钢的高温高压CO2腐蚀产物膜研究进展

综述了近期国内外在CO2腐蚀产物膜方面的研究进展.其中重点阐述了钢在高温高压CO2环境中腐蚀产物膜的形成机理、主要影响因素、结构沉积过程,力学性能及电化学行为等,并讨论了有关CO2腐蚀产物膜方面的研究方向与内容.     

Cl^-含量对J55钢CO2腐蚀行为的影响

利用高温高压模拟实验、微观形貌观察和电化学测试研究了介质中Cl-含量对J55钢CO2腐蚀行为的影响.结果表明,在研究范围内(Cl-含量为0～200 g/L),随Cl-含量的增加,J55钢均匀腐蚀速率减小,腐蚀产物膜变得更加致密,对基体保护能力增强,且无明显局部腐蚀.Cl-含量的变化没有改变电极反应活化控制步骤,但随含量增加,溶液的pH值降低,同时更多Cl-占据阴极活性点,阻滞了阴极反应,提高了腐蚀电位.Cl-含量较低时电化学阻抗谱呈现三个时间常数,随Cl-含量增加,中低频区感抗弧逐渐消失,金属表面被完整的腐蚀产物膜覆盖.     

CHARACTERISTICS AND FORMATION MECHANISM OF CORROSION SCALES ON LOW--CHROMIUM X65 STEELS IN CO2 ENVIRONMENT

利用高温高压CO₂腐蚀模拟实验以及ESEM, EDS, XPS和SEM等分析技术, 研究了4种不同含Cr量的X65管线钢的腐蚀速率、腐蚀形态和腐蚀产物膜结构特征. 结果表明: 含Cr量高的钢平均腐蚀速率小, 无Cr和含1\%Cr的钢的腐蚀形态为局部腐蚀, 含3%和5%Cr的钢的腐蚀形态为全面腐蚀. 在高温高压CO₂腐蚀环境中, 含Cr钢的腐蚀产物膜为FeCO₃和Cr(OH)₃竞争沉积形成的多层结构, 其中1Cr-X65和3Cr-X65的腐蚀膜具有3层结构, 5Cr-X65的腐蚀膜是双层结构. Cr在腐蚀产物膜层中出现局部富集, 远高于基体中的Cr含量. 高含Cr量使腐蚀产物膜中的Cr(OH)₃含量高, 并提高了腐蚀膜的保护性能, 从而引起腐蚀形态发生转变, 腐蚀速率降低. FeCO₃和Cr(OH)₃共沉积层膜对低铬钢的抗CO₂腐蚀性能具有关键的影响.     

CO2分压对碳钢海底管道CO2/H2S腐蚀的影响

目的：研究 CO2分压对 CO2/H2S腐蚀的影响规律,为海底管道材料的选择提供参考依据。方法采用高温高压反应釜进行腐蚀模拟实验,对腐蚀前后的试样进行称量,计算腐蚀速率。通过SEM观察腐蚀产物膜形貌,通过 XRD 分析腐蚀产物膜成分。结果当 CO2/H2S 分压比较高（1200）时, CO2分压为0.3、0.5、1.0 MPa对应的腐蚀速率分别为1.87、3.22、5.35 mm/a,随着CO2分压升高,腐蚀速率几乎呈线性增大趋势。当CO2/H2S分压比较低（200）时,CO2分压为0.3、0.5、1.0 MPa对应的腐蚀速率分别为3.47、3.64、3.71 mm/a,CO2分压变化对腐蚀速率的影响并不显著。当CO2/H2S分压比较高（1200）时,腐蚀产物以FeCO3为主,腐蚀受CO2控制;此时低CO2分压下的腐蚀产物膜较完整致密,高CO2分压下的腐蚀产物膜局部容易破裂,对基体保护性下降,因此腐蚀速率随CO2分压升高而增大。当CO2/H2S分压比较低（200）时,腐蚀产物以FeS为主,腐蚀受H2S控制;此时在不同CO2分压条件下,腐蚀产物均较完整致密,因此腐蚀速率相对较低,并未随着CO2分压升高显著增大。结论 CO2分压对CO2/H2S腐蚀速率的影响与CO2/H2S分压比密切相关,海底管道材料选择不仅要考虑CO2分压的影响,还要考虑CO2/H2S分压比的影响。     

