超级13Cr不锈钢油套管材料在CO2环境下的腐蚀行为研究

摘要

本文利用高温高压腐蚀试验设备并辅以SEM、EDS、XRD及XPS等现代分析技术，研究了超级13Cr不锈钢在高温高压CO2环境下的腐蚀行为；通过电化学测试及化学浸泡的方法研究了超级13Cr不锈钢在饱和CO2介质中的点蚀行为，并观察分析了其点蚀形貌的特征。
　　试验结果表明，在试验模拟的CO2环境下，超级13Cr不锈钢的腐蚀速率随温度、CO2分压、Cl-浓度的升高呈现出先增大后降低的趋势，温度为180℃、CO2分压为3MPa、Cl-为50g/L时分别达到最大；该试验条件下超级13Cr钢的最大腐蚀速率为0.08mm/a，为中度腐蚀，表现出良好的耐腐蚀性能。超级13Cr不锈钢材料表面未检测出CO2腐蚀产物FeCO3，其主要靠Cr元素在表面富集形成钝化膜来抵抗腐蚀，而元素Cr主要以Cr2O3的形成存在表面钝化膜中。
　　点蚀试验结果表明，Cl-和温度是影响点蚀发生的主要原因；Cl-浓度和温度升高，材料的点蚀敏感性增强。动态极化曲线表明，随着浸泡时间的延长，腐蚀加剧，材料的点蚀敏感性随之增强。电化学噪声时域分析和频域分析表明，超级13Cr钢浸泡至24h时，点蚀处于诱导期，浸泡至48h时点蚀全面发生，到72h时点蚀进入稳定发展阶段。随浸泡时间的延长，电化学噪声电阻逐渐下降说明材料表面发生了点蚀核的形成和发展。电化学和化学浸泡法测定的超级13Cr钢的临界点蚀温度（CPT）相差了约4℃。化学浸泡法测量的临界点蚀温度（CPT）偏低是因为溶液中Fe3+的存在，Fe3+的存在大大加剧了腐蚀的发生，致使CPT偏低。点蚀形貌分析表明，介质温度低于CPT时，材料表面形成孔径小于30μm的蚀孔，当温度超过CPT时，金属表面无法进行再钝化修复，形成了稳定的点蚀。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 超级 13Cr 不锈钢综述

1.3 二氧化碳腐蚀综述

1.4 超级 13Cr 不锈钢的研究现状及进展

第二章 试验材料与方法

2.1 引言

2.2 高温高压腐蚀试验

2.3 电化学测试试验

第三章 超级13Cr不锈钢高温高压CO2腐蚀行为研究

3.1 引言

3.2 温度对超级13Cr不锈钢高温高压CO2腐蚀行为的影响

3.4 Cl-对超级 13Cr 不锈钢高温高压 CO2 腐蚀行为的影响

3.5 超级 13Cr 不锈钢表面钝化膜成分分析

3.6 CO2 腐蚀机理探讨

3.7 本章小结

第四章 超级 13Cr 不锈钢在含饱和 CO2 介质中的点蚀行为研究

4.1 引言

4.2 化学侵泡法对比两种超级 13Cr 钢的耐点蚀性能

4.3 超级 13Cr 不锈钢在含 CO2 介质中的点蚀电化学特征研究4.3.1 温度及 Cl-对超级 13Cr 不锈钢点蚀电位的影响

4.4 超级 13Cr 不锈钢临界点蚀温度的研究

4.5 点蚀机理讨论

4.6 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

作者攻读学位期间发表的论文