7%Cr管线钢在含有CO2盐溶液中的腐蚀行为研究

摘要：利用失重法,结合显微形貌、能谱分析、X射线衍射、电化学测试等手段,分析了中铬钢在高温高压含有CO2的盐溶液环境中腐蚀的萌生与发展,以及热处理工艺对中Cr钢的耐蚀性能影响规律。结果显示：7%Cr（质量分数）钢在有CO2的盐溶液中的腐蚀以点蚀为开端,随后形成由Cr(OH)3和FeCO3组成的非晶态产物膜,产物膜外层有颗粒状FeCO3附着,随着Cr(OH)3的大量产生产物膜中部分FeCO3溶解,随后CaCO3沉淀填补了颗粒状FeCO3溶解后留下的空隙。热处理后淬火试样耐蚀性最好,正火次之,轧制试样最差。     

低碳中铬钢在模拟CO2-EOR环境下的腐蚀行为

 为了研究Cr5和Cr7(质量分数/%)钢在CO₂-EOR高温高压服役条件下的腐蚀机理,利用高温高压反应釜模拟其腐蚀行为,使用失重法测定了腐蚀速率,采用SEM、EDS、XRD和XPS等手段对腐蚀产物进行了观察与分析,探讨了试验钢在CO₂条件下的腐蚀机理,并提出了腐蚀模型。研究结果表明,Cr5钢的腐蚀速率为0.734 75 mm/a,Cr7钢的腐蚀速度为0.217 32 mm/a;腐蚀产物均由外层的FeCO₃晶体以及内层的非晶态FeCO₃和Cr(OH)₃组成;腐蚀初期,产物膜以原位形成和阳极溶解后逐渐沉积两种途径生成;产物完全覆盖基体后,离子在界面处的扩散后沉积成为产物膜生长的主要途径。     

Corrosion Behavior of 110S Tube Steel in Environments of High H2S and CO2 Content

 The corrosion behavior of the 110S tube steel in the environments of high H2S and CO2 content was investigated by using a high-temperature and high-pressure autoclave, and the corrosion products were characterized by scanning electron microscopy and X-ray diffraction technique. The results showed that all of the corrosion products under the test conditions mainly consisted of different types of iron sulfides such as pyrrhotite of Fe0. 95S, mackinawite of FeS0. 9, Fe0. 985S and FeS, and the absence of iron carbonate in the corrosion scales indicated that the corrosion process was controlled by H2S corrosion. The corrosion rate of the 110S steel decreased firstly and then increased with the rising of temperature. The minimum corrosion rate occurred at 110 ℃. When the H2S partial pressure PH2S below 9 MPa, the corrosion rate declined with the increase of PH2S. While over 9 MPa, a higher PH2S resulted in a faster corrosion process. With the increasing of the CO2 partial pressure, the corrosion rate had an increasing trend. The morphologies of the corrosion scales had a good accordance with the corrosion rates.     

高含H2S和CO2环境中L80钢的腐蚀规律

 采用失重腐蚀方法研究了在模拟气田井下腐蚀环境中腐蚀影响因素(总压力、温度、腐蚀时间、H2S、Cl-、溶液流速),对套管钢(L80)腐蚀的影响规律,并用扫描电镜分析了腐蚀产物膜形貌。结果表明：60 ℃为L80钢在H2S+CO2腐蚀环境中的腐蚀临界温度,此时,L80钢的腐蚀速率最小;当总压力大于等于9 MPa,温度为120 ℃,H2S、CO2达到各自的超临界点,L80钢的腐蚀速率比温度为90 ℃时小;随腐蚀时间延长,腐蚀速率明显下降;相对在单一的CO2环境下,引入H2S可降低腐蚀速率;Cl-可促进L80钢的腐蚀;溶液流速加快,腐蚀速率提高。     

