哥斯拉大战金刚

扫一扫关注微信二维码 斗破苍穹

国检检测欢迎您!

微信公众号|腾讯微博|网站地图

您可能还在搜: 无损检测紧固件检测轴承检测浙江综合实验机构

社会关注

分享:高温高压下20钢和13Cr钢在不同含量 甲酸GCO2 环境中的腐蚀行为

返回列表 来源:国检(jian)检(jian)测 查看手机网址
扫一扫!分享:高温高压下20钢和13Cr钢在不同含量 甲酸GCO2 环境中的腐蚀行为扫一扫!
浏览:- 发布日期:2020-09-16 09:54:58【

刘 锐1,2,张煜辉3,李 龙4,李引贤5

(1.低渗透油气田(tian)勘探开发国家工程(cheng)实验室,西安 710018;2.中国石油长庆(qing)油田(tian)分公司油气工艺研(yan)究(jiu)院(yuan),

西安 710018;3.中国石(shi)油长庆油田(tian)分公司第一采气(qi)厂,靖(jing)边 718500;4.中国石(shi)油长庆油田(tian)分公司

技术(shu)监测中(zhong)心,西安(an) 710018;5.中(zhong)国石油长庆油田分(fen)公(gong)司第三(san)采(cai)气厂(chang),乌审旗 017300)

    摘 要:采(cai)用腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)失重(zhong)测(ce)试、腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)产(chan)物分析(xi)等方法,研究(jiu)了20钢(gang)(gang)(gang)和(he)13Cr钢(gang)(gang)(gang)在(zai)模(mo)拟油井管道(dao)环(huan)境(甲酸(suan)(suan)与CO2 共存,100℃、1MPa)中的(de)(de)腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)速(su)率和(he)腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)类(lei)型(xing)(xing),并(bing)探讨了甲酸(suan)(suan)含量对其腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)行(xing)为的(de)(de)影响.结果(guo)表明(ming):两种钢(gang)(gang)(gang)的(de)(de)腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)速(su)率均随甲酸(suan)(suan)含量的(de)(de)增加而增大,13Cr钢(gang)(gang)(gang)的(de)(de)腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)速(su)率低于20钢(gang)(gang)(gang)的(de)(de);20钢(gang)(gang)(gang)的(de)(de)腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)类(lei)型(xing)(xing)为均匀腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi),13Cr钢(gang)(gang)(gang)的(de)(de)为点蚀(shi)(shi)(shi);20钢(gang)(gang)(gang)表面有 FeCO3 的(de)(de)生成和(he)碳酸(suan)(suan)盐的(de)(de)沉积,FeCO3 产(chan)物层覆盖部位不断(duan)(duan)发(fa)生基体的(de)(de)溶解,而钙、镁碳酸(suan)(suan)盐沉积的(de)(de)位置(zhi)不断(duan)(duan)出现产(chan)物沉积,在(zai)基体腐(fu)蚀(shi)(shi)(shi)相对较慢的(de)(de)部位形成突起;13Cr钢(gang)(gang)(gang)优先发(fa)生铬的(de)(de)溶解,形成以Cr(OH)3 为主的(de)(de)钝化膜(mo),随着甲酸(suan)(suan)含量的(de)(de)增加,钝化膜(mo)的(de)(de)稳定性、致密性均降低,H+ 和(he)Cl- 通过钝化膜(mo)与基体接(jie)触,促进(jin)了点蚀(shi)(shi)(shi)的(de)(de)发(fa)生.

关键词(ci):20钢;13Cr钢;甲酸;腐蚀行为

中图分(fen)类号:TG172 文(wen)献标志码:A 文章编(bian)号:1000G3738(2017)09G0042G06

CorrosionBehaviorof20Steeland13CrSteelinDifferentContentFormic

AcidGCO2EnvironmentunderHighPressureandHighTemperature

LIURui1,2,ZHANGYuhui3,LILong

4,LIYinxian5

(1.NationalEngineeringLaboratoryforExplorationandDevelopmentofLowPermeabilityOilandGasFields,

Xi′an710018,China;2.Oil& GasTechnologyResearchInstitute,ChangqingOilfieldCompany,Xi′an710018,China;

3.FirstNaturalGasPlant,ChangqingOilfieldCompany,Jingbian718500,China;

