D0L:10.13374/.issm1001-053x.2012.02.007 第34卷第2期 北京科技大学学报 Vol.34 No.2 2012年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2012 温度对3%Cr管线钢C0,腐蚀产物膜的影响 许立宁)四 陈太辉)常炜)路民旭”张 雷) 1)北京科技大学新材料技术研究院，北京1000832)中海石油研究总院，北京100027 ☒通f信作者，E-mail:xulining@usth.edu.cn 摘要经济型低Cr合金钢具有较好的抗C0,腐蚀性能，利用高温高压反应釜研究了3%C管线钢的C0,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，C02分压0.8MPa、液体流速1.0ms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%C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CrFe=8/S),主要由含Cr化合物和非晶态FCO,构成，并随着温度的升高， Cr富集程度增加，内层膜厚度降低：外层膜则由品态FCO,堆积而成. 关键词管线钢：二氧化碳：腐蚀；温度：铬 分类号TG172 Effect of temperature on CO,corrosion production scales on 3%Cr pipeline steel XU Li-ning,CHEN Tai-hui,CHANG Wei,LU Minu,ZHANG Le 1)Institute for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)CNOOC Research Institute,Beijing 100027,China Corresponding author.E-mail:xulining@ustb.edu.cn ABSTRACT Economic low-ehromium steels show superior resistance to CO,corrosion.The corrosion performance of 3%Cr pipeline steel was studied with a high-temperature and high-pressure autoclave.In a CO environment,X-ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM)and energy-dispersive spectrometry EDS)were used to analyze the morphologies and characteristics of corrosion production scales on 3%Cr steel.The formation of the scales at different temperatures was also discussed.The results show that when the CO2 partial pressure is0.8 MPa and the flow velocity is 1.0mswithin the temperature range of 40 to 140C,the aver- age corrosion rate first increases and then decreases with increasing temperature,and its maximum can be obtained at about 100 C.For all the test conditions no localized corrosion was observed.There is a twoayer structure in the scales.The inner layer,which is mainly composed of Cr compounds and amorphous FeCO,,is denser and more stable because of Cr enrichment.The Cr content of the inner layer increases with increasing temperature and the mass ratio of Cr to Fe can reach 8/5.The outer layer is formed from the precipitati- on of crystalline FeCO. KEY WORDS pipeline steel:carbon dioxide;corrosion:temperature;chromium 长久以来，CO2腐蚀一直是石油工业用材面临 役过程中无需加注缓蚀剂，在油气集输和长输管 的最严重问题之一·统计表明，60%的海上油气田 道方面具有广阔的应用前景，近年来已引起众多 腐蚀失效是由碳钢的抗C02腐蚀性能较差导致 科研工作者的广泛关注).3%Cr油套管钢已获 的).通过合金化的方法向碳钢中加入质量分 得批量生产，在油气田现场应用中表现出优异的 数1%~5%的Cr(称为低Cr管线钢)则具有较好 耐蚀性能，带来了巨大的经济效益.3%C管线 的抗C02腐蚀性能，它比碳钢更能适应较为苛刻 钢耐蚀性提高的主要原因在于Cr元素的加人明显 的介质环境，且力学性能良好，投资成本较低，服 改变了腐蚀产物膜的结构、致密度和稳定性1-6. 收稿日期：2010-12-23 基金项目：国家科技重大专项资助项目(2011ZX05056001)第 34 卷 第 2 期 2012 年 2 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 2 Feb． 2012 温度对 3%Cr 管线钢 CO2 腐蚀产物膜的影响 许立宁1) 陈太辉1) 常 炜2) 路民旭1) 张 雷1) 1) 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083 2) 中海石油研究总院，北京 100027 通信作者，E-mail: xulining@ ustb． edu． cn 摘 要 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． 关键词 管线钢; 二氧化碳; 腐蚀; 温度; 铬 分类号 TG172 Effect of temperature on CO2 corrosion production scales on 3%Cr pipeline steel XU Li-ning1) ，CHEN Tai-hui 1) ，CHANG Wei 2) ，LU Min-xu1) ，ZHANG Lei 1) 1) Institute for Advanced Materials and Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) CNOOC Research Institute，Beijing 100027，China Corresponding author，E-mail: xulining@ ustb． edu． cn ABSTRACT Economic low-chromium steels show superior resistance to CO2 corrosion． The corrosion performance of 3% Cr pipeline steel was studied with a high-temperature and high-pressure autoclave． In a CO2 environment，X-ray diffraction ( XRD) ，scanning electron microscopy ( SEM) and energy-dispersive spectrometry ( EDS) were used to analyze the morphologies and characteristics of corrosion production scales on 3% Cr steel． The formation of the scales at different temperatures was also discussed． The results show that when the CO2 partial pressure is 0. 8 MPa and the flow velocity is 1. 0 m·s － 1 within the temperature range of 40 to 140 ℃，the aver￾age corrosion rate first increases and then decreases with increasing temperature，and its maximum can be obtained at about 100 ℃ ． For all the test conditions no localized corrosion was observed． There is a two-layer structure in the scales． The inner layer，which is mainly composed of Cr compounds and amorphous FeCO3，is denser and more stable because of Cr enrichment． The Cr content of the inner layer increases with increasing temperature and the mass ratio of Cr to Fe can reach 8 /5． The outer layer is formed from the precipitati￾on of crystalline FeCO3 ． KEY WORDS pipeline steel; carbon dioxide; corrosion; temperature; chromium 收稿日期: 2010--12--23 基金项目: 国家科技重大专项资助项目( 2011ZX05056--001) 长久以来，CO2 腐蚀一直是石油工业用材面临 的最严重问题之一． 统计表明，60% 的海上油气田 腐蚀失效是由碳钢的抗 CO2 腐蚀性能较差导致 的［1--3］． 通过合金化的方法向碳钢中加入质量分 数 1% ～ 5% 的 Cr( 称为低 Cr 管线钢) 则具有较好 的抗 CO2 腐蚀性能，它比碳钢更能适应较为苛刻 的介质环境，且力学性能良好，投资成本较低，服 役过程中无需加注缓蚀剂，在油气集输和长输管 道方面具有广阔的应用前景，近年来已引起众多 科研工作者的广泛关注［4--9］． 3% Cr 油套管钢已获 得批量生产，在油气田现场应用中表现出优异的 耐蚀性能，带来了巨大的经济效益［10］． 3% Cr 管线 钢耐蚀性提高的主要原因在于 Cr 元素的加入明显 改变了腐蚀产物膜的结构、致密度和稳定性［11--16］． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.007