERMALNYCH   CORROSION MECHANISM OF CONSTRUCTION STEELS IN THERMAL WATER Alicja Łukaszczyk, Jacek Banaś Zakład Chemii Ogólnej i Analitycznej, Akademia Górniczo – Hutnicza II Krakowska Konferencja Młodych Uczonych II Krakowska Konferencja Młodych Uczonych Kraków 2007

Rys.1. Schemat obiegu wody geotermalnej wewnątrz ziemi na obszarze Schemat obiegu wody geotermalnej wewnątrz ziemi na obszarze niecki podhalańskiej. Rys.1. Schemat obiegu wody geotermalnej wewnątrz ziemi na obszarze niecki podhalańskiej.

Rys.2. DIAGRAM POTENCJAŁ – pH dla układu Fe–system wód geotermalnych przy temperaturze 80oC (0,013M/dm3 Cl-, 0,007M/dm3 HCO3-, 0,0002M/dm3 HS-).

Rys.3. Mechanizm korozji żelaza w układzie H2O – CO2 CO2 + H2O  H2CO3 H2CO3  {H2CO3}ad {H2CO3}ad + e  HCO3− + Had HCO3− + H3O+  H2CO3 + H2O Had + Had  H2 Rys.3. Mechanizm korozji żelaza w układzie H2O – CO2

SEM EDX Rys.4. Powierzchnia stali węglowej po eksploatacji w stacji zatłaczania wody termalnej (GEOTERMIA PODHALAŃSKA S.A.).

Rys.5. Wpływ zawartości chromu na korozję stali w wodzie termalnej GEOTERMII PODHALAŃSKIEJ.

Własności korozyjne nisko- i średnio– OMAWIANE ZAGADNIENIA Własności korozyjne nisko- i średnio– chromowego staliwa w roztworze modelowym Na2SO4 oraz w wodach termalnych, Wpływ obróbki cieplnej na strukturę materiału oraz odporność korozyjną staliwa.

MATERIAŁY I METODYKA BADAŃ Staliwa nisko- i średnio-chromowe o zawartości chromu odpowiednio: 2,81%, 4,88%, 8,62%. Środowisko korozyjne: 1. Woda geotermalna (Geotermia Podhalańska S.A.). 2. 0.1M Na2SO4 - Ar lub CO2,T = 80oC. Metody badawcze: Woltamperometria cykliczna (LSV ) Elektronowa mikroskopia skaningowa (SEM) Mikroanaliza rentgenowska (EDX) Pomiary szybkości korozji w instalacji przemysłowej ( metoda grawimetryczna)

Tabela 1. Skład chemiczny badanych gatunków staliwa. Symbol wg normy ASTM A335 Skład chemiczny % wag.   C Si Mn S P Cr Mo Ni Cu P21 0,08 0,41 0,34 0,02 2,81 1,03 0,05 0,54 P5 0,12 0,42 0,24 0,01 4,88 0,45 0,11 0,16 P9 0,13 0,95 0,38 8,62 0,58 0,09 Tabela 1. Skład chemiczny badanych gatunków staliwa. Table 1. The chemical composition of steels species.

H – hartowanie, O – odpuszczanie, N - normalizacja Symbol wg normy ASTM A335 Obróbka cieplna   P21 A) H 1050 / 2h / pow. + O 950 / 0,5h / pow. B) N 950 / 0,5h / pow. C) H 1050 / 2h / pow.+O 720 / 0,5h / pow. D) N 720 / 0,5h / pow. P5 P9 H – hartowanie, O – odpuszczanie, N - normalizacja Tabela 2. Obróbka cieplna badanych gatunków staliwa. Table 2. The thermal treatment of steels species.

Rys.6. Krzywe polaryzacji dla staliwa P21, P5 i P9 w 0.1M Na2SO4 nasyconym argonem przy temperaturze 800C dla różnych obróbek cieplnych a). H 1050/2h/pow. + O950/0.5h/pow., b). N 950/0.5h/pow.