4.TheTechnologyMonitoringCenterofPetrochinaChangqingOilfieldCompany,Xi′an710018,China;

5.ThirdNaturalGasPlant,ChangqingOilfieldCompany,Wushenqi017300,China)

Abstract:Thecorrosionrateandcorrosiontypeof20steeland13Crsteelinsimulatedwellpipeenvironment

(foricacidcoexistingwithCO2,100 ℃,1 MPa)werestudiedbytheweightmethodandanalyzationofcorrosion

product.Theeffectofformicacidcontentoncorrosionbehavior wasdiscussed.Theresultsindicatethatthe

corrosionrateoftwosteelsincreasedwithincreaseofformicacidcontent,andthecorrosionrateof13Crsteelwas

lowerthanthatof20steel.Thecorrosiontypeof20steelwasuniformcorrosion,andcorrosiontypeof13Crsteel

waspitting.TherewereFeCO3 productionandcarbonatedepositiononthesurfaceof20steel.Thesubstratewas

dissolvedcontinuouslyinthepositioncoveredbyFeCO3 production,andtheproductwasdepositedcontinuouslyin

thepositiondepositedbycarbonate.Thepositionwithlowercorrosionratewasbulgedonthesurfaceofsubstrate.

ThedissolutionofCroccurredin13Crsteelandpassivefilmformedonthesurface.Withincreaseofformicacid

content,thestabilityanddensityofpassivefilm werereducedand H+ andCl- contactedwithsubstratethrough

passivefilm whichpromotetheoccurrenceofpitting.

Keywords:20steel;13Crsteel;formicacid;corrosionbehavior


0 引(yin) 言(yan)

    油(you)(you)气(qi)田(tian)的(de)(de)(de)恶劣环境造成了石(shi)油(you)(you)天然(ran)气(qi)开采(cai)设备的(de)(de)(de)腐(fu)蚀(shi)(shi)问题(ti)越(yue)来越(yue)严(yan)重,由(you)于(yu)腐(fu)蚀(shi)(shi)导(dao)致油(you)(you)管(guan)的(de)(de)(de)穿(chuan)孔或断裂所(suo)(suo)造成的(de)(de)(de)损失(shi)巨大,因(yin)此油(you)(you)管(guan)的(de)(de)(de)腐(fu)蚀(shi)(shi)与(yu)防护是石(shi)油(you)(you)天然(ran)气(qi)开采(cai)中所(suo)(suo)面临的(de)(de)(de)重要问题(ti)[1G2].20世纪40年代在 CO2 油(you)(you)气(qi)田(tian)中发(fa)现(xian)了有(you)(you)机(ji)酸(suan),但很长时间之后有(you)(you)机(ji)酸(suan)的(de)(de)(de)腐(fu)蚀(shi)(shi)问题(ti)才逐渐引起研究者们的(de)(de)(de)重视[3G5].普遍认为,有(you)(you)机(ji)酸(suan)和 CO2 共(gong)存(cun)使溶(rong)液酸(suan)性增(zeng)加,从(cong)而(er)增(zeng)强介(jie)质(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)性,但是目前国(guo)内(nei)外研(yan)究(jiu)者对(dui)有(you)机(ji)酸(suan)(suan)GCO2 的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)行为(wei)缺(que)乏(fa)系统(tong)、深入的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu),不能 很(hen) 好 地 解 决 工(gong) 程 实(shi) 际 中(zhong) 遇(yu) 到 的(de)(de)(de) 问(wen) 题(ti)[6G9].作(zuo)为(wei)最简单的(de)(de)(de)有(you)机(ji)酸(suan)(suan),甲(jia)酸(suan)(suan)已经被发(fa)现存在(zai)(zai)于许(xu)多大(da)中(zhong)型油(you)田中(zhong),因此研(yan)究(jiu)碳钢(gang)在(zai)(zai)甲(jia)酸(suan)(suan)GCO2 共(gong)存环(huan)(huan)境(jing)下(xia)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)问(wen)题(ti)具有(you)重(zhong)要的(de)(de)(de)理论价值和(he)实(shi)际意义[10G16].20钢(gang)和(he)13Cr钢(gang)是常见的(de)(de)(de)两(liang)种(zhong)(zhong)管线钢(gang),目前研(yan)究(jiu)者对(dui)这(zhei)两(liang)种(zhong)(zhong)钢(gang)在(zai)(zai)甲(jia)酸(suan)(suan)GCO2 共(gong)存环(huan)(huan)境(jing)下(xia)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)行为(wei)(尤(you)其(qi)在(zai)(zai)高(gao)(gao)温高(gao)(gao)压条件下(xia))尚未形成(cheng)统(tong)一的(de)(de)(de)认识.因此,作(zuo)者通过模拟油(you)井管道(dao)高(gao)(gao)温高(gao)(gao)压环(huan)(huan)境(jing),对(dui)20钢(gang)和(he)13Cr钢(gang)在(zai)(zai)甲(jia)酸(suan)(suan)GCO2 介(jie)质(zhi)(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)行为(wei)进(jin)行了(le)研(yan)究(jiu),采(cai)用腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)失重(zhong)测(ce)试、腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)产物分(fen)析等方法,研(yan)究(jiu)了(le)20钢(gang)和(he)13Cr钢(gang)在(zai)(zai)含甲(jia)酸(suan)(suan)GCO2 腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)介(jie)质(zhi)(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)速率、腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)类(lei)型,并探讨了(le)甲(jia)酸(suan)(suan)含量(liang)对(dui)其(qi)腐(fu)(fu)(fu)蚀(shi)行为(wei)的(de)(de)(de)影响.

