超临界CO2环境13Cr材质腐蚀行为研究

目的：我国南海西部东方气田高温高压,气层温度高达141℃,CO2体积分数高达50%,CO2分压值高达27.9 MPa,井下CO2处于超临界状态,通过模拟井下环境腐蚀实验为该气田选择合适的井下防腐材质。方法室内模拟地层水离子组成与含量,利用高温高压 FCZ 磁力驱动反应釜,选取中国产和日本原产的13Cr钢在东方气田超临界CO2环境进行防腐实验研究,腐蚀前对两种不同产地的金属材料进行化学成分与金相组织对比,腐蚀后对实验样品进行微观观察。结果模拟实际气田井下超临界CO2条件实验结果表明,无论是液相还是气相状态,13Cr马氏体不锈钢均未发生点蚀现象,且均匀腐蚀速率低于0.0013 mm/a,腐蚀产物晶粒均匀,结构致密。结论证实了两种不同产地的13Cr钢在东方气田井下超临界状态下的耐蚀性能相当。考虑高压气井气体流速及地层出砂的影响,探讨了13Cr马氏体不锈钢在超临界 CO2气井中的使用条件,为减少流速与出砂对腐蚀产物膜的破坏,应在实际生产中合理限制产能以降低流速,采取必要的防砂措施减小对油管壁冲刷。     

1Cr18Mn14N双相不锈钢在腐蚀介质中的抗空蚀性能

利用磁致伸缩空蚀实验机研究了1Cr18Mn14N双相不锈钢在3%NaCl和05 mol/L HCl溶液中的空蚀行为.结果表明：在3%NaCl溶液中，低硬度的Cr18Mn14N双相不锈钢的抗空蚀性能优于高硬度的水轮机常规用材0Cr13Ni5Mo.1Cr18Mn14N双相不锈钢的空蚀破坏首先在铁素体相发生，铁素体相的失效方式为脆性失效，而奥氏体相是延性失效.奥氏体相区由滑移和孪生引起的塑性变形耗散了空泡溃灭产生的冲击能量，从而提高1Cr18Mn14N双相不锈钢的抗空蚀性能.在05 mol/L HCl溶液中，1Cr18Mn14N的抗空蚀性能不如0Cr13Ni5Mo，结果与3%NaCl溶液中的正好相反，这是由于阳极溶解和氢共同作用的结果.     

超级13Cr钢在高温高压下的抗CO2腐蚀性能

在模拟某油田腐蚀环境中,通过高温高压CO2腐蚀试验,采用SEM、EDS和XPS测试手段分析,研究温度变化对超级13Cr马氏体不锈钢的腐蚀行为的影响。研究结果表明,随着温度的升高：超级13Cr马氏体不锈钢的均匀腐蚀速率呈微上升的趋势,气相环境中试样的均匀腐蚀速率大于液相,但均远小于0．1mm／a,局部腐蚀严重。在温度为150℃的气相环境中,超级13Cr钢最大局部腐蚀速率可达2．1379mm／a,其7天实验的最大局部腐蚀坑深度可达41μm。XPS检测结果显示,超级13Cr钢表面钝化膜主要成分是非晶态的Cr2O3。     

超级13Cr钢在不同温度NaCl溶液中的膜层电特性与腐蚀行为*

采用全浸泡腐蚀实验方法和扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、失重法、极化曲线、交流阻抗等分析手段,对超级13Cr油管钢在不同温度NaCl溶液中的腐蚀速率、腐蚀形貌、腐蚀产物及其膜层的电性能进行了分析,研究了溶液温度对其膜层电性能和腐蚀行为的影响。结果显示:超级13Cr油管钢在温度低于80℃的NaCl溶液中具有较好的耐腐蚀性,其表面膜层具有钝化特性,温度对其腐蚀有一定程度的影响,随溶液温度的升高,钝化膜层对基体的保护作用降低,其抗腐蚀性能降低,发生腐蚀的倾向性增大,当溶液温度高于60℃时尤为显著。超级13Cr在不同温度NaCl溶液中由点蚀引发了局部腐蚀,进而导致了全面腐蚀的发生,其腐蚀产物均由Fe和Cr的氧化物组成,且表面的腐蚀产物疏松不致密。     

Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2块体非晶合金在HCl溶液中的腐蚀行为

采用电化学极化曲线和电化学阻抗(EIS)测试方法研究Fe_(41)Co_7Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2块体非晶合金在0.5,1,2以及4 mol/L HCl溶液中的腐蚀行为,并比较了1 mol/L HCl溶液中非晶合金和不锈钢的腐蚀行为.极化曲线测试结果表明,Fe_(41)Co_7Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2块体非晶合金在各种浓度的HCl溶液中都具有很好的耐蚀性,阳极极化曲线表现出明显的钝化特征.随着HCl溶液浓度的增大,其耐蚀性能逐渐下降.在1 mol/L HCl溶液中,非晶合金的自腐蚀电位高于不锈钢,自腐蚀电流密度比不锈钢小1个数量级.EIS结果显示,在开路电位下,Fe_(41)Co_7Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2非晶合金和不锈钢的Nyquist图均由单一的容抗弧构成,但非晶合金的电化学转移电阻Rt比不锈钢的大2个数量级,这一结果与极化曲线结果一致,说明非晶合金在HCl溶液中的耐蚀性能优于不锈钢.     

1Cr18Mn14N不锈钢在HCl溶液中的空蚀行为

利用磁致伸缩空蚀实验机研究了1Cr18Mn14N不锈钢在HCl溶液中的空蚀行为，利用扫描电镜(SEM)跟踪观察了试样表面的空蚀形貌，测量了静态和空蚀条件下的极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)，分析了腐蚀和氢对空蚀损伤的影响,结果表明：在0．1mol／LHCl溶液中，加工硬化能力高的1Cr18Mn14N不锈钢的抗空蚀性能优于水轮机常规用材0Cr13Ni5Mo；当盐酸浓度增大为0．5mol／L时，阳极溶解和氢的共同作用促进1Cr18Mn14N不锈钢表面裂纹的形核和失稳扩展，裂纹扩展、连接引起材料大量脱落，使1Cr18Mn14N不锈钢的抗空蚀性能大大劣化，反而不如0Cr13Ni5Mo不锈钢．     

FeCoCrMoCBY块体非晶合金在强酸介质中的耐蚀性能

采用静态浸泡法研究了Fe43.7Co7.3Cr14.7Mo12.6C15.5B4.3Y1.9块体非晶合金(BMG)在浓HCl、浓H2SO4、浓HNO3以及王水中的腐蚀行为。研究表明该合金在强酸介质中具有优异的耐蚀性,在王水中浸泡236h的平均腐蚀速率仅为不锈钢的1/130。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分别对非晶合金在王水中腐蚀后的形貌和表面钝化膜的成分进行了分析。结果表明,合金的非晶态结构促使腐蚀过程中发生均匀腐蚀以及Cr元素在钝化膜中的富集是其具有强耐蚀能力的主要原因。     

316NG不锈钢在高纯水环境中的腐蚀行为

通过腐蚀失重试验,获得了316NG不锈钢在高纯水环境中的腐蚀失重曲线及均匀腐蚀速率;采用XPS、XRD、SEM等手段对腐蚀产物的组成元素、物相、形貌进行了分析。结果表明:316NG不锈钢在高纯水环境中的平均腐蚀速率为0.05mm/a,远小于304NG不锈钢和321不锈钢的;腐蚀产物膜主要以耐蚀性强的磁铁矿Fe_3O_4、尖晶石类氧化物FeCr_2O_4和NiFe_2O_4、镍和铬氧化物及氢氧化物等形式存在,且(铬+镍)与铁的原子比高于基体的,说明316NG不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。     

Influence of heat treatments on microstructure and pitting corrosion resistance of 15%Cr supermartensitic stainless steel

Supermartensitic is a new class of stainless steels in development and consolidation as commercial products. Significant changes on chemical composition of conventional martensitic stainless steels, such as the reduction of the carbon content to <0·03 wt-%, and the addition of Ni and Mo, marked the development of this new group of alloys. New grades containing higher amounts of Cr and small additions of Ti and/or Nb were developed recently. As a result, supermartensitic steels offer an interesting combination of high strength, toughness, weldability and corrosion resistance. In this work, the pitting corrosion resistance of a 15Cr supermartensitic steel with Ni, Mo and Cu additions was studied. It is well known that the mechanical properties and corrosion resistance of martensitic steels are adjusted by the final tempering treatment. Several single tempering treatments in the 300–650°C range and double tempering treatments were performed in order to obtain different microstructures. The pitting corrosion resistance was investigated by electrochemical test in 3·5%NaCl solution. It was found that the pitting potential slightly decreased with the increase in temperature and time of tempering. The analysis of pits formed during the corrosion tests showed that ferrite islands are more corrosion resistant than the martensitic matrix due to the higher Cr and Mo contents.     

