孟凡娟等：3Cr钢在油水两相层流工况下的腐蚀行为 1033· 表3腐蚀产物EDS测试结果（原子数分数） Table 3 Corrosion products'results of EDS (atomic fraction) % Elements Fe Cr Ca 0 3Cr in Single water phase 10.06 22.89 65.68 X65 in water phase from 10%oil mixture 20.50 一 一 59.01 Inner layer of 3Cr in water phase from 10%oil mixture 6.67 18.63 3.95 52.46 Outer layer of 3Cr in water phase from 10%oil mixture 18.82 3.76 51.12 X65 in water phase from 10%oil mixture with OAl 44.29 一 14.03 Inner layer of 3Cr in water phase from 10%oil mixture with OAl 20.31 6.44 4.09 54.78 Outer layer of 3Cr in water phase from 10%oil mixture with OAl 20.03 6.98 58.29 25000 在温度为60℃、实验压力为0.8MPa的条件 1-Fe 下，根据未添加缓蚀剂时3Cr钢在油水分层后水 2000010%oil+0AL-3Cm 2-FeCO; 22 相区的ES结果，将其腐蚀过程分为三个阶段 15000F10%oil+0AI-X65 (1)腐蚀初期：如图8(a)所示，其能奎斯特 (Nyquist)图由高频容抗弧、中频感抗弧和低频容 10000 F10%oil-3Cr 2 10%0l-X65 抗弧共同组成，高频容抗弧的出现与腐蚀产物的 5000 生长有关，中频感抗弧出现的原因在于基体表 Water-3Cr 面的烷烃分子逐渐被水分子取代，且随时间的延 20 40 60 80 长，取代过程越发剧烈.如图9所示，腐蚀18h后 28M) 未出现明显的腐蚀产物，表明此时试样表面处于 图63Cr钢及X65钢没泡120h后的XRD测试结果 活化状态. Fig.6 XRD results of 3Cr and X65 steel after immersion for 120 h (2)腐蚀中期：如图8(b)所示，Nyquist图仍由 600 -Water-3Cr 高频容抗弧、中频感抗弧和低频容抗弧组成.随 .-10%oi-3Cr 10%oil+OAI-3Cr 着时间推移，其阻抗弧逐渐增大，腐蚀产物膜逐 400 Cr(OH) 渐在3Cr表面形成，如图10所示，腐蚀产物膜覆盖 Cr(OH). 度逐渐增大，表面活化区逐渐减小.中频感抗弧主 要与中间腐蚀产物FeOHac和CrOHads的吸脱附 200 有关2阿 (3)腐蚀后期：如图8(c)所示，Nyquist图由双 容抗弧组成，感抗弧消失，表明此阶段在3Cr钢基 200 400600800 1000 Raman shift/cm- 体表面生成了较为完整的腐蚀产物膜，随着时间 图73Cr钢经120h浸泡后在水相区的腐蚀产物膜拉曼分析结果 延长，腐蚀产物膜厚度增加，对腐蚀的抑制逐渐增 Fig.7 Raman analysis of corrosion product film in 3Cr steel after 强，该过程与图5所示120h后的腐蚀产物膜形貌 immersion for 120 h 相符 根据上述腐蚀反应的阻抗谱特性，利用图11 钢的耐蚀性，但在油水分层后的水相区，C(OH3 等效电路对其进行拟合.其中，R代表溶液电阻， 峰强度减弱，且峰位发生了偏移，烷烃分子的存在 2cm2,CPEr用于拟合膜层电容，R代表膜层电阻， 千扰了Cr(OH)3的形成.当加注100mgL-OAI缓 2cm2,CPEa用于拟合双电层电容，Y2和n2为 蚀剂后，Cr(OH)3进一步减少 CPEd的两个参数，R:为电荷转移电阻，2cm2, 2.2腐蚀电化学 R为感抗电阻，2cm2,表4为阻抗谱参数拟合 高温高压模拟实验表明，在油水分层后的水 结果 相区，3Cr钢仍表现出良好的抗CO2腐蚀性能，但 如图12所示，在温度为60℃、实验压力为 与OI缓蚀剂并不兼容，因此，进一步利用交流阻 0.8MPa的条件下，加注100 mgL OAI缓蚀剂后， 抗对其腐蚀过程进行连续测试. 3Cr钢在油水分层后水相区的EIS结果，其腐蚀过钢的耐蚀性，但在油水分层后的水相区，Cr(OH)3 峰强度减弱，且峰位发生了偏移，烷烃分子的存在 干扰了 Cr(OH)3 的形成. 当加注 100 mg∙L−1 OAI 缓 蚀剂后，Cr(OH)3 进一步减少. 2.2    腐蚀电化学 高温高压模拟实验表明，在油水分层后的水 相区，3Cr 钢仍表现出良好的抗 CO2 腐蚀性能，但 与 OAI 缓蚀剂并不兼容，因此，进一步利用交流阻 抗对其腐蚀过程进行连续测试. 