低铬抗硫套管的H_2S/CO_2腐蚀行为研究

通过高温高压及H2S应力腐蚀开裂(SSC)实验,采用SEM、EDS、XRD和TEM技术,研究3Cr110S在模拟环境中的H2S/CO2腐蚀行为。结果表明:在模拟H2S/CO2高温高压腐蚀环境中,H2S腐蚀占主导作用,3Cr110S的均匀腐蚀速率为0.1272 mm/a,局部腐蚀轻微,试样表面腐蚀产物为FeS;在施加应力为72%、80%的最低屈服强度时,3Cr110S试样均未发生应力腐蚀开裂,具有良好的抗SSC性能;3Cr110S回火索氏体组织的条束之间位相差大,铬元素在晶界及晶内以粒状碳化物析出、位错纠结、弥散分布碳化物的位错定扎对SSC裂纹扩展起着良好的阻碍作用。     

Influence of Chromium on Mechanical Properties and CO2/H2S Corrosion Behavior of P110 Grade Tube Steel

Four kinds of P110 grade tube steels containing different chromium contents were designed to probe the in- fluence of Cr on the properties of tube steel. The microstrueture, mechanical properties and corrosion behavior of the four kinds of P110 grade tube steels were studied deeply and thoroughly. The analysis of the mechanical properties indicated that tensile strength and yield strength of the steel plates were improved, while transverse and longitudinal impact energy and elongation first increased and then decreased when Cr content rose. The impact energy and elonga tion reached the peak when Cr content was 1 ~. Cr precipitates were found only in 3 ~ Cr steel, with （Nb, Ti）（C, N） or Nb（C,N） as the core of precipitation and then grew up. The corrosion experiments demonstrated that the scales on the four steels had a two layer structure under the corrosion of CO2 and H2 S. The outer layer was mainly com- posed of FeS or FeS1 x and the inner layer consisted of FeCOa and Cr compounds. Cr was rich in the inner layer and the Cr content of the inner layer increased with the Cr content in matrix. The enriched Cr enhanced the compactness of the scales, further hindering the diffusion of ions from liquid to the surface of steel, thus reducing corrosion rate.     

油管钢高温高压CO2腐蚀行为研究

在高温高压条件下，对P110，N80，J55三种油管钢在模拟油田CO2环境下的腐蚀性能进行了研究评价，结果表明：在静态条件下，三种钢对温度和压力的依赖关系均为类似抛物线规律，P110最不耐蚀，动态条件下对P110钢的进一步研究显示，由于流速的存在，与静态下相比，最高均匀腐蚀速率点向温度和CO2分压升高的方向移动。     

Corrosion Performance of High Strength 15Cr Martensitic Stainless Steel in Severe Environments

High pressure and high temperature corrosion performance of high strength 15 Cr martensitic stainless steel was studied in different severe environments—live acid(10%HCl+1.5%HF+3%HAc+5.1% corrosion inhibitor),spent acid and formation water containing CO2.The results show that the corrosion of high strength 15 Cr martensitic stainless steel in live acid is most serious,and the uniform corrosion rate is far greater than those in spent acid and formation water containing CO2 corrosion environments,but all of them can be acceptable for oilfield.Acidizing corrosion inhibitor displays a good matching ability with the high strength 15 Cr martensitic stainless steel in terms of decreasing the uniform corrosion rate,which changes mainly the anodic process of high strength 15 Cr martensitic stainless steel.The corrosion potential moves to the positive direction,thus the corrosion current density decreases significantly.There are some different degrees of pitting of high strength 15 Cr martensitic stainless steel after corrosion tests in live acid,spent acid and formation water containing CO2,and the pitting density aggravates significantly and the maximum pit depth decreases in the corrosion sequence.     

