孟凡娟等：3Cr钢在油水两相层流工况下的腐蚀行为 ·1035· (a) (b) (c) FeOH/CrOH 3Cr substrate Corrosion film Oil Corrosion film- 3Cr substrate 3Cr substrate 图11未添加缓蚀剂时3Cr钢在油水分层后水相区的EIS测试等效电路图.(a)腐蚀初期(1、3、6、18h):(b)腐蚀中期(24、36、48、72h):(c)腐 蚀后期(110、120h) Fig.11 Equivalent circuit used for fitting the EIS results of 3Cr steel in the aqueous phase after oil-water two phase stratification without corrosion inhibitor:(a)initial stage of corrosion(1,3,6,18 h);(b)middle stage of corrosion (24,36,48,72 h);(c)later stage of corrosion (110,120 h) 表4未添加缓蚀剂时3Cr钢在油水分层后水相区的EIS等效电路拟合结果 Table 4 Parameter values of the equivalent circuit of EIS of 3Cr steel in the aqueous phase after oil-water two phase stratification without corrosion inhibitor CPE CPEa h R/(O.cm) RO.cm) R/O-cm2) R/O-cm) L/H.cm) Y/10.cms") n /(O.cm 2.s") 1 3.423 6.291 0.726 1.21×102 0.381 1.000 71.11 12.950 1.678 3.714 6.599 0.750 1.00×102 0.626 1.000 60.81 9.845 1.588 6 4.060 7.229 0.808 48.85 0.822 1.000 6.35 8.304 2.306 18 4.497 7.499 0.840 39.34 1.205 1.000 5.41 9.225 2.526 24 4.727 7.461 0.841 41.72 1.340 1.000 11.62 9.183 2.584 36 5.072 7.160 0.850 46.54 1.983 1.000 10.91 9.853 2.962 5.493 7.422 0.851 51.95 3.825 1.000 9.09 11.430 3.640 2 5.979 6.533 0.815 67.23 1.739 1.000 8.31 10.680 3.530 110 5.321 6.931 0.753 21.42 1.407 1.000 61.71 120 4.874 5.806 0.508 23.30 1351 1.000 68.45 物膜层电阻，CPE用于拟合缓蚀剂膜层电容，Ra 分子，打乱了缓蚀剂分子的规则排列，缓蚀剂分子 代表缓蚀剂膜电阻，2cm2,CPE2与图l3(a)CPE 无法在3C钢表面迅速吸附，需要一个较长的孕 一致，均用于拟合腐蚀产物膜层电容，R2与图13(a) 育周期27，此阶段Cr元素迅速富集形成C(OH)3 R一致，均代表腐蚀产物膜层电阻，CPE用于拟 沉积层覆盖于基体表面.随着腐蚀反应的进行，缓 合双电层电容，Y3和n3为CPEa的两个参数，R 蚀剂分子逐渐吸附于基体表面，直至完全覆盖于 为电荷转移电阻，2cm2,吸附和脱附过程的中频 金属表面 感抗弧使用电阻元件R和电感L拟合，R为感抗 结合上述SEM、XRD、激光共聚焦拉曼光谱 电阻，2cm2 及EIS测试结果，对油水分层后水相区3Cr钢的腐 表5为温度60℃、实验压力0.8MPa条件下， 蚀行为及OAI缓蚀剂的缓蚀机理做了初步讨论 加注100 mg-L OAI缓蚀剂后，3Cr钢在油水分层 未添加缓蚀剂时，腐蚀反应初期如图14(a)所 后水相区的EIS等效电路拟合参数.随浸泡时间 示，水相中未完全分离的烷烃分子作用在金属基 的增加，R?逐渐增大，CPE2先减小而后呈现波动 体表面.随着反应进行，水相逐渐取代烷烃分子作 性变化.腐蚀初期，3Cr钢表面富Cr层的生成占主 用于基体表面发生腐蚀.随着浸泡时间延长，金属 导作用，缓蚀剂的加入，降低了油水的界面张力， 基体为水润湿的状态，CO2溶解于水相形成 水相中烷烃分子增多，烷烃分子吸附部分缓蚀剂 H2CO3,逐渐电离为H、HCO3和C032物膜层电阻，CPEf1 用于拟合缓蚀剂膜层电容，Rf1 代表缓蚀剂膜电阻，Ω·cm2 ，CPEf2 与图 13（a） CPEf 一致，均用于拟合腐蚀产物膜层电容，Rf2 与图 13（a） Rf 一致，均代表腐蚀产物膜层电阻，CPEdl 用于拟 合双电层电容，Y3 和 n3 为 CPEdl 的两个参数，Rct 为电荷转移电阻，Ω·cm2 ，吸附和脱附过程的中频 感抗弧使用电阻元件 RL 和电感 L 拟合，RL 为感抗 电阻，Ω·cm2 . 