·152· 北京科技大学学报 第34卷 Cr 外 金属基体 膜 内层膜 金属基体 154m 图43%Cr管线钢腐蚀产物膜的结构和成分分布(C02分压为0.8MPa、液体流速为1.0m·s1).(a)3%Cr管线钢腐蚀产物膜截面的 SEM背散射电子像：(b)沿图(a)中灰线对腐蚀产物膜进行的EDS线扫描分析 Fig.4 Structure and element distributions of corrosion products on 3%Cr pipeline steel Pco =0.8 MPa,flow velocity =1.0 m's"):a)SEM backseattered electron image of the cross-section of the corosion products;(b)EDS analysis of the corrosion products in accordance with the direc- tion of the grey line in Fig.a) 2 1-FeCO, 非晶态FeCO, 2-Fe 3-fe0 140℃ 140℃ 4h31411 4-Fe0 3.4 120℃ p311 100℃ 80℃ 0102030405060708090100110 0 20 40 60 100 20 20m 图53%Cr管线钢腐蚀产物膜的XRD图谱.(a)外层膜：(b)内层膜 Fig.5 XRD patterns of the corrosion production scales:(a)outer layer:(b)inner layer 量的晶粒有规则的堆积，且晶粒边缘不如80℃和 可见，内层膜明显不同于外层膜，呈现胶泥状、非晶 100℃时的规则.140℃时，晶粒边缘出现了典型的 态特征，不同温度下内层膜均发生龟裂，裂缝呈网状 锯齿状特征.可以认为，这是由于高温下晶粒发生 分布.在80℃时内层膜的龟裂程度较大；随着温度 了部分分解导致的. 升高，如140℃时，内层膜的龟裂程度明显减小.文 在80℃、0.8MPaC02分压及液体流速为 献[20]表明，3%Cr管线钢腐蚀产物膜的龟裂主要 1.0ms条件下，X65管线钢腐蚀产物膜表面形貌 是由于膜脱水所致.虽然龟裂程度与膜厚存在一定 如图7()所示，X65管线钢腐蚀产物膜局部出现了 关系(80℃时内层膜厚度明显高于140℃，见图9)， 破损.高倍下观察圆圈位置（破损处）的形貌，如 但从开裂情况、裂缝形貌也可反映出不同温度下内 图7(b)所示，膜具有内外两层结构，均由晶体堆垛 层膜在成分、物理性能上可能存在一定差别. 而成，且内层晶粒尺寸明显大于外层晶粒尺寸.对 2.4不同温度下腐蚀产物膜成分分析 比X65管线钢和3%Cr管线钢腐蚀产物膜可知，外 表3为不同温度下3%C管线钢内外层腐蚀产 层都为晶体堆垛结构，二者的主要差别体现在内 物膜的能谱(EDS)分析结果.可见，外层产物膜中 层膜 主要含有Fe、O以及部分Ca、Mg等元素，Cr元素含 考虑到碳钢的抗CO,腐蚀性能与腐蚀产物膜 量极低（由于进行了喷C处理，未对C元素含量进 密切相关，而3%C管线钢腐蚀产物膜与碳钢的最 行分析)·对不同温度下腐蚀产物膜的XRD图谱进 大不同之处就在于内层膜的形貌和成分.为了深入 行分析（图5），外层膜主要由FeC0,晶体构成. 研究3%C管线钢内层膜，用外力轻轻除去外层膜 120℃时，内外层腐蚀产物膜间结合紧密，外力作用 后，利用SEM观察内层膜表面形貌，如图8所示. 下易整体从金属表面脱落，以致露出基体，故XRD北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 4 3% Cr 管线钢腐蚀产物膜的结构和成分分布( CO2 分压为 0. 8 MPa、液体流速为 1. 0 m·s － 1 ) . ( a) 3% Cr 管线钢腐蚀产物膜截面的 SEM 背散射电子像; ( b) 沿图( a) 中灰线对腐蚀产物膜进行的 EDS 线扫描分析 Fig． 4 Structure and element distributions of corrosion products on 3% Cr pipeline steel ( PCO = 0. 8 MPa，flow velocity = 1. 0 m·s － 1 ) : ( a) SEM backscattered electron image of the cross － section of the corrosion products; ( b) EDS analysis of the corrosion products in accordance with the direc￾tion of the grey line in Fig． ( a) 图 5 3% Cr 管线钢腐蚀产物膜的 XRD 图谱 . ( a) 外层膜; ( b) 内层膜 Fig． 5 XRD patterns of the corrosion production scales: ( a) outer layer; ( b) inner layer 量的晶粒有规则的堆积，且晶粒边缘不如 80 ℃ 和 100 ℃时的规则． 140 ℃ 时，晶粒边缘出现了典型的 锯齿状特征． 可以认为，这是由于高温下晶粒发生 了部分分解导致的． 在 80 ℃、0. 8 MPa CO2 分 压 及 液 体 流 速 为 1. 0 m·s － 1 条件下，X65 管线钢腐蚀产物膜表面形貌 如图 7( a) 所示，X65 管线钢腐蚀产物膜局部出现了 破损． 高倍下观察圆圈位置( 破损处) 的形貌，如 图 7( b) 所示，膜具有内外两层结构，均由晶体堆垛 而成，且内层晶粒尺寸明显大于外层晶粒尺寸． 对 比 X65 管线钢和 3% Cr 管线钢腐蚀产物膜可知，外 层都为晶体堆垛结构，二者的主要差别体现在内 层膜． 考虑到碳钢的抗 CO2 腐蚀性能与腐蚀产物膜 密切相关，而 3% Cr 管线钢腐蚀产物膜与碳钢的最 大不同之处就在于内层膜的形貌和成分． 为了深入 研究 3% Cr 管线钢内层膜，用外力轻轻除去外层膜 后，利用 SEM 观察内层膜表面形貌，如图 8 所示． 可见，内层膜明显不同于外层膜，呈现胶泥状、非晶 态特征，不同温度下内层膜均发生龟裂，裂缝呈网状 分布． 在 80 ℃时内层膜的龟裂程度较大; 随着温度 升高，如 140 ℃时，内层膜的龟裂程度明显减小． 文 献［20］表明，3% Cr 管线钢腐蚀产物膜的龟裂主要 是由于膜脱水所致． 虽然龟裂程度与膜厚存在一定 关系( 80 ℃时内层膜厚度明显高于 140 ℃，见图 9) ， 但从开裂情况、裂缝形貌也可反映出不同温度下内 层膜在成分、物理性能上可能存在一定差别． 2. 4 不同温度下腐蚀产物膜成分分析 表 3 为不同温度下 3% Cr 管线钢内外层腐蚀产 物膜的能谱( EDS) 分析结果． 可见，外层产物膜中 主要含有 Fe、O 以及部分 Ca、Mg 等元素，Cr 元素含 量极低( 由于进行了喷 C 处理，未对 C 元素含量进 行分析) ． 对不同温度下腐蚀产物膜的 XRD 图谱进 行分析 ( 图 5 ) ，外层膜主要由 FeCO3 晶体构成． 120 ℃时，内外层腐蚀产物膜间结合紧密，外力作用 下易整体从金属表面脱落，以致露出基体，故 XRD ·152·