油管钢在模拟超临界CO2中耐蚀特性的研究

目的研究普通碳钢P110、3Cr、普通马氏体不锈钢13Cr和超级马氏体不锈钢HP2-13Cr钢在某油井超临界CO_2环境中的耐蚀特性。方法模拟该高温高压高含CO_2且含Cl–油井的腐蚀环境,采用高温高压反应釜对上述四种油管钢进行挂片实验,借助高精度天平、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)从平均腐蚀速率、清理腐蚀产物后试样的表观特征、腐蚀产物的表面形貌和化学成分及腐蚀机制方面分析其抗均匀腐蚀与抗点蚀特性。结果在CO_2分压达12 MPa,110℃,Cl–质量浓度为16 542 mg/L的典型环境,P110,3Cr油管钢的平均腐蚀速率分别为5.625,2.992 mm/a;13Cr为0.155 mm/a,有点蚀发生,HP2-13Cr则为0.003 mm/a,且为均匀腐蚀,HP2-13Cr能满足模拟腐蚀环境的使用要求。结论在上述超临界CO_2环境,碳钢P110与3Cr在基体表面不存在Cr的富集,耐蚀性差;马氏体不锈钢13Cr和超级马氏体不锈钢HP2-13Cr因基体表面能生成致密的钝化膜,则表现出相对优良的耐蚀性,但两者的合金元素Ni,Mo含量不同,造成了对两者抗均匀腐蚀与抗点蚀性能的显著差异。     

3Cr钢和13Cr钢在高矿化度CO2环境中的腐蚀行为

为了预测油井管钢在高矿化度、含CO2的储层环境中可能发生的腐蚀,为该储层推荐在开发周期内安全经济的材质,采用高温高压反应釜研究了3Cr钢和13Cr钢在模拟储层环境中的腐蚀行为,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)分析了3Cr钢和13Cr钢的腐蚀产物膜特征.从腐蚀速率、清理腐蚀产物后试样的表观特征、腐蚀产物的表面形貌、横截面腐蚀试样形貌和腐蚀产物化学成分方面探讨了3Cr钢和13Cr钢在CO2环境中的腐蚀特征随温度和含水率的变化规律及反应时间对其的影响.结果表明,3Cr钢在CO2分压为0.2 MPa,Cl-含量139 552mg/L的环境中会发生极严重腐蚀,且试样表面产物膜在微观上分布不均匀,存在局部不完整;13Cr钢发生轻度腐蚀,在所测试样中未观测到点蚀,即3Cr钢不适用于该高矿化度CO2环境而13Cr钢能够满足要求.     

不同材质油套管钢的CO2腐蚀行为

目的不同管材的CO_2腐蚀行为存在差异,为优选经济型抗CO_2腐蚀材质油套管,探究不同腐蚀条件下常规管材的CO_2腐蚀特征。方法以实际油田的地层水样为腐蚀介质,在高温高压的条件下,对不同材质的油套管进行模拟实验。利用X射线衍射仪(XRD)分析腐蚀试样表面腐蚀产物的形貌特征,研究CO_2分压、温度、测试时间对油套管腐蚀速率的影响规律。结果随着CO_2分压的增加,普通碳钢和低Cr钢的腐蚀速率显著变化,当CO_2分压为0.3 MPa时,普通碳钢腐蚀速率为2.2021 mm/a,而13Cr的腐蚀速率很低,仅为0.1052 mm/a,未表现出明显的规律;腐蚀速率随着温度的升高呈先增加后降低的变化规律,N80,1Cr钢的腐蚀速率远高于13Cr钢;在较短的测试周期内,N80,1Cr,3Cr油套管钢的腐蚀速率略有增加,随着测试周期持续增加,油套管钢的腐蚀速率明显下降;从腐蚀形貌来看,普通碳钢试样的腐蚀程度严重,以均匀腐蚀为主,1Cr,3Cr钢表面存在少量的局部浅斑,以局部腐蚀为主;13Cr材质钢的表面平整,有光泽且无点蚀,腐蚀程度轻微。结论普通碳钢的腐蚀速率对CO_2分压的影响比含Cr合金材质钢更敏感,温度和测试周期均对金属表面的腐蚀产物产生影响,随着温度和测试周期的持续增加,金属表面形成Fe CO3保护膜,含Cr钢表面因铬的富集形成钝化膜,抑制油套管的腐蚀速率,研究成果对CO_2腐蚀环境中的油套管选材具有理论指导意义。     

