clorua
Dưới tác dụng của các yếu tố hư hại đối với lớp thép 08Х18Н10Т, một phương pháp tính toán bán thực nghiệm được đưa ra, nó xét đến sự ảnh hưởng của nguyên tử hydro trong thép crom-niken của lớp (loại) austenit.
Theo phương pháp này, thời gian làm việc (trước khi bị phá hủy) của thép không gỉ austenit, ký hiệu là 𝜏, trong dung dịch chứa oxy và clorua được tính toán theo công thức sau[13]:
𝑙𝑔𝜏 = 𝑙𝑔𝜏0− 0.5𝑙𝑔𝐶𝑂2 − 1.5𝑙𝑔𝐶𝐶𝑙− (3.10) Trong đó:
𝜏: là thời gian làm việc (trước khi bị phá hủy) của thép không gỉ (h) 𝑙𝑔𝜏0= 3.6 (theo lý thuyết ở nhiệt độ 300℃)
𝐶𝑂2: là nồng độ của oxy trong thép không gỉ (mg/kg) 𝐶𝐶𝑙−: là nồng độ của clorua (mg/kg)
25 Phương trình tính mật độ dòng catot: 𝑖к = 𝐾к∗ 10−𝑝𝐻 ∗ 𝑒𝑥𝑝 (−𝐸к 𝑅𝑇 ⁄ ) (3.11) 𝑖к− mật độ dòng catot
𝐾к− hằng số chuyển đổi trong một đơn vị dòng catot
𝐸к−năng lượng kích thích của quá trình phát ra hydro ở catot 𝑝𝐻: độ pH của môi trường
Ký hiệu “k” dùng để chỉ các đại lượng liên quan đến catot. Tương tự, mật độ dòng anot được tính theo:
𝑖а = 𝐾а∗ 𝑒𝑥𝑝 (−𝐸а
𝑅𝑇
⁄ ) (3.12)
𝑖а− mật độ dòng anot
𝐾а− hằng số chuyển đổi trong một đơn vị dòng anot
𝐸а− năng lượng kích thích của quá trình hòa tan kim loại xảy ra ở anot Ký hiệu “a” dùng để tham chiếu tất cả các tham số đến anot.
Nếu Sa và Sk tương ứng với tổng diện tích bề mặt kim loại ở phần anot và catot, thì tại nút của mạch điện nhánh kín, tuân theo định luật Kirchhoff – tổng các cường độ dòng điện bằng 0. Có nghĩa là, đối với bất kỳ kim loại bị ăn mòn, hàm lượng kim loại đó đi qua dung dịch trên phần anot tương ứng với hàm lượng phục hồi trên phần catot, tức là, đối với bất kì phần nào của bề mặt kim loại Ia=Ik
Với,
Ia: là cường độ dòng điện tại anot Ik: là cường độ dòng điện tại catot Ta có:
Ia=ia*Sa; Ik=ik*Sk.
Vì vậy, xác suất của quá trình trên catot cũng có thể biểu diển bằng xác suất của quá trình phân rã trên anot từ bề mặt kim loại như sau:
𝑒𝑥𝑝 (−𝐸к 𝑅𝑇 ⁄ ) = [𝐾а∗ 𝑆а 𝐾к∗ 𝑆к ∗ 𝐶𝐻+ ⁄ ] ∗ 𝑒𝑥𝑝 (−𝐸а 𝑅𝑇 ⁄ ) (3.13) 𝐶𝐻+ − nồng độ ion-hydro trong nước sôi của vòng thứ cấp.
26
Để tính toán xác suất của các quá trình trên catot và anot, cần có những giả thuyết sau. Đầu tiên, xét đến sự cân bằng của một nguyên tử tại bề mặt giới hạn giữa kim loại và môi trường.
Mật độ dòng điện trong quá trình trên catot có thể được tính theo công thức sau: 𝑖к = 𝐾а∗ 𝑆а 𝑆к ⁄ ∗ 𝑒𝑥𝑝 [(𝐸0 𝑅𝑇 ⁄ ) + (𝜎𝑁ф.ш.𝛾 𝑅𝑇√2 ⁄ ) + (𝑁ф.ш.𝛾𝛼𝐺𝑏̅√𝜌 𝑅𝑇 ⁄ ) + 0.5𝑙𝑛𝐶𝑂2 + 1.5𝑙𝑛𝐶𝐶𝑙−] (3.14)
Sự xuất hiện của nguyên tử hydro trong thép austenit diễn ra tương ứng với định luật Faraday khi cromclorit CrCl3 bị tách ra khỏi thép không gỉ như hình 3.8.
Hình 3.9. Mô hình tách CrCl3 ra khỏi thép không gỉ [12].
Vậy, nếu biết thời gian làm việc (trước khi bị phá hủy) (h) và độ lớn điện tích đi qua (C) và diện tích bề mặt kim loại ở phần catot (cm2), có thể tính 𝑖к (А см⁄ 2):
𝑖к = 𝐼 𝜏⁄ ∗ 𝑆к (3.15)
Sử dụng các hằng số chuyển đổi, nồng độ hydro có đơn vị ml.H2 ứng với 100 g kim loại được tính theo công thức sau:
𝐶𝐻 = 1 (𝐹𝑀𝑒)⁄ ∗ 22.4 ∗ 102∗ 𝐾а∗ (𝑆а
𝑆к
⁄ ) ∗ 𝑒𝑥𝑝 [−𝐸а
𝑅𝑇
⁄ ] (3.16) Thế công thức (3.14) vào công thức (3.16), ta nhận được công thức tính toán nồng độ hydro [12].
𝐶𝐻 = (𝐹𝑀1
27
Qua công thức trên, có thể nhận thấy mối liện hệ giữa nồng độ clorua đến nồng độ hydro có trong thép. Việc tính tán và kiểm soát nồng độ clorua sẽ giúp ta có thể điều chỉnh nồng độ hydro cho thép một cách hợp lí, giảm thiểu tình trạng ăn mòn vật liệu, giúp nâng cao tuổi thọ cho thép không gỉ.