D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.03.009 第29卷第3期 北京科技大学学报 Vol.29 No.3 2007年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2007 CO2分压对N80钢腐蚀产物膜保护性能的影响 陈东柳伟路民旭吴荫顺侯世颖 陈迎锋 北京科技大学材料科学与工程学院，北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点实验室，北京100083 摘要利用高温高压釜对N80钢进行了两种温度、不同C02分压下的腐蚀实验.测量了腐蚀速率，观察了腐蚀产物膜的宏 观形貌及去除腐蚀产物膜后金属基体的表面状态，用扫描电镜(SEM)观察了腐蚀产物膜的微观形貌并测量了膜的厚度，对在 不同条件下成膜的N80钢进行了电化学极化曲线与交流阻抗谱(ES)分析·结果表明：C02分压升高，腐蚀产物膜保护性能提 高，但由于介质的腐蚀性增强，腐蚀速率上升：膜局部缺陷是导致金属基体表面点蚀的主要诱因，C02分压升高有利于减少65 ℃时膜表面的局部缺陷：在90℃下腐蚀产物膜的保护性能比65℃下对C02分压的变化更为敏感 关键词N80钢：腐蚀产物膜：CO2分压：交流阻抗谱(EIS);极化曲线 分类号TG172 C02腐蚀是目前油气采集输运中管道的主要腐 至800，丙酮清洗除油，测量试样尺寸，然后用硅胶 蚀形式之一，为了正确预测并有效控制管道的腐 将试样粘于夹具上并暴露出已打磨的待腐蚀面，等 蚀，对C02腐蚀机理的研究显得非常重要叮，钢的 封装试样的硅胶凝固后，将夹具放入反应金中，通入 CO2腐蚀主要产物FCO3沉积在金属表面以后形 N2气10h除氧，设定流速为1ms1,然后再通入 成腐蚀产物膜[☑，C02分压是C02腐蚀重要的影响 C02气2h除氮，升温至需要的温度，设置C02分压 因素之一，它会对溶液的pH值和溶液中溶解的 为需要的值.参数分别设定为65℃和90℃下的 C02系列化合物的浓度产生直接影响从而影响腐蚀 0.1~1.5MPa,每组试样腐蚀240h后取出，一部 的速率3].目前，在研究C02分压对钢腐蚀速率、 分用失重法计算腐蚀速率；另一部分用SEM进行 腐蚀形貌的影响方面，已经进行了大量的工作，但是 腐蚀产物膜的正面与截面相观察、厚度测量， 对于C02分压对腐蚀产物膜的各项性能参数影响 1.2电化学测试 及这些参数对膜保护性能的影响的研究较少，本文 电化学测试采用三电极体系，辅助电极为铂电 使用高温高压釜，在两种温度、不同CO2分压下对 极，参比电极为饱和甘汞电极.实验仪器为Prince N80钢进行腐蚀实验，分析了CO2分压对腐蚀产物 ton Parstat2273电化学测试系统，为了控制测试温 膜保护性能的影响， 度，实验在恒温水浴中进行，实验介质为进行腐蚀 反应时所用的模拟油田采出水溶液，工作电极为不 1实验 同条件下腐蚀10d的N80钢试样，将腐蚀后的试样 1.1高温高压动态C02腐蚀实验 切成小块，用铜导线焊在没有腐蚀产物膜的一面，然 实验材料为N80油管钢，化学成分（质量分 后用704硅胶将腐蚀产物膜以外的部位封住，组装 数，%)为：C,0.24;Si,0.22;Mn,1.19;P,0.013; 好电解池后将其放入恒温水浴内，设置温度为 S,0.004:Cr,0.036;Mo,0.021;Ni,0.028.腐蚀实 25℃，以C02除氧2h,然后开始电化学测试，测试 验介质为：2568mgL-1Na+,64mgL-1Ca2+, 时持续通入C02并保持常压，动电位极化曲线的扫 78mg-L-I Mg2+,3580 mg .L-1 Cl-,48 mg.L- 描区间为相对自然腐蚀电位的一500~十800mV, S0和863mgL-1HC03的模拟油田采出水溶 扫描速率为2mVs.交流阻抗谱测试的频率区 间为5kHh~200mHz,电位的幅值为4mV, 液。腐蚀实验仪器使用自行设计的高温高压釜 实验前，将试样的实验面用SC砂纸逐级打磨 2实验结果与分析 收稿日期：2005-12-26修回日期：2006-02-23 2.1腐蚀失重 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(N。,50231020) 各C02分压下腐蚀10d的失重如图1所示，在 作者简介：陈东(1982一)：男，硕士研究生；路民旭(1954一)，男， 同一温度下，腐蚀失重或10d平均腐蚀速率随C02 教授，博士生导师CO2 分压对 N80钢腐蚀产物膜保护性能的影响 陈 东 柳 伟 路民旭 吴荫顺 侯世颖 陈迎锋 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点实验室‚北京100083 摘 要 利用高温高压釜对 N80钢进行了两种温度、不同 CO2 分压下的腐蚀实验．