X70管线钢在含CO2湿气环境下腐蚀产物膜的生长

针对X70管线钢在湿气CO2环境下腐蚀产物膜的生长过程,利用高温高压冷凝反应釜进行不同腐蚀时间的动态模拟冷凝试验,分析腐蚀速率随腐蚀时间的变化规律。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)考察不同腐蚀时间下腐蚀产物膜的微观形貌和成分。进行湿气温度为25℃的静、动态模拟冷凝试验,对比动、静态条件下腐蚀产物膜的微观形貌,考察流动状态对腐蚀速率和腐蚀产物膜生长的影响。在湿气冷凝腐蚀的特殊腐蚀环境下,探讨不同腐蚀阶段FeCO3形核和长大的关系,建立低温条件下X70钢湿气CO2腐蚀产物膜的成膜机制。结果表明:流动条件下湿气腐蚀速率高于静态条件,且流动条件下的腐蚀产物膜厚度较厚;X70钢低温下湿气腐蚀产物膜总体呈现无定形状态,内部镶嵌有FeCO3颗粒。     

高温高压喷射条件下X70管线钢的CO2腐蚀形貌

利用自主研发的高温高压环路喷射装置并结合流体动力学模拟计算,研究了高温高压CO2环境流体喷射条件下X70钢的腐蚀产物微观形貌、基体表面三维形貌、腐蚀减薄量及其统计规律,并探讨了与流体状态之间的关系.结果表明,高温高压流体喷射条件下,不同流态区域内流体传质速率和壁面切应力的差异是造成X70钢腐蚀产物、基体表面三维形貌及腐蚀减薄量差异的主要原因.按照层流区→壁面喷射区→过渡区的顺序,流体壁面切应力逐渐增加,不断减薄腐蚀产物膜直至其脱落,造成传质过程阻力减小,传质速率增大,腐蚀过程不断加剧.因此,按照层流区→壁面喷射区→过渡区的顺序,X70钢表面腐蚀产物膜由完整致密向疏松多孔变化,基体表面三维形貌呈现平坦→陡峭→非常陡峭的特征,三维表面高度偏差和均方根偏差、腐蚀减薄量平均值和标准差均呈现逐渐增大的趋势.在高温高压流体喷射条件下,X70钢的CO2腐蚀速率与壁面切应力之间较好地满足指数关系.     

海洋软管铠装层用管线钢在超临界CO_2环境下腐蚀行为

利用浸泡实验研究实验钢在超临界CO2环境下的腐蚀行为,讨论实验钢的腐蚀过程及机制。结果表明:实验钢微观组织由铁素体及铬的碳化物构成;腐蚀产物主要为Fe CO3晶体,试样表面腐蚀产物随腐蚀时间的延长逐渐累积,锈层结构趋于密实,该结构可有效阻止溶液中离子与基体反应,增加腐蚀抵抗性;腐蚀早期阶段,实验钢腐蚀减重量较小,随后迅速增加并出现平台,最终减重量缓慢增加;短时间浸泡后腐蚀速率较大,之后迅速下降,实验测定最终腐蚀速率为1.56 mm/a,真实腐蚀速率为0.078 mm/a。     

温度对3%Cr管线钢CO_2腐蚀产物膜的影响

经济型低Cr合金钢具有较好的抗CO2腐蚀性能,利用高温高压反应釜研究了3%Cr管线钢的CO2腐蚀行为,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等对腐蚀产物膜的微观形貌、化学成分以及结构进行分析,探讨了温度对3%Cr管线钢腐蚀产物膜的影响.结果表明,CO2分压0.8 MPa、液体流速1.0 m.s-1时,在40～140℃范围内,3%Cr管线钢均未发生局部腐蚀,其平均腐蚀速率呈先升高后降低的趋势,峰值温度在100℃左右.3%Cr管线钢的腐蚀产物膜具有两层结构:内层膜为致密的富Cr层(Cr富集程度可高达Cr/Fe=8/5),主要由含Cr化合物和非晶态FeCO3构成,并随着温度的升高,Cr富集程度增加,内层膜厚度降低;外层膜则由晶态FeCO3堆积而成.     