Rys.7. Krzywe polaryzacji dla różnej obróbki cieplnej a). staliwo P5 oraz b).staliwo P9 w 0.1M Na2SO4 nasyconym argonem przy temperaturze 800C.

Rys.8. Wpływ Ar i CO2 na krzywe polaryzacji staliwa a). P21 (obróbka cieplna – H 1050 / 2h / pow. + O 950 / 0,5h / pow.) oraz b). P5 (obróbka cieplna – N 950 / 0,5h / pow.) w 0.1M Na2SO4 przy temperaturze 800C. Rys.7. Wpływ Ar i CO2 na krzywe polaryzacyjne staliwa a). P2 (obróbka cieplna – H 1050 / 2h / pow. + O 950 / 0,5h / pow.) oraz b). P5 ( obróbka cieplna – B) N 950 / 0,5h / pow.) w 0.1M Na2SO4 nasyconym argonem przy temperaturze 800C.

SEM EDX Rys.9. Powierzchnia staliwa P5 po eksploatacji w wodzie termalnej Geotermii Podhalańskiej S.A.

Rys.10. Powierzchnia staliwa P9 po eksploatacji w wodzie termalnej B SEM B EDX EDX Rys.10. Powierzchnia staliwa P9 po eksploatacji w wodzie termalnej Geotermii Podhalańskiej S.A.

Rys.11. Przemysłowe pomiary szybkości korozji staliwa P21 w wodzie geotermalnej ( T = 55 – 60oC, t = 100 dni, v = 2 – 5 m/s) A, B, C, D – warianty obróbki cieplnej.

WNIOSKI Staliwo o zawartości ok. 3% Cr nie jest odporne na korozję w wodach termalnych. Staliwo o zawartości 5% Cr wykazuje dobrą odporność w tych ośrodkach. Niniejsze badania wykazały, że staliwo P5 jest odporne na korozję pomimo braku pasywacji tlenkowej w systemie H2O–CO2-Cl– – H2S. Stop ten tworzy stabilną, dobrze przylegającą warstewkę siarczków. Występuje wzbogacenie powierzchni staliwa w chrom i obecność tlenku chromu nie prowadzi do wytworzenia ciągłej warstwy pasywnej. Staliwo P9 pasywuje się w wodzie termalnej. Warstewka jest jednak silnie zdefektowana poprzez inkorporację anionów siarczkowych. Stop ten wykazuje bardzo dobrą odporność w warunkach Geotermii Podhalańskiej S.A. Mikrostruktura staliwa chromowego posiada duży wpływ na odporność korozyjną tych tworzyw. Obecność odpuszczonego martenzytu pogarsza własności korozyjne stopów. Stopy o strukturze bainitycznej posiadają największą odporność. WNIOSKI

Praca finansowana z projektu badawczego rozwojowego Nr R15 050 02. LITERATURA W. Górecki, et. al.. C.P.B.R. 5.2. Ciepłownictwo i systemy ciepłownicze. Wykorzystanie ciepła wód geotermalnych. Atlas Wód Geotermalnych Niżu Polskiego, Instytut Surowców Energetycznych Akademii Górniczo-Hutniczej Kraków 1990. 2. J. Banaś, W. Górecki, K. Kurzydłowski, B. Mazurkiewicz, M. Pawlikowski, K. Rożniatowski, W. Solarski, Corrosion and passivity of iron alloys in geothermal water, in Research in Polish Metallurgy at the Beginning of XXI Century/ed. K. Świątkowski; Committee of Metallurgy of the Polish Academy of Sciences. Kraków: Publishing House "Akapit'', 2006, S. 181–198. A. Więckowski, E. Ghali, Electrochimica Acta 28, 11, 1619 (1983). A. Łukaszczyk, B. Mazurkiewicz, W. Solarski, J. Banaś, Odporność korozyjna staliwa nisko- i średnio-chromowego w wodach geotermalnych, Ochrona przed Korozją 49 (2006) nr 11s/A p. 203. LITERATURA Praca finansowana z projektu badawczego rozwojowego Nr R15 050 02.

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