铁基非晶合金和13Cr不锈钢在超临界CO2环境的腐蚀行为

非晶合金由于其独特的结构、优异的耐磨耐蚀性能在海洋及CO₂地质封存领域展现出广阔的应用前景,有望成为超临界CO₂环境下钢构件的耐蚀涂层材料,但关于非晶合金在该环境下的腐蚀行为鲜有报道。利用高温高压反应釜对SAM2X5铁基非晶合金与13Cr马氏体不锈钢在温度80℃,压力10 MPa的模拟环境下进行腐蚀行为对比研究。通过XRD、DSC、CLSM、SEM、XPS以及电化学Mott-Schottky测试等方法对两种材料的微观结构、腐蚀形貌以及表面膜成分及结构进行表征与分析。研究结果表明：在高温高压的超临界CO₂环境下进行168 h腐蚀试验后,13Cr不锈钢表面发生严重的点蚀,而铁基非晶合金表面无点蚀发生;非晶合金表面膜除Fe和Cr外,富含大量的Si元素,会促进形成稳定致密的钝化膜;13Cr不锈钢表面膜为p型半导体,非晶合金表面膜为n型半导体,13Cr不锈钢钝化膜载流子密度远高于铁基非晶合金。证实了在该环境下铁基非晶合金的耐蚀性能远优于13Cr不锈钢。     

高温高压条件下13Cr钢的乙酸腐蚀

研究了13Cr钢在高温高压环境中的乙酸腐蚀行为。13Cr钢腐蚀速率随乙酸浓度增加而增大。不含乙酸时,基体铬发生溶解并在表面形成Cr(OH)3钝化膜,溶液中侵蚀性离子(Cl-)的存在是发生点蚀的重要原因。加入乙酸后,乙酸电离H+使得溶液酸性增强,钝化膜稳定性降低。H+和Cl-更容易通过钝化膜与基体接触,促进局部酸性增强以及侵蚀性离子浓度增加,加快点蚀的发生和发展过程。随着乙酸浓度增加,酸性增强越明显,对点蚀的促进作用越强,腐蚀速率增加。     

HCO3–对超级13Cr马氏体不锈钢钝化行为及点蚀行为的影响

目的研究在0.1 mol/L NaCl硼酸缓冲溶液中,研究HCO_3~–对超级13Cr马氏体不锈钢的钝化及点蚀行为的影响。方法采用动电位极化、恒电位极化、Mott-Schottky曲线、电化学阻抗谱等电化学测试手段,并结合3D超景深显微镜进行点蚀形貌观察,研究超级13Cr马氏体不锈钢的电化学腐蚀行为。结果随着HCO_3~–浓度的增加,超级13Cr的钝化区间变宽,点蚀电位向正向移动,稳态点蚀发生的敏感性降低。HCO_3~–减少了超级13Cr亚稳态点蚀数量,降低了亚稳态点蚀电流密度峰值的平均值。随着HCO_3~–浓度的增大,超级13Cr钝化膜电阻Rf升高,电荷转移电阻Rct升高,钝化膜电容Cf逐渐减小。HCO_3~–使得超级13Cr钝化膜半导体特性由n型转变为n+p型双极性,且随着溶液中HCO_3~–浓度的增大,钝化膜中的施主密度ND和受主密度NA减小。结论 HCO_3~–的加入使得超级13Cr不锈钢钝化膜厚度增大,钝化膜内点缺陷密度降低,对基体的保护作用增强,抑制了超级13Cr的亚稳态和稳态点蚀发生。     

