D0I:10.13374/.issn1001-053x.2012.10.003 第34卷第10期 北京科技大学学报 Vol.34 No.10 2012年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2012 硫化氢质量浓度和温度对碳钢在NACE溶液中腐蚀 行为的影响 刘文会”董宇” 刘建华)☒吴吴)于美”李松梅) 1)北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京1001912)中国人民解放军驻沈阳飞机工业（集团）有限公司军事代表室，沈阳110034 ☒通信作者，E-mail:liujh@buaa.cdu.cn 摘要采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱等电化学实验方法以及扫描电镜和能谱等表面分析技术对20碳钢在不同H,$ 质量浓度(0,95.61,103.22,224.16mgL)、不同温度(25,35,45℃)下的NACE溶液（含C02)中腐蚀行为进行了研究，同时 对该环境下腐蚀产物的形成机制进行了探讨.发现在含有CO2的NACE溶液中，加入少量H,S,能加剧碳钢腐蚀，加速阳极铁 的溶解和阴极氢气的析出.随着H,S质量浓度的增加，腐蚀电流密度增大，碳钢腐蚀加剧.温度升高，腐蚀极化电阻变小，腐 蚀也会加剧.腐蚀试样外层絮状腐蚀产物主要是铁碳化物，接近基体表面的腐蚀产物主要是铁疏化物. 关键词碳钢：腐蚀：硫化氢：温度：NACE溶液 分类号TG172 Effect of H,S concentration and temperature on the corrosion behavior of carbon steel in NACE solution LIU Wen-hui,DONG Yu2),LIU Jian-hua,WU Hao,YU Mei),LI Song-mei 1)School of Materials Science and Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China 2)PLA Military Representative Office,Shenyang Aireraft Industries (Group)Co.Ld.,Shenyang 110034,China XCorresponding author,E-mail:liujh@buaa.edu.cn ABSTRACT The electrochemical corrosion behavior of 20"carbon steel in NACE solutions containing different mass concentrations of HS(0,95.61,103.22,and 224.16 mgL)at different temperatures (25,35,and 45C)was investigated by potentiodynamic polarization tests,electrochemical impedance spectroscopy (EIS),scanning electron microscopy (SEM),and energy dispersive spec- troscopy (EDS).The formation mechanism of corrosion products was also discussed.It is found that the corrosion rate of the carbon steel increases significantly with the addition of a small amount of H,S in the NACE solution by promoting both the anodic iron dissolu- tion and the cathodic hydrogen evolution.The corrosion current density of the carbon steel enhances with the increment of H,S concen- tration.As the temperature of the electrolyte solution increasing,the corrosion rate also increases.The outer loose corrosion products are mainly iron carbonate:but corrosion products formed on the steel surface are mainly composed of iron sulfides. KEY WORDS carbon steel;corrosion:hydrogen sulfide;temperature;NACE solution 在油气生产和运输中一个极为关心的问题就是H,S既可加速铁的腐蚀，也可抑制铁的腐蚀.在酸 酸性气体H,S和C02会引起油气管道的腐蚀.尽管 性介质中，H,S对阳极铁溶解和阴极氢析出，都具有 一些抗腐蚀合金(CPR)己经被选作油气管道材料， 强烈的促进作用.但是，在H2S浓度低于0.04× 以减轻H,S和C0,腐蚀：但长期以来，碳钢因其价格 10-3 mol.dm-3,溶液的pH值介于3~5之间，电极 低廉在油气田中仍有着广泛的应用0.目前国内外 浸入时间大于2h时，H2S对铁的腐蚀起到很强的抑 报道了很多关于碳钢在含有H,S/C0,溶液中腐蚀行 制作用.白真权等回认为：当H2$质量浓度较低 为的研究.Ma等回研究表明：在不同实验条件下， (70mg“m3)和较高(6000mgm-3)时，管线钢的腐 收稿日期：20110803 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51171011)第 34 卷 第 10 期 2012 年 10 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 10 Oct． 2012 硫化氢质量浓度和温度对碳钢在 NACE 溶液中腐蚀 行为的影响 刘文会1) 董 宇2) 刘建华1) ! 