1 试(shi)样制备(bei)与试(shi)验方法(fa)

    试(shi)(shi)(shi)验所(suo)用(yong)材料为(wei)首钢(gang)(gang)(gang)公司生(sheng)产(chan)的(de)(de)20优质碳钢(gang)(gang)(gang)和(he)(he)13Cr马 氏 体 不 锈 钢(gang)(gang)(gang).20 钢(gang)(gang)(gang) 的(de)(de) 化(hua) 学(xue)(xue) 成 分(fen)(fen) (质 量(liang) 分(fen)(fen)数(shu)(shu)/%)为(wei) 0.16C,0.19Si,0.36Mn,0.01Ni,0.01Cr,余Fe;13Cr钢(gang)(gang)(gang) 的(de)(de) 化(hua) 学(xue)(xue) 成 分(fen)(fen) (质 量(liang) 分(fen)(fen) 数(shu)(shu)/%)为(wei) 0.12C,0.21Si,0.41Mn,0.17Ni,12.03Cr,余Fe.试(shi)(shi)(shi)验所(suo)用(yong)的(de)(de)腐蚀(shi)介质为(wei)不同(tong)含量(liang)的(de)(de)甲(jia)(jia)酸(suan)模(mo)拟(ni)(ni)溶(rong)液(ye)(ye)(ye).通(tong)过对集气(qi)站分(fen)(fen)离器中采(cai)(cai)出水进(jin)(jin)行现场采(cai)(cai)样(yang)(yang)并(bing)采(cai)(cai)用(yong)ICSG3000型(xing)离子(zi)色谱仪进(jin)(jin)行成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析(xi),得到(dao)(dao)(dao)(dao)其主要的(de)(de)阴阳离子(zi)含量(liang),在此基础上配制模(mo)拟(ni)(ni)溶(rong)液(ye)(ye)(ye).模(mo)拟(ni)(ni)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)主要成分(fen)(fen)为(wei) Na+ 、Mg2+ 、Ca2+ 、Cl- ,相应的(de)(de)质量(liang)分(fen)(fen)数(shu)(shu)为(wei)23000,4200,34000,115000mg??kg-1,由(you)去离子(zi)水、分(fen)(fen)析(xi)纯化(hua)学(xue)(xue)试(shi)(shi)(shi)剂、甲(jia)(jia)酸(suan)配制得到(dao)(dao)(dao)(dao)模(mo)拟(ni)(ni)溶(rong)液(ye)(ye)(ye).模(mo)拟(ni)(ni)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)中甲(jia)(jia)酸(suan)的(de)(de)含量(liang)(质量(liang)分(fen)(fen)数(shu)(shu),下(xia)同(tong))分(fen)(fen)别为(wei)0,500,1000,1500,2000mg??kg-1.将(jiang)(jiang)尺寸为(wei)30mm×30mm×3mm 的(de)(de)20钢(gang)(gang)(gang)和(he)(he)13Cr钢(gang)(gang)(gang)试(shi)(shi)(shi) 样(yang)(yang) 用(yong) SiC 砂 纸 逐 级(ji) 打 磨 到(dao)(dao)(dao)(dao) 1000# 后,用(yong)BSA822型(xing)天(tian)平称重(zhong),之(zhi)后将(jiang)(jiang)试(shi)(shi)(shi)样(yang)(yang)安装在试(shi)(shi)(shi)样(yang)(yang)架上并(bing)放入(ru)哈氏合金静(jing)态高温(wen)高压(ya)釜内(nei),加(jia)(jia)入(ru)不同(tong)含量(liang)的(de)(de)甲(jia)(jia)酸(suan)模(mo)拟(ni)(ni)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)并(bing)浸没(mei)试(shi)(shi)(shi)样(yang)(yang),通(tong)入(ru)高纯氮气(qi)2h 除氧(yang),然后通(tong)入(ru) CO22h,升温(wen)加(jia)(jia)压(ya)到(dao)(dao)(dao)(dao)预定(ding)温(wen)度(100℃)和(he)(he)压(ya)力(CO2 分(fen)(fen)压(ya)为(wei)1 MPa)后开始试(shi)(shi)(shi)验.试(shi)(shi)(shi)验周期(qi)为(wei)7d.试(shi)(shi)(shi)验结束后,按照 GB/T16545-2015«金属和(he)(he)合金的(de)(de)腐蚀(shi) 腐蚀(shi)试(shi)(shi)(shi)样(yang)(yang)上腐蚀(shi)产(chan)物的(de)(de)清除»规定(ding)的(de)(de)方法去除腐蚀(shi)产(chan)物膜,按式(1)计算其腐蚀(shi)速率.