带状组织不同的管线钢在60℃CO_2环境中腐蚀行为分析

对带状组织级别不同的管线钢在60℃CO2饱和的NACE溶液中的腐蚀速率、腐蚀形态和点蚀系数进行了分析比较。研究结果表明,在CO2饱和的NACE溶液中,带状组织级别越低的材料,发生均匀腐蚀的特征越明显,通过生成保护性膜抵抗腐蚀的能力越强。而带状组织级别越高的材料,发生局部腐蚀,尤其是点蚀的特征越明显。为了提高管线钢抗CO2腐蚀的性能,生产环节应控制其带状组织,选材环节应尽可能选用带状组织级别低的材料。     

研究管线钢X70腐蚀的新方法

在加拿大的阿尔伯特省，石油工业是其支柱产业，阿尔伯特大学主要也是在石油产业的资助下兴建的。因此在其化工与材料系，主要的研究服务对象也就与石油产业有关。输送石油用的管线钢主要是X70钢，如何防止管线钢的腐蚀非常重要。虽然氢和氯离子促使X70钢的腐蚀是常见现象，但有关机理至今还不清楚，我们采用了非线性电化学方法和扫描参比电极技术来研究氢和氯离子对管线钢腐蚀的影响。结合我国正在进行的“西气东输”工程，这一研究具有重要的实际意义。     

3Cr低合金管线钢及焊接接头的CO_2腐蚀行为

采用高温、高压反应釜和电化学技术对3Cr低合金管线钢及焊接接头的CO2腐蚀行为进行研究.结果表明,3Cr低合金管线钢在高温、高压CO2腐蚀环境中表面生成致密的富Cr腐蚀产物膜,这是其抗CO2腐蚀性能优于X65钢的主要原因.3Cr低合金管线钢焊接接头中母材、热影响区和焊缝的腐蚀产物膜特征相似,结构致密,均存在Cr元素的富集.与X65钢相比,3Cr低合金管线钢的自腐蚀电位较正,自腐蚀电流密度较低.在CO2腐蚀介质中,3Cr低合金管线钢焊接接头的母材区域作为阳极首先发生腐蚀,焊缝和热影响区作为阴极受到保护.     

X70管线钢在酸性和近中性模拟海水溶液中的腐蚀行为

为对比X70管线钢在酸性(pH=3)和近中性(pH=7.7)模拟海水溶液中的腐蚀机制,采用极化曲线,通过电化学阻抗谱(EIS)和腐蚀失重实验对X70管线钢在不同模拟海水溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,X70管线钢在酸性溶液中浸泡168 h后腐蚀失重约为近中性模拟海水溶液中的16倍,大部分表面发生均匀腐蚀,局部形成以夹杂物为中心的腐蚀圆环,随着浸泡时间的延长,容抗弧半径和低频区阻抗值|Z|均呈增大趋势,先发生吸附而后出现微弱的扩散,电荷转移电阻R_ct值增大,腐蚀速率减小;近中性模拟海水中形成较厚的腐蚀产物膜,氯离子聚集破坏形成小点蚀坑,局部聚集形成大的点蚀,电荷转移电阻减小,腐蚀速率增大,而后趋于稳定;X70管线钢在模拟海水溶液中处于活性溶解状态,与酸性海水溶液相比,管线钢在近中性模拟溶液中自腐蚀电位E_corr正移137 mV,自腐蚀电流密度i_corr为酸性海水溶液中的0.047倍。因此,X70管线钢在酸性模拟海水溶液中的腐蚀规律可为其应用于海底管线的腐蚀控制提供理论支撑,对其安全服役具有十分重要的意义。     

X70管线钢及焊缝在模拟煤制气含氢环境下的氢脆敏感性

通过氢渗透测试、氢扩散模拟以及氢含量测试技术研究X70钢在模拟4MPa总压,0.2MPa氢气分压煤制气环境下的充氢过程,并通过冲击韧性测试、裂纹扩展测试以及缺口拉伸和慢应变速率拉伸测试方法,从不同角度分析X70钢母材和焊缝组织在模拟煤制气含氢环境下的力学性能.结果表明,在总压4MPa,0.2MPa含氢煤制气环境中,X70钢表面存在吸附氢原子并能扩散进入X70钢内部,达到稳态后内部的可扩散氢质量分数为1.9×10-7;与空气中的原始性能比较,X70钢焊缝和母材的冲击性能、缺口拉伸和慢应变速率拉伸强度、塑性以及材料的损伤容限均未发生下降;在实验煤制气环境中,X70钢具有较低的氢脆风险.     

X70管线钢焊接接头组织及其海水腐蚀规律

对X70管线钢现场实际焊接工艺下的焊接接头,采用显微镜、电化学方法及失重法等方法和手段对母材、焊缝、热影响区进行了显微组织分析和在海水中的极化曲线、腐蚀速率的测试,研究焊接接头在模拟海水环境中的腐蚀性能。研究表明,X70管线钢焊接接头各区域组织不均匀,实验室模拟海水环境下的电化学行为、腐蚀速率存在明显差异;在海水腐蚀过程中腐蚀电位和腐蚀速率会发生变化,热影响区（HAZ）与母材及焊缝形成电偶腐蚀,接头腐蚀以点蚀为主。     

Effect of Ca on CO2 corrosion properties of X65 pipeline steel

The effect of Ca²⁺ on CO₂ corrosion to X65 pipeline steel was investigated in the simulated stratum water of an oil field containing different concentrations of Ca²⁺. It is found that Ca²⁺ can enhance the corrosion rate, especially in the Ca²⁺ concentration from 256 to 512 mg/L, which can be attributed to the growing grain size and loosing structure of corrosion scales with increasing Ca²⁺ concentration. X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) investigations reveal that a complex carbonate (Fe, Ca)CO₃ forms at high Ca²⁺ concentration due to the gradual replacement of Fe²⁺ in FeCO₃ by Ca²⁺.     