Investigation of Mechanical Property of Oil Tube Steel P110S in High Temperature and High Pressure Environment Containing H2S/CO2

With the exploitation of high sour and deep oil well in china,the corrosion medium containing CO 2,H 2 S,Cl-and organic acid threaten the safety of oil equipment and tube steel severely.In this article,many experiments,including corrosion tests,tensile tests,hydrogen concentration measurement tests and SEM examinations,were performed to investigate the effect of H 2 S partial pressure and loading stress on the mechanical property of oil tube steel P110S in high temperature and high pressure environment containing H 2 S/CO 2.The tensile strength and yield strength during fracture process of P110S steel were obtained experimentally and the fracture morphology was analyzed by SEM.The results indicate that both tensile strength and yield strength decreased after corrosion.The damage of tensile strength and yield strength became serious with an increase in H 2 S partial pressure and loading stress.According to the fracture analysis,the fracture mode exhibited quasi-cleavage and dimple mixed fracture,and the area of quasi-cleavage pattern increased with H 2 S partial pressure and loading stress increasing.According to the results of tensile test and hydrogen concentration measurement test,the tensile property degradation is closely associated with diffusible hydrogen concentration of P110S steel in the H 2 S/CO 2 environment.     

核能用2.25Cr-1Mo钢水蒸气氧化行为

 为了研究核电用2.25Cr-1Mo钢的抗蒸汽氧化性能,在500 ℃、0.1 MPa水蒸气条件下,对2.25Cr-1Mo耐热钢进行了600 h的氧化试验,利用分析天平测定样品氧化增重,获得氧化动力学曲线,通过扫描电镜观察分析了氧化膜的形貌和结构,结合X射线衍射和能谱分析对氧化产物进行物相分析。试验结果表明,2.25Cr-1Mo耐热钢的氧化增重曲线符合立方规律;氧化膜为双层结构,氧化膜内层较为致密的主要物相为(Fe,Cr)₃O₄尖晶石,氧化膜外层疏松多孔主要物相为Fe₃O₄和少量Fe₂O₃;腐蚀速率测定结果表明,该材料具有较好的抗蒸汽氧化性能。     

火驱采油套管的试制开发

根据火驱采油工作条件的特点,试制了复合添加Mo、W、V等合金元素的含Cr3%的火驱采油用BG80H-3Cr耐热套管。检测结果表明,所开发的产品在室温至450℃的使用温度范围内屈服强度均在API标准的N80钢级范围。在400℃加载250MPa的条件下未发生蠕变,550℃运行1万h的高温持久强度的理论值为169MPa。套管试样在550℃空气介质下的氧化速率为0.01g（/m2·h）,抗CO2腐蚀能力与普通N80套管相比提高11倍。     

Ca~(2+)和Mg~(2+)对CO_2环境中点蚀形貌的影响

研究了 CO2 环境下 P110油管钢在不同介质中的点蚀形貌。结果表明 :点蚀形貌与腐蚀介质组成密切相关。在不含可生成难溶性碳酸盐的金属阳离子的介质中 ,P110油管钢的点蚀形貌为典型的 V形点蚀坑 ;在含 Ca2 +或 Mg2 +的介质中 ,点蚀则表现为 V形、半球形和闭口圆球形 3种形貌并存。蚀坑腐蚀产物的 SEM分析证实 ,Ca2 +、Mg2 +影响点蚀形貌的重要原因是 :这些离子的难溶性碳酸盐在点蚀坑上部优先沉积 ,有效地抑制了点蚀坑上部的金属溶解速度。试验中还发现 ,Cl-的存在并不是 CO2 环境中发生点蚀的必要条件 ,但 Cl-会加速点蚀的发展     

过/再热器管道高温蒸汽氧化相图计算

 为了研究过/再热器管道内壁普遍存在与高温蒸汽反应导致的氧化现象,利用Thermo-Calc相图计算软件对几种钢质管材在不同环境下的氧化产物进行了理论分析。结果表明,对高温蒸汽环境的调控应该与管材材质相关联考虑;耐热钢材质的变化不改变氧化层的宏观结构,但可以改变氧化物组成;从T23、P91到TP347,氧化层中FeCr₂O₄致密氧化物质量分数增加,其抗氧化性能递增。德国新近研发的HiperFer17Cr5耐热钢,可以在较宽的氧分压范围内形成以FeCr₂O₄为主的致密氧化层,且通过添加钨、铌兼具更好的高温强度,具有较好的应用前景。     