表1 NACERPG0775-2005中规定的腐蚀速率定性评价


试(shi)验结束后,采用(yong) LEOG1450型扫描电(dian)镜对试(shi)样腐蚀形貌进行分析.


2 试(shi)验(yan)结果(guo)与讨论

2.1 腐蚀速率

    由图1可 以 看 出:在(zai)(zai) 高 温 高 压 环 境(jing) 下,7d后20钢在(zai)(zai)不同含量甲(jia)酸(suan)(suan)GCO2 腐(fu)(fu)蚀介质中的(de)腐(fu)(fu)蚀速率均(jun)超过(guo)0.12 mm??a-1,当 甲(jia) 酸(suan)(suan) 含 量 小 于(yu) 500 mg??kg-1时,20钢的(de)腐(fu)(fu)蚀程(cheng)度为重(zhong)度腐(fu)(fu)蚀,而当甲(jia)酸(suan)(suan)含量 为 500 mg??kg-1 时,20 钢(gang)(gang) 的 腐(fu) 蚀(shi) 速(su) 率(lv) 超 过(guo)0.25mm??a-1,属(shu)于严重腐(fu)蚀(shi),这表(biao)明少量的甲(jia)酸就可以导致20钢(gang)(gang)的快速(su)腐(fu)蚀(shi),之后(hou)随着甲(jia)酸含(han)量的增加(jia),20钢(gang)(gang)的腐(fu)蚀(shi)速(su)率(lv)不断增大(da),且均大(da)于13Cr钢(gang)(gang)的腐(fu)蚀(shi)速(su)率(lv);13Cr钢(gang)(gang)的腐(fu)蚀(shi)速(su)率(lv)随着甲(jia)酸含(han)量的增加(jia).而增大,但整体(ti)变(bian)化趋(qu)势较为(wei)平缓,无(wu)甲酸(suan)时(shi)13Cr钢(gang)的腐(fu)蚀(shi)程(cheng)度(du)属于中(zhong)度(du)腐(fu)蚀(shi),之后随着甲酸(suan)含量(liang)的增加,腐(fu)蚀(shi)程(cheng)度(du)属于中(zhong)度(du)腐(fu)蚀(shi)和重度(du)腐(fu)蚀(shi).由此(ci)可以看出(chu),13Cr钢(gang)在(zai)高温高压甲酸(suan)GCO2 环境(jing)下的抗(kang)腐(fu)蚀(shi)能(neng)力优(you)于20钢(gang)的.