表 5 为温度 60 ℃、实验压力 0.8 MPa 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 等效电路拟合参数. 随浸泡时间 的增加，Rf2 逐渐增大，CPEf2 先减小而后呈现波动 性变化. 腐蚀初期，3Cr 钢表面富 Cr 层的生成占主 导作用，缓蚀剂的加入，降低了油水的界面张力[26] ， 水相中烷烃分子增多，烷烃分子吸附部分缓蚀剂 分子，打乱了缓蚀剂分子的规则排列，缓蚀剂分子 无法在 3Cr 钢表面迅速吸附，需要一个较长的孕 育周期[27] ，此阶段 Cr 元素迅速富集形成 Cr(OH)3 沉积层覆盖于基体表面. 随着腐蚀反应的进行，缓 蚀剂分子逐渐吸附于基体表面，直至完全覆盖于 金属表面. 结合上述 SEM、XRD、激光共聚焦拉曼光谱 及 EIS 测试结果，对油水分层后水相区 3Cr 钢的腐 蚀行为及 OAI 缓蚀剂的缓蚀机理做了初步讨论. 未添加缓蚀剂时，腐蚀反应初期如图 14（a）所 示，水相中未完全分离的烷烃分子作用在金属基 体表面. 随着反应进行，水相逐渐取代烷烃分子作 用于基体表面发生腐蚀. 随着浸泡时间延长，金属 基 体 为 水 润 湿 的 状 态 ， CO2 溶 解 于 水 相 形 成 H2CO3，逐渐电离为 H +、HCO3−和 CO3 2− . Oil (a) 3Cr substrate CPEf CPEdl Rf Rct RL L RS Rct RL RS Rf (b) Corrosion film 3Cr substrate L FeOHads/CrOHads CPEf CPEdl RS Rf Rct 3Cr substrate (c) Corrosion film CPEdl CPEf 图 11    未添加缓蚀剂时 3Cr 钢在油水分层后水相区的 EIS 测试等效电路图. （a）腐蚀初期（1、3、6、18 h）；（b）腐蚀中期（24、36、48、72 h）；（c）腐 蚀后期（110、120 h） Fig.11    Equivalent circuit used for fitting the EIS results of 3Cr steel in the aqueous phase after oil-water two phase stratification without corrosion inhibitor: (a) initial stage of corrosion(1, 3, 6, 18 h); (b) middle stage of corrosion (24, 36, 48, 72 h); (c) later stage of corrosion (110, 120 h) 表 4 未添加缓蚀剂时 3Cr 钢在油水分层后水相区的 EIS 等效电路拟合结果 Table 4 Parameter values of the equivalent circuit of EIS of 3Cr steel in the aqueous phase after oil-water two phase stratification without corrosion inhibitor t/h Rs /(Ω·cm2 ) CPEf Rf /(Ω·cm2 ) CPEdl Rct/(Ω·cm2 ) RL/(Ω·cm2 ) L/(H·cm−2) Y1 /(10−4 Ω −1·cm−2∙sn ) n1 Y2 /(Ω−1·cm−2∙sn ) n2 1 3.423 6.291 0.726 1.21×10−2 0.381 1.000 71.11 12.950 1.678 3 3.714 6.599 0.750 1.00×10−2 0.626 1.000 60.81 9.845 1.588 6 4.060 7.229 0.808 48.85 0.822 1.000 6.35 8.304 2.306 18 4.497 7.499 0.840 39.34 1.205 1.000 5.41 9.225 2.526 24 4.727 7.461 0.841 41.72 1.340 1.000 11.62 9.183 2.584 36 5.072 7.160 0.850 46.54 1.983 1.000 10.91 9.853 2.962 48 5.493 7.422 0.851 51.95 3.825 1.000 9.09 11.430 3.640 72 5.979 6.533 0.815 67.23 1.739 1.000 8.31 10.680 3.530 110 5.321 6.931 0.753 21.42 1.407 1.000 61.71 120 4.874 5.806 0.508 23.30 1.351 1.000 68.45 孟凡娟等： 3Cr 钢在油水两相层流工况下的腐蚀行为 · 1035 ·