温度对3Cr钢在CO2-O2环境中腐蚀的影响

摘要：为了研究注多元热流体吞吐热力采油过程中温度对油套管钢的影响,利用高温高压电化学釜模拟注多元热流体采油工况,分别在60、100和100～60℃循环的温度条件下,对3Cr钢进行失重腐蚀挂片试验和电化学腐蚀试验,利用高温高压电化学釜得到了3Cr钢在模拟工况下的腐蚀速率和极化曲线,并利用SEM、XRD、EDS分析了腐蚀产物膜形貌和成分。结果表明,温度由60升高至100℃时,腐蚀速率由0.552增长至1.920mm/a,在100-60℃高-低温循环时,腐蚀速率进一步升高至4.292mm/a;60和100℃时,腐蚀产物均为单层膜结构,且存在点蚀坑;在100-60℃高 低温循环时,腐蚀产物为双层膜结构,且存在直径约为4μm的腐蚀坑。温度主要影响3Cr钢腐蚀产物膜的结构和点蚀的形态,60和100℃时,点蚀坑内的聚集的Cl-离子使点蚀向纵深处发展,在100.60℃高 低温循环时,溶液中的O2促进了点蚀的横向发展,而腐蚀坑底部富集的Cr将阻碍点蚀的纵向发展。注多元热流体热力采油过程应充分考虑温度变化对3Cr钢腐蚀的影响,同时也要考虑温度变化引起3Cr钢点蚀的敏感性。     

料面喷吹蒸汽对烧结矿产质量和CO排放的影响

 随着钢铁行业烧结烟气污染物超低排放标准的持续收紧,烧结料面喷吹技术以其节能减排提质的潜在优势成为新的研究热点,被广泛认为是当前具有一定综合减排效果的烧结过程控制技术。为探究料面喷吹蒸汽的最优工艺制度,查明蒸汽喷吹影响烧结过程的作用机理,以期实现其工业化应用,采用某钢铁厂的烧结原料,研究了蒸汽喷吹总量、喷吹流量及开始喷吹时刻对烧结矿产质量指标及CO排放的影响。结果表明,在50 kg 级烧结杯原料条件下,料面喷吹蒸汽最佳试验条件应为烧结点火8 min后连续喷15 min,喷吹流量为0.02 m3/min,喷吹总量为180 g;此时,较基准相比,垂直烧结速度和利用系数稍有降低,成品率和转鼓强度分别提高0.60%和1.94%,固体能耗降低1.15 kg/t,达到最优值,烧结烟气CO浓度降低10.91%;表明喷吹蒸汽的进入使得被其他混匀矿包裹燃料中的碳元素充分反应,发挥高温反应的效果显著,进而提高成品率和转鼓强度;同时适宜蒸汽的加入参与到烧结高温带反应,有利于H₂O与C和O₂反应,将还原性气氛的CO转化为CO₂,进而降低CO排放和烧结固体能耗。综合来看,在合理的喷吹制度下,料面喷吹蒸汽可起到烧结过程CO减排和改善烧结矿产质量指标的双重效果。     

超级13Cr在H2S和CO2共存环境下的腐蚀行为影响研究

对CO2和H2S共存环境中95 ksi钢级超级13Cr钢的腐蚀行为进行了研究,发现常温条件下H2S和CO2共存环境中,无论是采用恒载荷的方法还是四点弯曲的方法,都在试样的表面出现了局部腐蚀,而在高温条件下未发生点蚀和应力腐蚀现象。分析结果表明,95 ksi钢级的超级马氏体不锈钢在常温H2S和CO2共存环境中出现的局部腐蚀主要是因为夹杂物在应力集中和酸性溶液的作用下形成点蚀,并沿着相同应力水平的区域扩展,局部腐蚀增加了应力腐蚀开裂的敏感性。     