图1 在不同含量甲酸GCO2 环境下20钢和13Cr钢的腐蚀速率


Fig.1 Corrosionrateof20steeland13Crsteelunderdifferent

contentformicacidGCO2environment


    

2.2 腐蚀形貌及(ji)腐蚀产(chan)物

2.2.1 20钢的腐(fu)蚀形貌

    由图2可(ke)知:当(dang)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)(liang)为0时,腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)(wu)均(jun)匀地(di)覆盖在(zai)试(shi)样(yang)表(biao)面,局(ju)部出现腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)(wu)堆积和孔(kong)洞,腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)(wu)比较(jiao)(jiao)稀疏;当(dang)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)(liang)为500mg??kg-1时,腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)(wu)致(zhi)密均(jun)匀地(di)覆盖在(zai)试(shi)样(yang)表(biao)面;当(dang)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)(liang)为1000mg??kg-1时,腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)(wu)层较(jiao)(jiao)平整、致(zhi)密,局(ju)部出现比较(jiao)(jiao)明显的突起;当(dang)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)(liang)为1500mg??kg-1和2000mg??kg-1时,腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)(wu)层中突起的数(shu)量(liang)(liang)增多且有(you)长(zhang)大趋势,腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)(wu)层的致(zhi)密性略有(you)降低,存在(zai)疏松和孔(kong)洞.

图2 在不同含量甲酸GCO2 环境下20钢的腐蚀产物形貌


    由(you)图3可(ke)以看出(chu)(chu):去(qu)除腐(fu)蚀(shi)产物后,当(dang)甲(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)为(wei)(wei)0和500mg??kg-1时,基(ji)体表(biao)(biao)面较为(wei)(wei)平(ping)整(zheng),没有出(chu)(chu)现(xian)(xian)(xian)明(ming)显的(de)(de)点(dian)蚀(shi)现(xian)(xian)(xian)象(xiang),此时20钢(gang)的(de)(de)腐(fu)蚀(shi)为(wei)(wei)均(jun)(jun)匀(yun)腐(fu)蚀(shi);当(dang)甲(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)为(wei)(wei)1000mg??kg-1时,基(ji)体表(biao)(biao)面仍然较为(wei)(wei)平(ping)整(zheng),没有出(chu)(chu)现(xian)(xian)(xian)点(dian)蚀(shi)现(xian)(xian)(xian)象(xiang),但局部出(chu)(chu)现(xian)(xian)(xian)不明(ming)显的(de)(de)突起;当(dang)甲(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)为(wei)(wei)1500mg??kg-1时,基(ji)体表(biao)(biao)面出(chu)(chu)现(xian)(xian)(xian)比较明(ming)显的(de)(de)突起;当(dang)甲(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)达到2000mg??kg-1时,基(ji)体表(biao)(biao)面突起的(de)(de)数量(liang)明(ming)显增多.由(you)图2和图3可(ke)以得出(chu)(chu):去(qu)除腐(fu)蚀(shi)产物后基(ji)体表(biao)(biao)面均(jun)(jun)未出(chu)(chu)现(xian)(xian)(xian)点(dian)蚀(shi)现(xian)(xian)(xian)象(xiang),这表(biao)(biao)明(ming)在模拟油(you)井管道高温高压环境(jing)中,当(dang)甲(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)低于(yu)2000mg??kg-1时,20钢(gang)主要(yao)为(wei)(wei)均(jun)(jun)匀(yun)腐(fu)蚀(shi);当(dang)甲(jia)酸(suan)(suan)含(han)量(liang)增加时,腐(fu)蚀(shi)产物局部沉(chen)积(ji)所形(xing)成(cheng)的(de)(de)突起对基(ji)体起到了一定保护作用(yong),抑制了基(ji)体的(de)(de)腐(fu)蚀(shi).