测量了腐蚀速率‚观察了腐蚀产物膜的宏 观形貌及去除腐蚀产物膜后金属基体的表面状态‚用扫描电镜（SEM）观察了腐蚀产物膜的微观形貌并测量了膜的厚度‚对在 不同条件下成膜的 N80钢进行了电化学极化曲线与交流阻抗谱（EIS）分析．结果表明：CO2 分压升高‚腐蚀产物膜保护性能提 高‚但由于介质的腐蚀性增强‚腐蚀速率上升；膜局部缺陷是导致金属基体表面点蚀的主要诱因‚CO2 分压升高有利于减少65 ℃时膜表面的局部缺陷；在90℃下腐蚀产物膜的保护性能比65℃下对 CO2 分压的变化更为敏感． 关键词 N80钢；腐蚀产物膜；CO2 分压；交流阻抗谱（EIS）；极化曲线 分类号 TG172 收稿日期：20051226 修回日期：20060223 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（No．50231020） 作者简介：陈 东（1982—）‚男‚硕士研究生；路民旭（1954—）‚男‚ 教授‚博士生导师 CO2 腐蚀是目前油气采集输运中管道的主要腐 蚀形式之一．为了正确预测并有效控制管道的腐 蚀‚对 CO2 腐蚀机理的研究显得非常重要［1］．钢的 CO2 腐蚀主要产物 FeCO3 沉积在金属表面以后形 成腐蚀产物膜［2］．CO2 分压是 CO2 腐蚀重要的影响 因素之一‚它会对溶液的 pH 值和溶液中溶解的 CO2 系列化合物的浓度产生直接影响从而影响腐蚀 的速率［3—4］．目前‚在研究 CO2 分压对钢腐蚀速率、 腐蚀形貌的影响方面‚已经进行了大量的工作‚但是 对于 CO2 分压对腐蚀产物膜的各项性能参数影响 及这些参数对膜保护性能的影响的研究较少．本文 使用高温高压釜‚在两种温度、不同 CO2 分压下对 N80钢进行腐蚀实验‚分析了 CO2 分压对腐蚀产物 膜保护性能的影响． 1 实验 1∙1 高温高压动态 CO2 腐蚀实验 实验材料为 N80油管钢‚化学成分（质量分 数‚％）为：C‚0∙24；Si‚0∙22；Mn‚1∙19；P‚0∙013； S‚0∙004；Cr‚0∙036；Mo‚0∙021；Ni‚0∙028．腐蚀实 验介质为：2568mg·L —1 Na ＋‚64mg·L —1 Ca 2＋‚ 78mg·L —1 Mg 2＋‚3580mg·L —1 Cl —‚48mg·L —1 SO 2— 4 和863mg·L —1 HCO — 3 的模拟油田采出水溶 液．腐蚀实验仪器使用自行设计的高温高压釜． 实验前‚将试样的实验面用 SiC 砂纸逐级打磨 至800＃‚丙酮清洗除油‚测量试样尺寸‚然后用硅胶 将试样粘于夹具上并暴露出已打磨的待腐蚀面．等 封装试样的硅胶凝固后‚将夹具放入反应釜中‚通入 N2 气10h 除氧‚设定流速为1m·s —1‚然后再通入 CO2 气2h 除氮．升温至需要的温度‚设置 CO2 分压 为需要的值．参数分别设定为65℃和90℃下的 0∙1～1∙5MPa．每组试样腐蚀240h 后取出．一部 分用失重法计算腐蚀速率；另一部分用 SEM 进行 腐蚀产物膜的正面与截面相观察、厚度测量． 1∙2 电化学测试 电化学测试采用三电极体系‚辅助电极为铂电 极‚参比电极为饱和甘汞电极．实验仪器为 Prince￾ton Parstat2273电化学测试系统．为了控制测试温 度‚实验在恒温水浴中进行．实验介质为进行腐蚀 反应时所用的模拟油田采出水溶液．工作电极为不 同条件下腐蚀10d 的 N80钢试样‚将腐蚀后的试样 切成小块‚用铜导线焊在没有腐蚀产物膜的一面‚然 后用704硅胶将腐蚀产物膜以外的部位封住．组装 好电解池后将其放入恒温水浴内‚设置温度为 25℃‚以 CO2 除氧2h‚然后开始电化学测试‚测试 时持续通入 CO2 并保持常压．动电位极化曲线的扫 描区间为相对自然腐蚀电位的—500～＋800mV‚ 扫描速率为2mV·s —1．交流阻抗谱测试的频率区 间为5kHz～200mHz‚电位的幅值为4mV． 2 实验结果与分析 2∙1 腐蚀失重 各 CO2 分压下腐蚀10d 的失重如图1所示．在 同一温度下‚腐蚀失重或10d 平均腐蚀速率随 CO2 第29卷 第3期 2007年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．3 Mar．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．03．009