多相流动状态下Cl~-对X70钢CO_2腐蚀的影响

用自制实验装置模拟起伏管路段塞流动条件下X70钢CO2腐蚀环境,通过电子显微镜、腐蚀挂片以及电化学在线监测等,对挂片表面形貌、腐蚀速率以及挂片在线腐蚀情况进行分析,采用实验与数值仿真研究了多相流动状态下Cl-对X70钢CO2腐蚀速率的影响,结果表明:在较低的Cl-浓度下,Cl-浓度对碳钢均匀腐蚀速率的影响存在一个临界浓度,超过临界浓度,碳钢均匀腐蚀速率大幅升高,继续增加Cl-浓度,对均匀腐蚀速率影响不大;在较高的Cl-浓度下,Cl-浓度对碳钢点蚀的影响也存在一个临界值,低于临界值,碳钢点蚀处在点蚀孔形成与钝化的动态平衡过程,高于临界值,这种平衡被打破。     

9%～11%Cr锅炉用耐热钢在蒸汽中的氧化行为

电站锅炉用钢长期处于高温高压的工作环境下,材料在超临界水中的抗蒸汽腐蚀性能是衡量其服役性能的一个重要指标。以Cr的质量分数为11%的钢为研究对象,在蒸汽氧化试验平台上完成了对试验钢的蒸汽腐蚀试验,通过数值模拟获得了氧化动力学曲线。结果表明,试验钢的氧化增重符合抛物线规律。通过SEM、XRD等方法分析了氧化层的形貌、化学成分,结果表明,氧化层为双层结构。对比分析了Cr的质量分数为9%和11%的钢后发现,增加Cr含量明显提高了抗蒸汽氧化性能。     

使用CO2-Ar混合气体悬浮精炼不锈钢

 不锈钢生产成本的降低以及CO2在炼钢过程中的资源化利用是当前冶金工作者研究的热点之一。提出了一种利用电磁悬浮精炼不锈钢脱除其中碳、硫的方法;从动力学的角度分析了碳、硫等元素在悬浮精炼不锈钢熔体状态下脱除的原理。试验结果表明,CO2可以在电磁悬浮状态下代替O2对不锈钢进行精炼,此状态下不锈钢试样组分挥发少,[w(C)]可以脱除到0.04%;脱硫效果与试样中[w(C)]有关,[w(C)]越高,脱硫效果越好;改变气体流速和CO2分压等参数时,试样中的[w(Cr)]几乎保持一个常数,这说明使用CO2悬浮精炼不锈钢时不会伴随着重要元素铬的流失,保铬效果明显。     

集输管道CO2/油/水环境中X65钢的腐蚀特征

通过高温高压动态反应釜实验模拟油田集输管道腐蚀环境,采用腐蚀失重、X射线衍射、扫描电镜和电化学分析等方法,研究了CO₂/油/水环境中X65钢的腐蚀行为. 结果表明:不同原油含水率条件下,X65钢CO₂腐蚀形态发生改变. 含水率较低(40%~50%)时,原油的浸润作用使X65钢表面发生均匀腐蚀,局部由于原油吸附不均匀出现点蚀特征;含水率在70%~80%之间时,原油对钢表面屏障作用减弱,生成的产物膜厚而疏松、局部脱落引发台地腐蚀;含水率为90%时,台地腐蚀破坏区域扩大,腐蚀加重. 原油可以明显改变腐蚀产物晶体颗粒大小、堆垛方式、产物膜结构以及化学成分. 在原油的缓蚀作用下,X65钢CO₂腐蚀过程的温度敏感点向低温段移动,出现在50℃左右,腐蚀速率降低区间变宽,X65钢耐蚀性增强.