图3 在不同含量甲酸GCO2 环境下20钢去除腐蚀产物后的表面形貌

    由(you)图4可知:当腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀介质中不(bu)含(han)(han)甲(jia)酸(suan)时,腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀产(chan)(chan)物(wu)层(ceng)(ceng)分(fen)为(wei)三(san)层(ceng)(ceng),最外(wai)层(ceng)(ceng)比(bi)较厚(hou)(hou),形(xing)状不(bu)规则(ze),中间(jian)层(ceng)(ceng)比(bi)较平(ping)整(zheng),内层(ceng)(ceng)比(bi)较薄,覆盖(gai)在基体表面;当甲(jia)酸(suan)含(han)(han)量(liang)为(wei)500,1000mg??kg-1时,腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀产(chan)(chan)物(wu)均比(bi)较平(ping)整(zheng),分(fen)为(wei)两层(ceng)(ceng),外(wai)层(ceng)(ceng)比(bi)较厚(hou)(hou)且疏松(song),内层(ceng)(ceng)比(bi)较平(ping)整(zheng)且致密(mi),覆盖(gai)在基体表面;当甲(jia)酸(suan)含(han)(han)量(liang)达到(dao)(dao)1500mg??kg-1时,腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀产(chan)(chan)物(wu)截面形(xing)貌的(de)(de)局(ju)部(bu)出现由(you)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀产(chan)(chan)物(wu)堆积所(suo)形(xing)成的(de)(de)致密(mi)堆积物(wu),其(qi)余部(bu)分(fen)则(ze)为(wei)疏松(song)产(chan)(chan)物(wu)层(ceng)(ceng),堆积物(wu)下方基体的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀程度比(bi)周围基体的(de)(de)明显减(jian)弱;当甲(jia)酸(suan)含(han)(han)量(liang)继续(xu)增加时,堆积的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀产(chan)(chan)物(wu)层(ceng)(ceng)不(bu)断(duan)扩大并形(xing)成连续(xu)的(de)(de)致密(mi)层(ceng)(ceng),且腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀产(chan)(chan)物(wu)层(ceng)(ceng)越厚(hou)(hou)基体的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀程度越轻,同时可以看到(dao)(dao)局(ju)部(bu)出现点蚀特征.

图4 在不同含量甲酸GCO2 环境下20钢的截面形貌


2.2.2 13Cr钢的腐蚀形貌(mao)

    由图(tu)5可知:当腐蚀介质中不(bu)含甲酸时,13Cr钢的(de)腐蚀产物(wu)(wu)均匀覆(fu)盖在(zai)试样(yang)表面,腐蚀产物(wu)(wu)层上(shang)可以(yi)看 到(dao)(dao) 明 显 的(de) 沉 积 物(wu)(wu);当 甲 酸 含 量(liang)(liang) 为 500 mg??kg-1和(he)1000mg??kg-1时,腐蚀产物(wu)(wu)比(bi)较均匀地覆(fu)盖在(zai)试样(yang)的(de)表面,局部(bu)有沉积盐(yan)出现(xian);当甲酸含量(liang)(liang)达到(dao)(dao)1500mg??kg-1和(he)2000mg??kg-1时,腐蚀产物(wu)(wu)层

    整体均较为平(ping)整,局部(bu)存(cun)在(zai)少量(liang)(liang)(liang)(liang)孔洞,试(shi)样表面都有白色的(de)(de)(de)(de)沉积(ji)(ji)盐(yan)出现(xian),且随着甲酸(suan)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)增加(jia),沉积(ji)(ji)盐(yan)数量(liang)(liang)(liang)(liang)增多,特(te)别是当(dang)甲酸(suan)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)达(da)到2000mg??kg-1时,大量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)沉积(ji)(ji)盐(yan)均匀而致(zhi)密地覆盖在(zai)试(shi)样表面.由图(tu)6可(ke)知:当(dang)腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)介质中不含(han)(han)(han)(han)甲酸(suan)时,去除腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)产(chan)物(wu)后基体局部(bu)出现(xian)少量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)点(dian)蚀(shi)(shi)(shi)坑;当(dang)甲酸(suan)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)为500,1000,1500,2000mg??kg-1时,去除腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)产(chan)物(wu)后基体中均出现(xian)点(dian)蚀(shi)(shi)(shi)现(xian)象,且点(dian)蚀(shi)(shi)(shi)坑随着甲酸(suan)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)增 大 而 增 多.在(zai) 不 同(tong) 含(han)(han)(han)(han) 量(liang)(liang)(liang)(liang) 甲 酸(suan)GCO2 环 境 下(xia)13Cr钢表面同(tong)时进行钝(dun)化膜的(de)(de)(de)(de)生成和溶(rong)解过程,随着甲酸(suan)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)增大,腐(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)介质的(de)(de)(de)(de)酸(suan)性增强,促(cu)进氧化膜的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解,加(jia)剧了点(dian)蚀(shi)(shi)(shi)发生.