高含CO2油田腐蚀环境下16Mn管线钢电化学腐蚀行为

油田开发生产中,高CO₂环境会引起集输管线严重腐蚀。为了给高CO₂环境腐蚀防护方案提供技术依据,通过动电位极化扫描和电化学阻抗测试研究了温度、溶解O₂对16Mn管线钢在高含CO₂腐蚀环境下电化学腐蚀行为的影响。结果表明:随着温度的升高,16Mn钢的腐蚀电位减小,腐蚀倾向性增强,但腐蚀电流密度大大减小,表现出较好的抗温耐蚀性能;同样温度下,16Mn钢在饱和O₂环境中相比无O₂时极化曲线的腐蚀电流密度减小,交流阻抗谱的电荷传递电阻大大增加,且低温时更显著,表现出较好的低温抗氧耐蚀性能。     

Effect of H2S concentration on the corrosion behavior of pipeline steel under the coexistence of H2S and CO2

The effect of H2S concentration on H2S/CO2 corrosion of API-X60 steel was studied by scanning electron microscopy, a weight-loss method, potentiodynamic polarization tests, and the electrochemical impedance spectroscopy technique. It is found that the cor-rosion process of the steel in an environment where H2S and CO2 coexist at different H2S concentrations is related to the morphological structure and stability of the corrosion product film. With the addition of a small amount of H2S, the size of the anode reaction region is de-creased due to constant adsorption and separation of more FeS sediment or more FeHS＋ions on the surface of the steel. Meanwhile, the dou-ble-layer capacitance is diminished with increasing anion adsorption capacity. Therefore, the corrosion process is inhibited. The general cor-rosion rate of the steel rapidly decreases after the addition of a small amount of H2S under the coexistence of H2S and CO2. With a further increase in H2S concentration, certain parts of the corrosion product film become loose and even fall off. Thus, the protection provided by the corrosion product film worsens, and the corrosion rate tends to increase.     

温度对13Cr不锈钢在高 CO2 分压环境中腐蚀行为的影响

通过高温高压电化学测试,获得不同实验温度下13Cr不锈钢的循环伏安曲线、交流阻抗谱和Mott-Schottky曲线,结合ZSIMPWIN软件和扫描电子显微镜分析,研究高温高CO2 分压环境下,温度对13Cr不锈钢腐蚀电化学行为的影响. 在高温高CO2 分压环境下,随温度升高,13Cr不锈钢发生腐蚀的倾向增加,表面钝化膜稳定性下降,点蚀敏感度增加.     

X70针状铁素体管线钢析出相

用透射电镜研究了X70针状铁素体管线钢中的析出相.一种是以TiN为主、尺寸较大(50nm～1μm)、外形规则、几乎呈立方体的Ti(Nb)NC复合析出相,其中Ti/Nb比值处于5～12之间.另一种是以NbC为主、尺寸十分细小(小于20nm)、形态为圆形或椭圆形的Nb(Ti)C复合析出相,Nb/Ti比值处于1～6.37之间,衍射分析结果表明其为多晶粒构成.分析表明,尺寸较大的方形析出相在1150℃的温度时已经存在,并且在热模拟过程中变化不大.细小圆形析出相绝大部分是在1100～900℃之间析出,而且与基体保持共格或半共格的关系.V的析出不明显,其作用相对较弱.高温热塑性曲线的测量结果显示,在没有变形情况下,1050℃时析出相开始析出,900～850℃之间析出量达到最大.     

Effects of solution environments under disbonded coatings on the corrosion behaviors of X70 pipeline steel in acidic soils

A rectangle crevice assembly was used to study the effects of cathodic protection (CP) potential, crevice thickness, holiday size, bubbling CO₂, and surface condition on the chemical and electrochemical environment of the local solution under disbonded coatings. It is found that the cathodic protection removes dissolved oxygen from the crevice and thus shifts the solution to a more alkaline state. Furthermore, the potential of the steel reaches the protected potential range. The available protection distance increases with the negative applying potential. The steady potential and pH distribution are easily achieved, but the polarization degree is not satisfied within the thinner crevice. The difference in the solution environment is found to correlate to the holiday size. The smaller the holiday, the smaller the difference is. The presence of CO₂ inhibits the formation of an alkaline environment. It is also found that the rust layer dramatically decreases the polarization rate in the crevice.