H2S分压对双相不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响

利用高温高压反应釜进行腐蚀模拟实验,辅以失重法、SEM和EDS,对H2S/CO2共存环境下,H2S/CO2分压比一定时,H2S分压对2205双相不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响进行了研究。结果表明,60℃的工况条件下,在H2S分压较低时,2205双相不锈钢钝化膜趋于完整致密,随着H2S分压进一步升高,钝化膜出现破损。2205双相不锈钢硫化物应力腐蚀开裂的敏感性较高,裂纹多为沿晶扩展。     

温度对异金属焊接接头CO2腐蚀的影响

为研究温度对异金属焊接接头CO2腐蚀的影响,使用熔化极气体保护焊（MIG）方式焊接X70管线钢和2205双相不锈钢．对基材／焊缝界面的组织和不同温度下的CO2腐蚀形貌进行了观察和分析．结果表明,焊缝侧显微组织呈树枝状奥氏体组织;焊缝存在较窄的熔合区且存在第二类边界线,Ni,Cr等元素存在浓度梯度．与低温相比,高温下焊接接头微合金钢侧产生较严重的CO2腐蚀,微合金钢表面的腐蚀产物膜呈疏松状,焊缝侧腐蚀产物膜较致密．电解液中两侧母材及焊缝的电位差、温度的不同导致离子的迁移速率不同,造成微合金钢和焊缝的腐蚀倾向不同．     

热处理温度对G3合金耐点蚀性能的影响

采用SEM、EDS、TEM等方法研究了不同热处理温度对G3合金组织形态及晶界析出相的影响;进而利用浸泡模拟实验和电化学实验,分析组织变化以及晶界析出相对G3合金耐点蚀性能的影响。结果表明:晶界析出相对G3合金耐点蚀性能起着关键的作用。低温退火时由于G3合金析出相变少,组织均匀性增加,G3合金耐点蚀性能有所增加。而随着退火温度的进一步升高,在晶界生成大量的析出相。析出相的大量生成使得G3合金组织不均匀性增加,同时造成贫Mo区域钝化膜稳定性变差,容易发生局部活化溶解,点蚀敏感性明显增加。     

用边界元素法进行紧凑拉伸试样柔度分析

本文采用边界元素法进行了标准紧凑拉伸试样的柔度分析,给出了平面应力及平面应变时试样的柔度法标定数据和曲线,并提供了柔度计算公式。由于采用了无量纲柔度(BE’V/F),所得a/W～BE’V/F标定结果具有普遍适用性。边界元分析时采用降阶多重节点法进行角点处理,计算精度高。数值计算结果与边界配点法及实验测试结果基本吻合。     

X70管线钢在模拟土壤介质中裂纹扩展特性研究

试验研究了X70管线钢在模拟土壤介质 0 5mol/LNa2 CO3 + 1mol/LNaHCO3 溶液中和循环载荷下的裂纹扩展特性和宏观规律。结果表明 ,裂纹扩展主要受裂尖应力强度因子幅的控制。不同的应力比下 ,裂纹扩展呈现明显的门槛值特征 ,随着应力比的升高 ,裂纹扩展的门槛值降低。在碱性碳酸盐溶液 (pH =9 3)中 ,加载频率对裂纹扩展速率没有明显的影响 ;在中性碳酸盐溶液 (pH =7 0 )中 ,裂纹扩展速率随加载频率的降低而升高 ,呈现明显的频率效应。中性碳酸盐溶液中的裂纹扩展速率高于碱性碳酸盐溶液的裂纹扩展速率 ,且随加载频率的降低 ,裂纹扩展速率增大     

油气管道CO2腐蚀过程中弹状流的影响

通过分析弹状流近壁面处的动力边界层和扩散边界层及弹状流对管壁CO2腐蚀的影响,发现弹状流动特性对管壁的质量传递、动量交换、管壁处的电化学腐蚀以及腐蚀产物膜的形成和破坏有显著的影响作用。提出弹状流动形态和CO2腐蚀产物膜特性是管壁腐蚀速率和腐蚀形态的重要影响因素,弹单元内的壁面切应力变化特性、正应力变化特性、壁面传质变化特性以及电化学腐蚀特性的非线性耦合作用是油气管道内壁CO2腐蚀的重要影响因素。在此基础上阐述了CO2腐蚀产物膜的微观结构、力学特性以及膜内的传质特性对腐蚀产物膜的形成、破坏以及修复作用。