油套管用钢P110的CO_2腐蚀动力学研究.pdf

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1、2011年9月西安石油大学学报(自然科学版)Sep.2011第26卷第5期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)VoI.26No.5文章编号:1673-064X(2011)05-0078-06油套管用钢PllO的CO2腐蚀动力学研究吕祥鸿,李娜,赵国仙,王宇,张建兵。(1.西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;2.中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安710065;3.西安石油大学机械工程学院,陕西安710065)摘要:利用高温高压腐蚀试验及电化学原位测量技术,并辅以SEM、EDS和X

2、RD等微观分析手段研究了油套管用钢P1l0在CO分压为2MPa、温度为100oC的3.5%NaC1水溶液中的腐蚀失重、界面反应电化学特性、腐蚀产物膜的微观形貌、成分和结构特征,探讨了油套管用钢CO,腐蚀动力学.研究结果表明:油套管用钢P110的CO:腐蚀产物为FeCO;随腐蚀时间的延长及腐蚀产物膜的形成,平均腐蚀速率逐渐降低、趋势变缓,产物膜生长满足抛物线生长规律;腐蚀产物晶粒逐渐长大并堆垛紧密,逐渐成膜覆盖于金属表面,膜厚先增加后逐渐趋于稳定,对基体保护能力增强;不同腐蚀时间交流阻抗图谱(EIS)的拟合结果表明,极化电阻随着腐蚀时间增加逐渐增大,电极反应由最初的活化控制

3、变为扩散控制.关键词:油套管用钢P110;CO,腐蚀;电化学原位测量;腐蚀动力学中图分类号:TG174文献标识码:A油套管用钢在含CO,的水介质环境中会发生究在不同浸泡时间下油套管用钢P1l0的腐蚀产物严重的腐蚀,并在其表面形成腐蚀产物膜,腐蚀产物膜的特征与规律,探讨CO:腐蚀产物膜的形成和生膜的特征极大地影响腐蚀进程.一定条件下形成的长动力学.CO腐蚀产物膜对基体保护性能取决于腐蚀产物膜的完整性、结构及力学性能.而腐蚀产物膜的溶解、1实验方法开裂、破损则会引起严重的点蚀、台地状腐蚀等局部腐蚀¨.尽管国内外关于CO,腐蚀的研究已开展多实验材料选自油套管用钢P1l0,其化学

4、成分年,但对于腐蚀产物膜生长动力学的研究甚少,并且(质量分数)为C:0.27%;Si:0.26%;Mn:1.41%;还存在诸多争议,而其形成过程又恰恰是影响其后P:0.014%;S:0.003%;Cr:0.089%;Mo:0.08%;续保护性的主要因素,直接决定其厚度、结构和致密Ni:0.049%;V:0.007%;Ti:0.0036%;Cu:0.03%.度.Croletl2指出,决定腐蚀产物膜保护性能的主要平均腐蚀速率测试试样为15mE×3mm×50mm因素并非其厚度,而是其结构和形态;Palacios研的片状试样;电化学测试试样为1cm的圆片状究发现碳钢的CO腐蚀产物

5、膜呈现双层结构,外层试样.膜是在内层膜的基础上重新结晶而成;也有研究认实验前,将试样分别用400、600、1000砂纸为CO腐蚀产物膜存在3层膜结构,内层与外层和逐级打磨以消除机加工的刀痕,此后,将试样清洗、中间层结合力较弱,且中间层膜较薄不易观察到.本除油、冷风吹干后测量尺寸并称重.然后,将试样相文通过失重法、微观分析及原位电化学测试手段,研互绝缘安装在特制的试验架上,放人高压釜内的腐收稿日期:2010一l1-23基金项目:国家自然科学基金项目(编号:50704026);教育部新世纪优秀人才支持计划项目(编号:NCET-07-0686)作者简介:吕祥鸿(1971一),男

6、,副教授,博士,主要从事金属材料腐蚀与防护方面的研究.E—mail:lxhong71@sina.com.cn吕祥鸿等:油套管用钢P110的CO:腐蚀动力学研究一79一蚀介质中.CO2分压为2MPa;温度为100℃;实验频率范围为5mHz~100kHz,阻抗测量信号幅值为时间为24h,96h,168h及360h;腐蚀介质为3.5%10mV正弦波.NaC1溶液;实验装置选用Fcz一25/250型磁力驱动反应釜.实验结束后将试样表面用蒸馏水冲洗去除2实验结果分析与讨论腐蚀介质,用无水酒精除水,烘干待分析.清除腐蚀产物的方法是将试样放人清洗液中剧2.1平均腐蚀速率烈搅拌至腐蚀产物

7、除净为止.清洗液配方为:盐酸表1为不同腐蚀时间P1l0钢试样清洗后称重(1.19)1L、三氧化二锑2Og、氯化亚锡50g.酸洗后计算得出的平均腐蚀速率,图1为腐蚀时间与腐蚀的试样立即在自来水中冲洗,并通过在饱和碳酸氢速率的关系.从中可以看出,随着实验时间的延长,钠溶液中浸泡约2~3min进行中和处理,之后自来试样的平均腐蚀速率逐渐减小,由30.0703mm/a水冲洗并用滤纸吸干后置于无水酒精或丙酮中浸泡降低到0.3725mm/a.特别是实验时间达到168h3~5rain脱水.脱水后试样经热风吹干后,用FR一以后,随时间变化,平

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