激光选区熔化Inconel 718合金在NaOH溶液中的腐蚀行为

采用开路电位、动电位极化、电化学阻抗、恒电位极化、Mott-Schottky和X射线光电子能谱等测试技术研究了激光选区熔化增材制造Inconel 718合金（SLM Inconel 718）在0.1 mol/L NaOH溶液中的腐蚀行为,并与商用轧制Inconel 718合金（R Inconel 718）进行对比。结果表明,SLM Inconel 718合金与R Inconel 718合金均发生点蚀,SLM Inconel 718合金的点蚀优先发生在熔池边界和孔隙部位。相比R Inconel 718合金,SLM Inconel 718合金的活性更低、腐蚀速率更小、耐蚀性能更优,其主要原因在于：SLM Inconel 718合金表面生成的钝化膜中多孔NiO的含量更低,致密Cr₂O₃的含量更高,钝化膜更加致密,并且钝化膜的载流子密度更低,因此,SLM Inconel 718合金的钝化膜保护性能更好,耐蚀性能更优。     

油气田腐蚀环境中N80钢和3Cr钢的腐蚀行为

采用失重法、X射线衍射法、扫描电镜观察及能谱分析等方法比较研究了N80钢和3Cr钢在模拟胜利油田某油井腐蚀环境中的腐蚀行为。结果表明:在试验条件下,N80钢和3Cr钢的腐蚀速率随腐蚀时间的延长均呈现先急剧降低后缓慢降低的趋势,N80钢的腐蚀速率明显高于3Cr钢的;腐蚀360h后,N80钢表面形成的腐蚀产物膜呈双层结构,XRD测试结果表明两层产物膜均由FeCO_3构成,后期沉淀形成的外层膜较为疏松,原位形成的内层膜致密完整,计算得到双层产物膜的平均密度为1.54g/cm~3;3Cr钢表面形成的腐蚀产物膜为致密完整的单层膜结构,由FeCO_3和Cr(OH)_3构成,产物膜平均密度为2.571g/cm~3。3Cr钢表面形成的腐蚀产物膜的保护性远远优于N80钢表面形成的腐蚀产物膜的。     

含铬油套管钢的CO2腐蚀点蚀特征研究

在模拟油田CO2腐蚀环境中，研究了不同含Cr量N80钢的点蚀特征。结果表明，普通N80钢CO2腐蚀产物膜下会出现明显的点蚀现象，基体金属中加入Cr后，会有效抑制点蚀的发生；随着Cr含量增加，抑制作用增加。1％Cr的N80钢点蚀坑大小明显小于普通N80钢，而4％－5％Cr N80钢则呈均匀腐蚀形态，已经没有点蚀现象发生。     

高温高压环境下压力管道用钢的二氧化碳腐蚀行为研究

研究了高温高压环境下Cr合金管线钢的CO2腐蚀过程。结果表明,因点蚀源受到富Cr产物膜的抑制不能立即扩展,试样出现钝化现象。腐蚀过程中,腐蚀产物膜的密度先升高后减低。腐蚀167 h后由于含Cr化合物充满了腐蚀产物膜并且FeCO3颗粒逐渐长大,使得腐蚀产物膜再次变得致密。     

热变形参数对23Cr-6.2Mn-2.1Ni-0.28N节Ni型双相不锈钢点蚀行为的影响

采用热模拟、动电位极化曲线、交流阻抗谱等手段研究了热变形参数对23Cr-6.2Mn-2.1Ni-0.28N节Ni型双相不锈钢点蚀行为的影响。结果表明:实验钢的耐蚀性对应变速率、变形温度比较敏感,晶粒细化有利于提高试样的耐点蚀性能。在1和10 s-1的较高应变速率下,随变形温度升高,试样的耐蚀性先增加后降低,1050℃耐蚀性最好。随应变速率增加,再结晶晶粒细化程度降低,钝化膜稳定性减弱,试样耐蚀性逐渐降低。点蚀坑主要分布在δ相和δ/γ相界,随应变速率增加点蚀坑数量明显增多,尺寸变大。     

Enhancements of Passive Film and Pitting Resistance in Chloride Solution for 316LX Austenitic Stainless Steel After Sn Alloying

In the present work, the electrochemical behavior and properties of the passive film of a new Sn-alloyed 316 LX austenitic stainless steel were investigated. With the increase in Sn content in 316 LX austenitic stainless steel from 0 to 0.21%, the critical pitting temperature value increased from 32.6 to 38.8 °C, and the pitting potential increased from 0.252 V_(SCE) to 0.317 V_(SCE). Electrochemical impedance spectroscopy results showed that the corrosion resistance of passive film rose with the increase in Sn content, indicating a more stable passive film. The Mott–Schottky measurement revealed an n-type passive film with a decreased carrier concentration on the 316 LX austenitic stainless steel surface. The Cr, Sn~(2+) and Sn~(4+)(SnO, SnOHCl or SnO_2) enrichments were observed in the passive layer by X-ray photoelectron spectroscopy. The enrichment of Sn and Cr in the passive film can account for the enhanced pitting resistance of 316 LX austenitic stainless steel in chloride solution.     