2.3 讨 论

    由 于 甲(jia) 酸 的(de) 存 在 ,腐 蚀 环 境 的(de)pH为3~5,20钢和(he)13Cr钢在腐蚀介质(zhi)中(zhong)发(fa)生(sheng)的(de)反应包括阳极铁、铬的(de)溶解和(he)阴极氢(qing)的(de)还原[17G19],此外还会发(fa)生(sheng)Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+ 的(de)沉积过程.Fe →Fe2+ +2e (2)

    Cr →Cr3+ +3e (3)Fe+HCO3- →FeCO3 +H++2e (4)Fe+CO2-3 →FeCO3 +2e (5)H++e → H (6)对(dui)于(yu)20钢(gang),当腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)介(jie)质(zhi)中(zhong)无甲(jia)酸(suan)时(shi)(shi),腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)主(zhu)要(yao)以 Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+ 的(de)(de)(de)(de)(de)沉(chen)积(ji)(ji)为(wei)主(zhu),试样(yang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)可以看到明显的(de)(de)(de)(de)(de)沉(chen)积(ji)(ji)产(chan)物(wu)(Ca,Mg)CO3覆(fu)(fu)盖(gai)层.当在腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)介(jie)质(zhi)中(zhong)加(jia)(jia)入甲(jia)酸(suan)后,电离(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de) H+ 逐渐增(zeng)(zeng)多,对(dui)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)覆(fu)(fu)盖(gai)层的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)程(cheng)度逐渐增(zeng)(zeng)强(qiang)(qiang),因(yin)此很难在表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)形成(cheng)(cheng)大面(mian)(mian)(mian)(mian)积(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)钙、镁碳酸(suan)盐(yan)(yan)沉(chen)积(ji)(ji),在试样(yang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)存(cun)在钙、镁碳酸(suan)盐(yan)(yan)沉(chen)积(ji)(ji)位(wei)置的(de)(de)(de)(de)(de)产(chan)物(wu)层相(xiang)对(dui)致密(mi),而(er)形成(cheng)(cheng)FeCO3 产(chan)物(wu)层则相(xiang)对(dui)疏松.疏松部(bu)(bu)(bu)(bu)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)介(jie)质(zhi)更(geng)容易(yi)通过(guo)(guo)(guo)产(chan)物(wu)层与(yu)基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)接(jie)触(chu),从而(er)促进(jin)基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie).FeCO3 产(chan)物(wu)层覆(fu)(fu)盖(gai)部(bu)(bu)(bu)(bu)位(wei)不断发(fa)(fa)生(sheng)基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie),而(er)钙、镁碳酸(suan)盐(yan)(yan)沉(chen)积(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置不断出现产(chan)物(wu)沉(chen)积(ji)(ji),基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)相(xiang)对(dui)较慢(man)(man),因(yin)此从腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)形貌中(zhong)可以看出基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)不同(tong)部(bu)(bu)(bu)(bu)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)程(cheng)度存(cun)在差异,基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)相(xiang)对(dui)较慢(man)(man)的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)(bu)位(wei)会(hui)(hui)形成(cheng)(cheng)突起.对(dui)于(yu)13Cr钢(gang),试样(yang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)同(tong)时(shi)(shi)进(jin)行着(zhe)钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)和溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)过(guo)(guo)(guo)程(cheng),前(qian)者使(shi)(shi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)产(chan)物(wu)层的(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)度增(zeng)(zeng)加(jia)(jia),而(er)后者使(shi)(shi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)产(chan)物(wu)层的(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)度减小(xiao).当腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)介(jie)质(zhi)中(zhong)同(tong)时(shi)(shi)存(cun)在较多 侵(qin) 蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi) 性(xing)(xing)(xing) 离(li)(li) 子(zi) (Cl- )时(shi)(shi),不 锈 钢(gang) 容 易(yi) 发(fa)(fa) 生(sheng) 点蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)[20G22].Cl- 会(hui)(hui)在钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)吸(xi)附并促进(jin)钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie),导(dao)致局部(bu)(bu)(bu)(bu)钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)穿孔和基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)点蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)发(fa)(fa)生(sheng),而(er)其(qi)余大部(bu)(bu)(bu)(bu)分的(de)(de)(de)(de)(de)钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)仍然(ran)完好,此时(shi)(shi)会(hui)(hui)不断加(jia)(jia)快穿孔部(bu)(bu)(bu)(bu)位(wei)下(xia)基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)点蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)发(fa)(fa)展(zhan).当腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)介(jie)质(zhi)中(zhong)无甲(jia)时(shi)(shi),腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)主(zhu)要(yao)为(wei)阳极铁、铬(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie),基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)铬(ge)会(hui)(hui)优先溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)形成(cheng)(cheng) Cr3+ ,进(jin)而(er)在基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)形成(cheng)(cheng)以 Cr(OH)3为(wei)主(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo),同(tong)时(shi)(shi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)会(hui)(hui)沉(chen)积(ji)(ji)一定(ding)量钙、镁碳酸(suan)盐(yan)(yan).此时(shi)(shi),点蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)主(zhu)要(yao)是(shi)靠侵(qin)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing) Cl- 的(de)(de)(de)(de)(de)作用,因(yin)此整体(ti)(ti)(ti)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)相(xiang)对(dui)较慢(man)(man).随(sui)着(zhe)甲(jia)酸(suan)含量的(de)(de)(de)(de)(de)不断增(zeng)(zeng)加(jia)(jia),溶(rong)(rong)(rong)液酸(suan)性(xing)(xing)(xing)增(zeng)(zeng)强(qiang)(qiang),钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)稳(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)、致密(mi)性(xing)(xing)(xing)均有所降(jiang)低,而(er)钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)稳(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing)、致密(mi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低在一定(ding)程(cheng)度上有利于(yu) H+ 、Cl- 通过(guo)(guo)(guo)钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)与(yu)基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)接(jie)触(chu),促进(jin)钝(dun)(dun)(dun)化膜(mo)(mo)(mo)下(xia)基(ji)(ji)体(ti)(ti)(ti)局部(bu)(bu)(bu)(bu)酸(suan)性(xing)(xing)(xing)增(zeng)(zeng)强(qiang)(qiang)、侵(qin)蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)离(li)(li)子(zi)浓度增(zeng)(zeng)加(jia)(jia),加(jia)(jia)快了点蚀(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)发(fa)(fa)生(sheng).


