AC corrosion of carbon steel in cathodic protection condition: effect on potential and confirmation of protection criteria

The external surface of carbon steel buried structure is protected from soil corrosiveness by a cathodic protection (CP) system in combination with coating. CP reduces or stops corrosion by means of an external DC current, which promotes the polarization of the structure below the protection potential (-0.85 V CSE in aerated condition), where corrosion rate is considered acceptable, i.e. lower that 10 μm/y. Nevertheless, in the presence of an interference source, AC induced corrosion can take place, even if the protection criterion is properly matched. Nowadays, AC induced corrosion still represents a controversial subject and several aspects should be clarified, in particular regarding the corrosion mechanism and the CP criterion to adopt in the presence of AC interference. This thesis work is part of a research dealing with the study of the effects of AC interference on carbon steel in free corrosion and CP condition. In this sense, some tailored tests, galvanostatic and long-term exposure tests, were performed on cathodically protected carbon steel specimens in soil-simulating solution in order to validate and confirm the preliminary results obtained in the past. In particular, two aspects were studied: 1) the effect of AC density on IR-free potential; 2) the CP criterion in the presence of AC interference. Results show that IR-free potential is strongly affected by the presence of AC density, and it increases as AC density increases. As regard the second aspect, a comparison between experimental results and international standard is proposed. The first part of this work (Chapter 1 and Chapter 2) summarizes and updates the information extracted from literatures regarding the influencing factors of AC induced corrosion, including the general aspects of the phenomenon and the corrosion mechanisms proposed by authors. Moreover, the proposed CP criteria are reported, among which the CP criteria present in the international standard in force (ISO 18086:2015). The purpose of the second part of this work (Chapter 3 and Chapter 4) is to confirm, through experimental tests, the validity of the CP criteria proposed on the ongoing research.

La superficie esterna di strutture interrate in acciaio al carbonio è protetta dalla corrosività del suolo da un sistema di protezione catodica (PC) e da rivestimenti. La protezione catodica riduce o arresta la corrosione grazie ad una corrente continua, che promuove la polarizzazione della struttura al di sotto del potenziale di protezione (-0.850 V CSE per l’acciaio in carbonio in ambiente aerato), dove la corrosione è considerata accettabile, ossia al di sotto di 10 µm/a. Tuttavia, la presenza di interferenza elettrica da corrente alternata (CA) non esclude la corrosione in corrispondenza dei difetti dei rivestimenti, anche se il criterio di protezione è correttamente rispettato. Nonostante sia un argomento discusso da decenni, il meccanismo di corrosione non è mai stato pienamente chiarito e, in secondo luogo, ci sono pareri discordanti sui criteri di protezione da adottare in presenza di interferenza. Questa lavoro di tesi è parte di una ricerca in corso: il suo scopo è quello di studiare gli effetti della interferenza da CA sull’acciaio al carbonio in libera corrosione e in protezione catodica. In questo senso, sono stati condotte prove galvanostatiche e di esposizione a lungo termine su provini di acciaio al carbonio in protezione catodica in soluzione simulante terreno, per verificare e confermare i risultati ottenuti in passato. In particolare, due aspetti sono stati studiati: 1) effetto della corrente alternata sul potenziale di protezione; 2) studio e proposta di un criterio di protezione catodica in presenza di interferenza da corrente alternata. I risultati hanno dimostrato che il potenziale del metallo è fortemente influenzato dalla presenza dell’interferenza da CA, e aumenta con il crescere della densità di CA. Per quanto riguarda il secondo aspetto, è stato proposto un confronto con i risultati sperimentali precedentemente ottenuti e con lo standard internazionale vigente La prima parte della tesi (Capitolo 1 e Capitolo 2) è incentrata sugli aspetti generali del fenomeno e sull'aggiornamento delle proposte riguardanti il meccanismo di corrosione presenti in letteratura. Inoltre, sono riportati i criteri di protezione catodica, tra i quali quelli presenti nello standard internazionale vigente (ISO 18086:201). Lo scopo della seconda parte di questa tesi (Capitolo 3 e Capitolo 4) è quello di confermare, attraverso le prove sperimentali, la validità dei criteri di protezione catodica proposti dalla ricerca in corso.