高温高压条件下流速对X70钢CO2冲刷腐蚀行为的影响

目的 研究X70管线钢在高温高压CO2饱和溶液中不同流速下的冲刷腐蚀行为。方法 通过流体动力学模拟的方法，获得不同喷射流速下壁面切应力的变化规律。采用喷射冲击试验装置，利用扫描电镜、表面形貌测试仪、维氏硬度仪等设备和失重测量方法，分析喷射速度对X70管线钢CO2冲刷腐蚀行为的影响。结果 随着喷射流速Uexit的增大，试样表面的壁面切应力和壁面压应力逐渐增大。随距喷射中心距离(径向距离)的增大，壁面切应力先增大后减小，壁面压应力急剧减小。在低流速(Uexit≤10 m/s)情况下，最大壁面切应力所对应的特征攻角大约为23°;当流速Uexit≥20 m/s时，特征攻角迅速增至45°左右，且变化很小。试样表面形貌表现出明显的三个区域:停滞区、过渡区、壁面喷射区，且在低流速下，三个区域划分更为明显。在20 m/s喷射速度下，壁面切应力呈现中心轴对称变化，为“M”形状，试样表面的冲蚀轮廓(冲蚀深度)呈现中心对称的“W”形状变化，大约在距中心滞点4 mm左右，即最大壁面切应力附近出现最大冲蚀深度，约55 μm。试样表面硬度随径向距离的增大而减小，中心停滞区硬度高达340HV10。喷射流速从10 m/s增加到40 m/s时，冲蚀速率由11.86 mm/a增加到32.97 mm/a。结论 X70管线钢的典型形貌特征与喷射流体的壁面切应力大小和CO2腐蚀有关，最大壁面切应力处产生的冲蚀最为严重，冲蚀速率(Rcorr)与喷射流体的流速呈现线性关系，即Rcorr=4.861+0.714×Uexit。

Influence of Impingement Velocity on CO2 Erosion-corrosion Behaviour of X70 Steel at High-temperature and High-pressure Conditions