Effects of nitric acid passivation on the corrosion behavior of ZG06Cr13Ni4Mo stainless steel in simulated marine atmosphere

ZG06Cr13Ni4Mo martensitic stainless steel was nitric acid-passivated to improve its corrosion performance. The effects of nitric acid passivation on the surface morphology, chemical composition, electrochemical properties, semiconductor behavior, and long-term corrosion performance of the stainless steel were investigated using various analytical techniques. An in-depth analysis of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed that the passive film formed after the acid passivation process showed high thickness and a duplex character as it consisted of a hydroxide layer and an oxide layer. The oxide layer affected the corrosion resistance and thickness of the passive film. The thickness of the passive film was calculated theoretically as well as experimentally by fitting the electrochemical impedance spectroscopy and XPS results. The electrochemical tests revealed that the dramatic increase in the corrosion resistance of the stainless steel after the passivation was due to the formation of a thick, low-disorder passive film rather than Cr enrichment. The removal of inclusions resulted in higher pitting resistance, whereas the increased roughness showed a negative effect on the corrosion behavior of the stainless steel. During the wet–dry cyclic tests, the modification of the passive film was examined. The passivated stainless steel exhibited good corrosion resistance for up to 50 days of exposure in the simulated environment.     

Investigation on Pitting Corrosion of Nickel-Free and Manganese-Alloyed High-Nitrogen Stainless Steels

Pitting corrosion behavior of three kinds of nickel-free and manganese-alloyed high-nitrogen (N) stainless steels (HNSSs) was investigated using electrochemical and immersion testing methods. Type 316L stainless steel (316L SS) was also included for comparison purpose. Both solution-annealed and sensitization-treated steels were examined. The solution-annealed HNSSs showed much better resistance to pitting corrosion than the 316L SS in both neutral and acidic sodium chloride solutions. The addition of molybdenum (Mo) had no further improvement on the pitting corrosion resistance of the solution-annealed HNSSs. The sensitization treatment resulted in significant degradation of the pitting corrosion resistance of the HNSSs, but not for the 316L SS. Typical large size of corrosion pits was observed on the surface of solution-annealed 316L SS, while small and dispersed corrosion pits on the surfaces of solution-annealed HNSSs. The sensitization-treated HNSSs suffered very severe pitting corrosion, accompanying the intergranular attack. The addition of Mo significantly improved the resistance of the sensitization-treated HNSSs to pitting corrosion, particularly in acidic solution. The good resistance of the solution-annealed HNSSs to pitting corrosion could be attributed to the passive film contributed by N, Cr, and Mo. The sensitization treatment degraded the passive film by decreasing anti-corrosion elements and Cr-bearing oxides in the passive film.     

304不锈钢环保型酸洗钝化工艺及其性能研究

采用化学浸泡法和动电位扫描法研究了304不锈钢在环保型酸洗钝化工艺下所得钝化膜的耐点蚀性能,运用X射线光电子能谱(XPS)分析了钝化膜的组成和结构.结果表明:由正交试验优选出的最优配方和工艺可大大提高304不锈钢表面钝化膜的耐点蚀性能;304不锈钢表面钝化膜中的Cr、Fe、Ni分别以Cr2O3、FeO、NiO的形式存在;钝化处理后,试片表面钝化膜中的铬元素和镍元素的含量明显增加.综合考虑,不锈钢柠檬酸钝化的最佳工艺为:柠檬酸质量分数4%,氧化剂X体积分数5%,乙醇体积分数2.5%,温度40℃,钝化时间60min.     