在温度为 60 ℃、实验压力为 0.8 MPa 的条件 下，根据未添加缓蚀剂时 3Cr 钢在油水分层后水 相区的 EIS 结果，将其腐蚀过程分为三个阶段. （ 1）腐蚀初期：如图 8（ a）所示，其能奎斯特 （Nyquist）图由高频容抗弧、中频感抗弧和低频容 抗弧共同组成，高频容抗弧的出现与腐蚀产物的 生长有关[24] ，中频感抗弧出现的原因在于基体表 面的烷烃分子逐渐被水分子取代，且随时间的延 长，取代过程越发剧烈. 如图 9 所示，腐蚀 18 h 后 未出现明显的腐蚀产物，表明此时试样表面处于 活化状态. （2）腐蚀中期：如图 8（b）所示，Nyquist 图仍由 高频容抗弧、中频感抗弧和低频容抗弧组成. 随 着时间推移，其阻抗弧逐渐增大，腐蚀产物膜逐 渐在 3Cr 表面形成，如图 10 所示，腐蚀产物膜覆盖 度逐渐增大，表面活化区逐渐减小. 中频感抗弧主 要与中间腐蚀产物 FeOHads 和 CrOHads 的吸脱附 有关[25] . （3）腐蚀后期：如图 8（c）所示，Nyquist 图由双 容抗弧组成，感抗弧消失，表明此阶段在 3Cr 钢基 体表面生成了较为完整的腐蚀产物膜，随着时间 延长，腐蚀产物膜厚度增加，对腐蚀的抑制逐渐增 强，该过程与图 5 所示 120 h 后的腐蚀产物膜形貌 相符. 根据上述腐蚀反应的阻抗谱特性，利用图 11 等效电路对其进行拟合. 其中，Rs 代表溶液电阻， Ω·cm2 ，CPEf 用于拟合膜层电容，Rf 代表膜层电阻， Ω·cm2 ， CPEdl 用 于 拟 合 双 电 层 电 容 ， Y2 和 n2 为 CPEdl 的两个参数 ， Rct 为电荷转移电阻 ， Ω·cm2 ， RL 为感抗电阻 ， Ω·cm2 ，表 4 为阻抗谱参数拟合 结果. 如图 12 所示，在温度为 60 ℃、实验压力为 0.8 MPa 的条件下，加注 100 mg∙L−1 OAI 缓蚀剂后， 3Cr 钢在油水分层后水相区的 EIS 结果，其腐蚀过 20 40 60 80 0 5000 10000 15000 20000 25000 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 10%oil+OAI-3Cr 1 10%oil+OAI-X65 10%oil-3Cr 10%oil-X65 2θ/(°) Relative intensity 1—Fe 2—FeCO3 Water-3Cr 图 6    3Cr 钢及 X65 钢浸泡 120 h 后的 XRD 测试结果 Fig.6    XRD results of 3Cr and X65 steel after immersion for 120 h 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 FeCO3 Cr(OH)3 Cr(OH)3 Raman shift/cm−1 Relative intensity Water-3Cr 10%oil-3Cr 10%oil+OAI-3Cr 图 7    3Cr 钢经 120 h 浸泡后在水相区的腐蚀产物膜拉曼分析结果 Fig.7     Raman  analysis  of  corrosion  product  film  in  3Cr  steel  after immersion for 120 h 表 3 腐蚀产物 EDS 测试结果（原子数分数） Table 3  Corrosion products’ results of EDS (atomic fraction) % Elements Fe Cr Ca O 3Cr in Single water phase 10.06 22.89 — 65.68 X65 in water phase from 10% oil mixture 20.50 — — 59.01 Inner layer of 3Cr in water phase from 10% oil mixture 6.67 18.63 3.95 52.46 Outer layer of 3Cr in water phase from 10% oil mixture 18.82 — 3.76 51.12 X65 in water phase from 10% oil mixture with OAI 44.29 — — 14.03 Inner layer of 3Cr in water phase from 10% oil mixture with OAI 20.31 6.44 4.09 54.78 Outer layer of 3Cr in water phase from 10% oil mixture with OAI 20.03 — 6.98 58.29 孟凡娟等： 3Cr 钢在油水两相层流工况下的腐蚀行为 · 1033 ·