吴 昊1) 于 美1) 李松梅1) 1) 北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京 100191 2) 中国人民解放军驻沈阳飞机工业( 集团) 有限公司军事代表室，沈阳 110034 !通信作者，E-mail: liujh@ buaa． edu． cn 摘 要 采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱等电化学实验方法以及扫描电镜和能谱等表面分析技术对 20# 碳钢在不同 H2 S 质量浓度( 0，95. 61，103. 22，224. 16 mg·L － 1 ) 、不同温度( 25，35，45 ℃ ) 下的 NACE 溶液( 含 CO2 ) 中腐蚀行为进行了研究，同时 对该环境下腐蚀产物的形成机制进行了探讨． 发现在含有 CO2的 NACE 溶液中，加入少量 H2 S，能加剧碳钢腐蚀，加速阳极铁 的溶解和阴极氢气的析出． 随着 H2 S 质量浓度的增加，腐蚀电流密度增大，碳钢腐蚀加剧． 温度升高，腐蚀极化电阻变小，腐 蚀也会加剧． 腐蚀试样外层絮状腐蚀产物主要是铁碳化物，接近基体表面的腐蚀产物主要是铁硫化物． 关键词 碳钢; 腐蚀; 硫化氢; 温度; NACE 溶液 分类号 TG172 Effect of H2S concentration and temperature on the corrosion behavior of carbon steel in NACE solution LIU Wen-hui 1) ，DONG Yu2) ，LIU Jian-hua1) !，WU Hao 1) ，YU Mei 1) ，LI Song-mei 1) 1) School of Materials Science and Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China 2) PLA Military Representative Office，Shenyang Aircraft Industries ( Group) Co． Ltd． ，Shenyang 110034，China !Corresponding author，E-mail: liujh@ buaa． edu． cn ABSTRACT The electrochemical corrosion behavior of 20# carbon steel in NACE solutions containing different mass concentrations of H2 S ( 0，95. 61，103. 22，and 224. 16 mg·L － 1 ) at different temperatures ( 25，35，and 45 ℃ ) was investigated by potentiodynamic polarization tests，electrochemical impedance spectroscopy ( EIS) ，scanning electron microscopy ( SEM) ，and energy dispersive spec￾troscopy ( EDS) ． The formation mechanism of corrosion products was also discussed． It is found that the corrosion rate of the carbon steel increases significantly with the addition of a small amount of H2 S in the NACE solution by promoting both the anodic iron dissolu￾tion and the cathodic hydrogen evolution． The corrosion current density of the carbon steel enhances with the increment of H2 S concen￾tration． As the temperature of the electrolyte solution increasing，the corrosion rate also increases． The outer loose corrosion products are mainly iron carbonate; but corrosion products formed on the steel surface are mainly composed of iron sulfides． KEY WORDS carbon steel; corrosion; hydrogen sulfide; temperature; NACE solution 收稿日期: 2011--08--03 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51171011) 在油气生产和运输中一个极为关心的问题就是 酸性气体 H2 S 和 CO2会引起油气管道的腐蚀． 尽管 一些抗腐蚀合金( CPR) 已经被选作油气管道材料， 以减轻 H2 S 和 CO2腐蚀; 但长期以来，碳钢因其价格 低廉在油气田中仍有着广泛的应用［1］． 目前国内外 报道了很多关于碳钢在含有 H2 S /CO2溶液中腐蚀行 为的研究． Ma 等［2］研究表明: 在不同实验条件下， H2 S 既可加速铁的腐蚀，也可抑制铁的腐蚀． 在酸 性介质中，H2 S 对阳极铁溶解和阴极氢析出，都具有 强烈的促进作用． 但是，在 H2 S 浓度低于 0. 04 × 10 － 3 mol·dm － 3 ，溶液的 pH 值介于 3 ～ 5 之间，电极 浸入时间大于 2 h 时，H2 S 对铁的腐蚀起到很强的抑 制作用． 白真权等［3］ 认为: 当 H2 S 质量浓度较低 ( 70 mg·m － 3 ) 和较高( 6 000 mg·m － 3 ) 时，管线钢的腐 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.003