深冷处理后回火温度对15Cr超级马氏体不锈钢组织及耐点蚀性能的影响

利用场发射扫描电镜、透射电镜以及电化学综合测试系统对15Cr超级马氏体不锈钢(SMSS)经不同热处理工艺处理后的显微组织变化和第二相碳化物及其对该钢腐蚀行为的影响进行了研究。结果表明,试验钢经不同热处理工艺处理后组织均由板条马氏体、奥氏体以及M₂₃C₆型碳化物颗粒组成,随着回火温度的增加,试验钢中逆变奥氏体含量增加,且在650 ℃回火时达到体积分数最大值41.41%。当回火温度高于600 ℃时第二相碳化物开始析出,且650 ℃回火后碳化物数量及尺寸较600 ℃增多。点蚀电位随着回火温度的增加而降低,第二相碳化物的析出降低了试验钢的点蚀电位,促进了亚稳点蚀位置的形成,从而降低了试验钢的耐腐蚀性能。     

不同含硅量30Cr13系列不锈钢的腐蚀行为

以30Cr13马氏体不锈钢化学成分为基础,使用真空电弧熔炼炉调制出不同硅含量的30Cr13系列不锈钢试样,采用浸泡试验和电化学方法研究了合金元素Si及淬火温度对其组织及耐蚀性的影响。采用扫描电子显微镜分析试样腐蚀后的形貌。结果表明:Si含量的升高促进了铁素体形成,从而增大了碳化物析出活性,碳化物含量增多,材料腐蚀质量损失增加,抗点蚀性能下降,同时淬火温度的提高可以使更多的碳固溶进基体当中,减少碳化物析出,提高抗点蚀性能。     

温度对Cr13不锈钢CO2腐蚀行为的影响

模拟高温高压腐蚀环境,通过扫描电镜和能谱分析,研究不同温度下的Cr13不锈钢的耐CO2腐蚀性能。结果表明,随着温度升高,Cr13不锈钢CO2腐蚀速率在150℃达到最大以后下降;温度的变化也导致表面腐蚀产物成分和结构的变化,影响腐蚀产物对金属基体的保护效果。     

油井管用15％Cr马氏体不锈钢的开发

研究13％Cr马氏体不锈钢在含CO_2油井环境下的耐腐蚀性能的同时,开发了15％Cr马氏体不锈钢,并用该钢制造出L-80级无缝钢管。经试验,15％Cr钢具有良好的韧性,可在200℃以下含微量H_2S的CO_2环境中使用,其耐硫化氢应力腐蚀(SSC)性能与13％Cr钢相同,并比22％Cr双相不锈钢更为经济。     

1Cr13型马氏体不锈钢化学成分与淬火温度区间关系的研究

基于Jmat-Pro软件对合金元素含量不同的1Cr13马氏体不锈钢进行了组织模拟,得到了5种不同合金元素对铁素体转变温度的影响规律。同时,综合5种不同合金元素的作用,利用MATLAB多元线性回归拟合建立了1Cr13马氏体不锈钢合金含量与淬火温度的关系模型。     

De-alloying of 316 stainless steel in the presence of a mixture of metal-oxidizing bacteria

The corrosion behavior of 316 stainless steel was investigated in the presence of a mixture of metal-oxidizing bacteria isolated from marine environments. Ennoblement of stainless steel in the presence of these bacteria can lead to localized corrosion that confirmed by ESEM images. The corrosion rate of the metals also increased. EDS results showed that these bacteria caused the segregation of Si elements in the metal structure and promoted the depletion of Cr and Fe contents in the corrosion products. Thus, the de-alloying of stainless steel can occur in the presence of metal-oxidizing bacteria.     

