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金属学报  2016, Vol. 52 Issue (6): 672-678    DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00559
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6.5%Cr钢在高温高压CO2环境下的腐蚀行为研究*
许立宁(),王贝,路民旭
北京科技大学新材料技术研究院腐蚀与防护中心, 北京 100083
CORROSION BEHAVIOR OF 6.5%Cr STEEL IN HIGH TEMPERATURE AND HIGH PRESSURE CO2 ENVIRONMENT
Lining XU(),Bei WANG,Minxu LU
Corrosion and Protection Center, Institute for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
引用本文:

许立宁,王贝,路民旭. 6.5%Cr钢在高温高压CO2环境下的腐蚀行为研究*[J]. 金属学报, 2016, 52(6): 672-678.
Lining XU, Bei WANG, Minxu LU. CORROSION BEHAVIOR OF 6.5%Cr STEEL IN HIGH TEMPERATURE AND HIGH PRESSURE CO2 ENVIRONMENT[J]. Acta Metall Sin, 2016, 52(6): 672-678.

全文: PDF(1029 KB)   HTML
摘要: 

利用高压釜, 研究了6.5%Cr钢在80 ℃和0.8 MPa CO2条件下的腐蚀行为. 利用SEM和EDS研究了腐蚀产物膜表面和截面微观形貌以及Cr在腐蚀产物膜中的富集状况. 利用高温高压电化学测试研究了线性极化电阻和电化学阻抗谱(EIS)随腐蚀时间的变化. 结合溶液离子浓度测试, 探讨了腐蚀产物膜生长机制. 结果表明, 6.5%Cr钢腐蚀速率为0.72 mm/a, 腐蚀产物膜中存在Cr的富集, Cr/Fe之比超过了5∶1. 不同腐蚀时间下, 溶液中Cr3+含量都很低, 说明Cr很少进入溶液.

关键词 6.5%Cr钢CO2腐蚀高温高压腐蚀产物膜Cr富集    
Abstract

In the oil and gas industry, CO2 in reservoirs generally causes severe corrosion of C steel in pipelines. Adding Cr to C steel can enhance CO2 corrosion performance by a factor of at least 3, and even up to 10 times and more, whilst maintain a cost penalty less than 1.5 times that of C steels. Corrosion behavior of 6.5%Cr steel in high temperature and high pressure CO2 environment is investigated in this work. The corrosion rate of 6.5%Cr steel at 80 ℃ and 0.8 MPa is measured by autoclave. The surface and cross-sectional morphology is studied by SEM, and the enrichment of Cr in the corrosion scale is investigated by EDS. The change of LPR and EIS results with corrosion time is studied by high temperature and high pressure electrochemical tests. According to the test results of ion concentration in the solution, the mechanism of corrosion scale growth is discussed. The results show that the corrosion rate of 6.5%Cr steel is 0.72 mm/a. The Cr enriches in the corrosion scale, and the Cr/Fe ratio is higher than 5∶1. Under different corrosion time, the concentration of Cr3+ in the solution is always low, which demonstrates that Cr seldom enters into solution.

Key words6.5%Cr steel    CO2 corrosion    high temperature and high pressure    corrosion scale    Cr enrichment
收稿日期: 2015-11-04     
基金资助:* 国家科技支撑计划资助项目2012BAK13B04
图1  6.5%Cr钢的组织
图2  进行失重法测试所用的高温高压反应釜示意图
图3  电化学测试所采用的高温高压电化学釜示意图
图4  在80 ℃, 0.8 MPa分压下腐蚀240 h后6.5%Cr钢的宏观腐蚀形貌
图5  6.5%Cr钢腐蚀产物膜表面微观形貌及白色颗粒的EDS分析
图6  6.5%Cr钢腐蚀产物膜截面微观形貌及EDS结果
图7  腐蚀120 h试样的截面SEM像及EDS面扫描结果
图8  线性极化法得出的1/Rp随时间(t)的变化规律
图9  不同腐蚀时间下6.5%Cr钢的Nyquist图
Time / h Fe2+ / (mgL-1) Cr3+ / (mgL-1)
0 3.9 <0.10
2 13.6 0.15
4 19.5 <0.10
6 34.8 0.21
10 41.4 <0.10
24 68.5 <0.10
48 46.9 <0.10
72 49.2 <0.10
96 59.8 0.11
120 32.5 <0.10
表1  高温高压CO2腐蚀后表面附近溶液的离子含量测试结果
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