СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ СТОЙКОСТИ СТАЛЕЙ К МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ
PROCEDURE FOR COMPARATIVE EVALUATION OF STEEL RESISTANCE TO MICRO-BIOLOGICAL CORROSION

Изобретение относится к исследованию сопротивляемости материалов коррозии и может быть использовано для экспресс-оценки стойкости различных сталей и контроля качества изделий, например труб нефтяного сортамента, эксплуатирующихся в жидких биологически-активных средах и подверженных коррозии, индуцируемой микроорганизмами.
Известен способ оценки коррозионной стойкости сталей, согласно которому испытуемые образцы взвешивают, затем в течение определенного времени выдерживают в жидкой биологически-активной среде, удаляют с образцов продукты коррозии, вновь взвешивают и по изменению массы образцов судят об их коррозионной стойкости [1, 2]. Однако для обеспечения достоверности результатов длительность испытаний по этому способу должна быть достаточно большой - не менее 7 суток, иногда месяца [3, 4, 5].
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа достоверной экспрессной экспериментальной оценки стойкости различных сталей к микробиологической коррозии.
Поставленная задача решается путем того, что согласно предлагаемому способу сравнительной оценки стойкости сталей к микробиологической коррозии образцы испытуемых сталей выдерживают не менее 48 часов в бактериальной среде, затем образовавшуюся на их поверхности биопленку счищают, лизируют бактериальные клетки и в полученном гомогенате определяют массовую концентрацию белка, по которой судят о стойкости испытуемых сталей к микробиологической коррозии. Кроме того, способ характеризуется тем, что массовую концентрацию белка определяют колорометрическим методом.
Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в следующем. Как известно, биологическая коррозия металлов наносит заметный ущерб различным видам оборудования в нефтегазовой промышленности, подземным коммуникациям, системам водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий, морскому и речному флоту, гидросооружениям. Данные различных исследований подтверждают, что более 80% коррозионных повреждений вызвано деятельностью микроорганизмов. Ключевую роль в развитии коррозионных процессов играет биологическая коррозия, вызываемая микробными ассоциациями, состоящими из различных таксономических групп бактерий. Наиболее опасными микроорганизмами считаются сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ), выделяющие в процессе жизнедеятельности большое количество сероводорода, который является высоко коррозионным агентом. При этом коррозия металлов в присутствии СВБ определяется в первую очередь адгезированными на твердой поверхности клетками, формирующими биопленку с выделением большого количества клейкого вещества полисахаридной природы. Как показали наши экспериментальные исследования, интенсивность происходящих в это время коррозионных процессов характеризуется приростом биомассы (белка), что обуславливает возможность использовать для оценки стойкости сталей к микробиологической коррозии такой показатель, как массовая концентрация белка в бактериальной суспензии, полученной из адгезированных на поверхности металла бактериальных клеток. Данный способ позволяет дать количественную оценку роста бактериальных клеток, непосредственный подсчет которых может быть затруднен, и предоставляет возможность осуществлять в короткие сроки ранжирование широкой номенклатуры сталей по стойкости к микробиологической коррозии - чем меньше массовая концентрация белка в бактериальной суспензии, тем выше стойкость стали к исследуемому виду коррозии.
Заявителю не известны источники информации, в которых были бы описаны способы оценки стойкости сталей к микробиологической коррозии с использованием данного показателя, что указывает на возможность считать предлагаемое техническое решение соответствующим критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Сущность заявляемого изобретения поясняется конкретным примером сравнительной оценки стойкости сталей марок 15Х5М и 17Г1С к коррозии, вызываемой СВБ.
3
Образцы из сталей вышеуказанных марок, подготовленные в соответствии с ГОСТ 2789-73, выдерживали в бактериальной среде в течение 48 часов при температуре +30°С. В качестве бактериальной среды была использована жидкая питательная среда Постгейта «С», инокулированная музейными штаммами СВБ. Анаэробные условия для развития СВБ создавали путем пропускания через среду газообразного азота. После инкубации образцы помещали в стерильные флаконы, заполненные стерильными стеклянными бусами, добавляли фосфатный буферный раствор и счищали биопленку на встряхивателе Вортекс. Определение массовой концентрации белка в полученном гомогенате проводили колорометрическим методом, основанным на измерении интенсивности окраски раствора, в котором осуществляется цветная реакция на белок (реакция Фолина) с тирозиновым и цистеиновым радикалами белковой молекулы. Измерение оптической плотности растворов проводили на спектрофотометре СФ-46 при длине волны 750 нм. Массовая концентрация белка в испытуемой пробе устанавливается по градуировочной характеристике и выражается в мкг белка в 1 см бактериальной суспензии.
Результаты испытаний приведены в таблице:
№ п/п
Марка стали
Массовая концентрация белка, мкг/см<sup>3</sup>
1
15Х5М
23,8
2
17Г1С
62,3
Как видно из приведенных данных, бактериальная суспензия, полученная из биопленки с образца из стали 17Г1С, содержит в несколько раз больше белка, чем аналогичная суспензия для образца из стали 15Х5М, что говорит о более интенсивных коррозионных процессах на поверхности этого образца и меньшей стойкости стали 17Г1С к микробиологической коррозии. Эти результаты согласуются с данными других исследований [6], указывающих на влияние химического состава сталей на адгезию бактериальных клеток и, в частности, на то, что содержащийся в стали марганец способствует адгезии на ее поверхности бактериальных клеток. В то же время нержавеющие стали, в состав которых обычно входит хром, меньше подвержены микробиологической коррозии.
Таким образом, заявляемый способ позволяет быстро и достоверно получить сравнительную оценку стойкости различных сталей к микробиологической коррозии.
Источники информации
1. Фокин М.Н., Жигалова К.А. Методы коррозионных испытаний металлов. - М.: «Металлургия», 1986, с.11-17.
2. Корякова М.Д., Е.Г.Чеботкевич Е.Г., Каплин Ю.М. О влиянии биологического фактора на коррозию металлов в морской воде. - Защита металлов, № 4, Т.26, 1990, с.652-656.
3. Жиглецова С.К., Родин В.Б., Кобелев B.C. Александрова Н.В., Расулова Г.Е., Холоденко В.П. Исследование начальных этапов биокоррозии стали. - Прикладная биохимия и микробиология, 2000, Т.38, № 6. с.637-641.
4. Коровин Ю.М., Леденев А.В., Лукашев Ю.Ф., Чжу В.П. Коррозионная стойкость и микрообрастание металлов в Центральной Атлантике. - Защита металлов, № 1, Т.27, 1991, № 6, с.92-101.
5. Борщевский A.M., Великанов Т.Д., Повловец Н.М. Влияние железоокисляющих бактерий на коррозию углеродистой стали в водопроводной воде г.Санкт-Петербурга. - Защита металлов, №4, Т.30, 1994, с.364-368.
6. Лучина М.А., Новгородцева Г.А., Романова В.А. Микробиологическая коррозия стальных конструкций гидросооружений. - Л., ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1976, с.33.