湿气输送管线热电偶套管失效分析

长庆气田某段天然气输送管线在役热电偶运行仅10个月就发生突然失效，无法进行温度测量，停输后卸下，可见热电偶套管外壁出现了严重的点蚀现象。采用宏观分析和剖管检测观察套管内外壁腐蚀情况，采用扫描电镜 (SEM) 分析微观形貌，采用直读火花光谱仪分析套管材质，采用能谱分析 (EDS) 和X射线衍射仪 (XRD) 对腐蚀产物进行成分分析。结果表明：热电偶套管未按设计要求使用304奥氏体不锈钢，而使用了2Cr13马氏体不锈钢，且材质存在设计要求较低的问题。另外，湿气输送时，天然气中含有一定饱和度的水分，在CO₂、H₂S、Cl^-等多种腐蚀因素的协同作用下，2Cr13热电偶套管很快出现点蚀穿孔，进而导致热电偶腐蚀失效。最后，针对湿气输送工况下热电偶套管的腐蚀机理，提出了相应的改进措施。     

Performance of Corrosion-Resistant Alloys in Concentrated Acids

Nickel alloys containing optimum amounts of chromium(Cr),molybdenum(Mo) and tungsten(W) are widely used in the chemical processing industries due to their tolerance to both oxidizing and reducing conditions.Unlike stainless steel(SS),Ni-Cr-Mo(W) alloys exhibit remarkably high uniform corrosion resistance in major concentrated acids,like hydrochloric acid(HCl) and sulfuric acid(H_2SO_4).A higher uniform corrosion resistance of Ni-Cr-Mo(W) alloys,compared to other alloys,in concentrated acids can be attributed to the formation of protective oxide film of Mo and W in reducing acids,and Cr oxide film in oxidizing solutions.The localized corrosion resistance of Ni-Cr-Mo(W) alloys,containing high amount Cr as well as Mo(or Mo + W),is also significantly higher than that of other commercially available alloys.The present study investigates the role of alloying elements,in nickel alloys,to uniform corrosion resistance in concentrated acids(HCl,HCl + oxidizing impurities and H2SO4) and localized corrosion performance in chloride-rich environments using ASTM G-48 test methodology.The corrosion tests were conducted on various alloys,and the results were analyzed using weight loss technique and electrochemical techniques,in conjunction with surface characterization tools.     

不同δ铁素体含量的1Cr17Ni2钢耐腐蚀性能研究

研究1Cr17Ni2不锈钢中不同δ铁素体相含量变化分别在FeCl₃溶液和HNO₃+HF溶液中的耐腐蚀行为。通过腐蚀失重率计算及光学金相显微镜、扫描电子显微镜的观察发现:在FeCl₃溶液中,δ铁素体的存在减弱了1Cr17Ni2不锈钢的耐腐蚀性能,δ铁素体是优选腐蚀相;而在HNO₃+HF溶液中,δ铁素体的存在增强1Cr17Ni2不锈钢的耐腐蚀性能,优选腐蚀相则变成了回火索氏体。通过表面腐蚀形貌表征可以实现反推其受到腐蚀介质环境的性质,为1Cr17Ni2不锈钢腐蚀失效与预防提供可行的方法和依据。     

氮对马氏体不锈钢00Cr13Ni4Mo组织和性能的影响

采用热膨胀仪、光学显微镜以及CM12型透射电子显微镜研究了添加0.04%N(质量分数)对00Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢相变以及正火和回火后不锈钢组织变化的影响;通过拉伸、冲击实验和阳极极化曲线测定研究了N对正火和回火后马氏体不锈钢力学性能以及点蚀点位的影响。结果表明:1050℃正火后,N全部固溶于马氏体基体中,有效提高了实验钢的强度,同时降低了韧性;550℃以上回火后,在马氏体板条内部以及板条之间形成逆变奥氏体,有效提高了马氏体不锈钢的塑性和韧性;N抑制逆变奥氏体的形成,从而抑制了不锈钢在回火过程中的软化;同时,回火过程中,Cr2N在马氏体板条界面及内部大量析出,造成不锈钢韧性和点蚀点位下降。采用传统的正火+Ac1温度以上回火热处理工艺不利于含N马氏体不锈钢获得良好综合性能。     

热处理对含钼2Cr13马氏体不锈钢组织与性能的影响

对在2Cr13马氏体不锈钢中添加Mo的钢进行不同温度热处理工艺试验,研究了热处理温度对含钼2Cr13不锈钢组织、硬度与耐蚀性能的影响。结果表明,含钼2Cr13马氏体不锈钢在1080℃淬火后的硬度最高,当在400~550℃回火时,硬度值存在一个明显的上升区域,这是由于析出的合金碳化物弥散强化作用,使合金出现二次硬化现象。回火后含钼2Cr13不锈钢的耐蚀性能比2Cr13不锈钢明显提高,主要是由于含钼2Cr13不锈钢淬、回火后析出相M2X抑制了M23C6相的产生。