脉冲偏压对316L不锈钢表面类金刚石薄膜腐蚀行为影响EI北大核心CSCD

为了提高不锈钢的耐局部腐蚀性能,采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)技术,在316L不锈钢表面制备含氢类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)薄膜,研究不同脉冲偏压对薄膜的杂化结构及腐蚀行为的影响,并对相关影响机制进行讨论。结果表明,脉冲偏压主要影响316L不锈钢表面DLC薄膜的杂化结构及微观形貌,并最终影响其腐蚀行为。随着脉冲偏压的增加,等离子体电离程度增大,沉积过程中的热峰效应和溅射效应增强,DLC薄膜中的氢含量减少,降低了薄膜局部腐蚀敏感性,薄膜点蚀坑数量减少。但同时薄膜中sp^(2)杂化结构的相对含量会随脉冲偏压升高而增加,导致薄膜腐蚀速率加快,点蚀坑半径增大。随着偏压从1.4 kV增加到2.6 kV,316L不锈钢的年腐蚀速率由9.33 nm/y增大到62.4 nm/y。脉冲偏压为1.4 kV时,虽然年腐蚀速率最低,但薄膜最易发生点蚀,其长期服役寿命较差;而偏压为2.6 kV时,等离子体能量过高,薄膜被过度刻蚀,导致其缺陷增多,耐蚀性变差。在研究范围内,脉冲偏压为2200 V时,DLC薄膜具有较高的耐点蚀能力和较低的年腐蚀速率,表现出最佳的综合耐蚀性能。     

冲蚀角对超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层冲蚀磨损行为的影响

采用超音速火焰喷涂(high-velocity oxygen-fuel, HVOF)技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷复合涂层. 研究了涂层的显微组织、相组成以及涂层和不锈钢的冲蚀行为和机理,探讨了冲蚀角与耐冲蚀性能的关系规律. 结果表明,涂层组织结构致密均匀,主要由Cr₃C₂以及少量的Cr₇C₃, Cr₂₃C₆和(Ni, Cr)固溶体相组成. Cr₃C₂-NiCr涂层的耐冲蚀性能随着冲蚀角的增大而减小,在低冲蚀角下涂层的破坏形式主要为微切削,重量损失较低,表现出优异的耐冲蚀性能. 随着冲蚀角的增大,冲蚀沙粒对涂层产生垂直冲击作用,粘结相与硬质相之间产生裂纹导致粘结相脱落,硬质相失去粘结相的支撑作用而裸露出来,在冲蚀沙粒的持续攻击下剥落,形成许多小冲蚀坑. 随着剥落硬质相数量的增加,小冲蚀坑逐步发展为大冲蚀坑,重量损失较大,耐冲蚀性能较差.     

温度对Cr26Mo1超纯高铬铁素体不锈钢在3.5%NaCl溶液中耐点蚀性能的影响

通过循环极化曲线、Mott-Schottky曲线以及电化学阻抗谱等方法研究了温度对Cr26Mol超纯高铬铁素体不锈钢在3.5%NaCl溶液中耐点蚀性能的影响.结果表明:随着温度升高,Cr26Mol超纯高铬铁素体不锈钢的自腐蚀电位降低,腐蚀电流密度增大,点蚀电位下降,钝化膜阻抗降低.Cr26Mol不锈钢钝化膜的半导体类型和性质在不同温度下发生改变.Cr26Mol不锈钢发生点蚀的孕育期随着温度的升高而缩短,点蚀敏感性增加,已发生点蚀的试样不能够自修复.     

温度对Cr26Mol超纯高铬铁素体不锈钢在3.5%NaCl溶液中耐点蚀性能的影响

通过循环极化曲线、Mott-Schottky曲线以及电化学阻抗谱等方法研究了温度对Cr26Mo1超纯高铬铁素体不锈钢在3.5%NaCl溶液中耐点蚀性能的影响.结果表明:随着温度升高,Cr26Mo1超纯高铬铁素体不锈钢的自腐蚀电位降低,腐蚀电流密度增大,点蚀电位下降,钝化膜阻抗降低.Cr26Mo1不锈钢钝化膜的半导体类型和性质在不同温度下发生改变.Cr26Mo1不锈钢发生点蚀的孕育期随着温度的升高而缩短,点蚀敏感性增加,已发生点蚀的试样不能够自修复.