Modarbejde korrosion af olie-rørledning ved at identificere en nanoskala-skurk

Stålrør ruster og svigter til sidst. For at forhindre katastrofer, olieselskaber og andre har skabt computermodeller til at forudsige, hvornår udskiftning er nødvendig. Men hvis modellerne selv går galt, de kan kun ændres gennem erfaring, et dyrt problem, hvis opdagelsen kommer for sent.

Nu, forskere ved Sandia National Laboratories, Department of Energy's Center for Integrated Nanotechnologies og Aramco Research Center i Boston, har fundet ud af, at en bestemt form for nanoskala korrosion er ansvarlig for uforudsigeligt at reducere levetiden for stålrør, ifølge et papir, der for nylig blev offentliggjort i Natur 's Materialer Nedbrydning tidsskrift.

Ved hjælp af transmissionselektronmikroskoper, som skyder elektroner gennem mål for at tage billeder, forskerne var i stand til at fastgøre roden af ​​problemet på et tredobbelt kryds, der blev dannet af et granitkorn - en forbindelse af kulstof og jern - og to ferritkorn, en type jern. Dette kryds dannes ofte under de fleste metoder til fremstilling af stålrør.

Jernatomer glider væk

Forskerne fandt ud af, at grænsefladeforstyrrelser i atomstrukturen i disse triple junctions gjorde det lettere for den ætsende løsning at fjerne jernatomer langs denne grænseflade.

I forsøget, den ætsende proces stoppede, da det tredobbelte kryds var blevet forbrugt af korrosion, men den efterladte sprække tillod den ætsende løsning at angribe stålets indre.

"Vi tænkte på en mulig løsning til dannelse af nyt rør, baseret på ændring af mikrostruktur af ståloverfladen under smedning, men det skal stadig testes og få et patent indgivet, hvis det virker, "sagde Sandias principielle efterforsker Katherine Jungjohann, en papirforfatter og ledende mikroskop. "Men nu tror vi, at vi ved, hvor det største problem er."

Aramco seniorforsker Steven Hayden tilføjede, "Dette var verdens første realtidsobservation af korrosion i nanoskala i et virkeligt materiale-kulstofstål-som er den mest udbredte ståltype, der bruges i infrastruktur på verdensplan. Gennem det, vi identificerede de typer af grænseflader og mekanismer, der spiller en rolle ved initiering og progression af lokaliseret stålkorrosion. Arbejdet oversættes allerede til modeller, der bruges til at forhindre korrosionsrelaterede katastrofer som sammenbrud af infrastrukturen og brud på rørledninger. "

For at efterligne den kemiske eksponering af rør i marken, hvor den dyre, sarte mikroskoper kunne ikke flyttes, meget tynde rørprøver blev udsat for Sandia for en række kemikalier, der vides at passere gennem olierørledninger.

Sandia -forsker og papirforfatter Khalid Hattar satte en tør prøve i et vakuum og brugte et transmissionselektronmikroskop til at lave kort over stålkorntyperne og deres orientering, meget som en pilot i et fly kan bruge et kamera til at lave arealkort over landbrugsjord og veje, bortset fra at Hattars kort havde en opløsning på cirka 6 nanometer.

"Ved at sammenligne disse kort før og efter væskekorrosionsforsøgene, en direkte identifikation af den første fase, der faldt ud af prøverne, kunne identificeres hovedsageligt at identificere det svageste led i den interne mikrostruktur, "Sagde Hattar.

Sandia -forsker og papirforfatter Paul Kotula sagde, "Prøven, vi analyserede, blev betragtet som et kulstoffattigt stål, men den har relativt høje kulstofindeslutninger af cementit, som er lokaliteterne for lokale korrosionsangreb.

"Vores transmissionselektronmikroskoper var et centralt stykke i dette arbejde, giver os mulighed for at forestille os prøven, observere korrosionsprocessen, og foretag mikroanalyse før og efter korrosionen for at identificere den rolle, ferrit- og cementitkornene og korrosionsproduktet spiller. "

Da Hayden først begyndte at arbejde med korrosionsforskning, han sagde, "Jeg var forskrækket over, hvor kompleks og dårligt forstået korrosion er. Dette skyldes i høj grad, at realistiske eksperimenter ville indebære at observere komplekse materialer som stål i flydende miljøer og med nanoskalaopløsning, og teknologien til at opnå en sådan bedrift var først for nylig blevet udviklet og endnu ikke anvendt til korrosion. Nu er vi optimistiske over, at yderligere arbejde hos Sandia og Center for Integrerede Nanoteknologier vil give os mulighed for at gentænke fremstillingsprocesser for at minimere udtrykket af de modtagelige nanostrukturer, der gør stålet sårbart over for accelererede henfaldsmekanismer. "

Usynlig vej for lokal korrosion

Lokaliseret korrosion adskiller sig fra ensartet korrosion. Sidstnævnte forekommer i bulkform og er meget forudsigelig. Førstnævnte er usynlig, skabe en vej, der kun kan ses ved dens endepunkt og øge bulkkorrosionshastighederne ved at gøre det lettere for korrosion at sprede sig.

"En bedre forståelse af de mekanismer, hvormed korrosion starter og udvikler sig ved disse typer af grænseflader i stål, vil være nøglen til at afbøde korrosionsrelaterede tab, "ifølge avisen.