图5 在不同含量甲酸GCO2 环境下13Cr钢的腐蚀产物形貌

图6 在不同含量甲酸GCO2 环境下13Cr钢去除腐蚀产物后的表面形貌


    在腐(fu)蚀(shi)介质中加入甲酸后,电离的(de) H+ 逐渐增多,对(dui)(dui)表面覆盖层(ceng)(ceng)的(de)溶解(jie)(jie)程度(du)逐渐增强,因(yin)此(ci)很难在表面形(xing)成大(da)面积(ji)的(de)钙、镁(mei)碳(tan)酸盐沉积(ji),在试样表面存在钙、镁(mei)碳(tan)酸盐沉积(ji)位置的(de)产物(wu)层(ceng)(ceng)相对(dui)(dui)致密(mi),而(er)(er)形(xing)成的(de)FeCO3 产物(wu)层(ceng)(ceng)则相对(dui)(dui)疏(shu)松.疏(shu)松部位的(de)腐(fu)蚀(shi)介质更容易(yi)通过产物(wu)层(ceng)(ceng)与基(ji)体接(jie)触(chu),从而(er)(er)促进基(ji)体的(de)溶解(jie)(jie).FeCO3 产物(wu)层(ceng)(ceng)覆盖部位不(bu)断发生(sheng)基(ji)体的(de)溶解(jie)(jie),而(er)(er)钙、镁(mei)碳(tan)酸盐沉积(ji)的(de)位置不(bu)断出现产物(wu)沉积(ji),基(ji)体腐(fu)蚀(shi)速率相对(dui)(dui)较慢,因(yin)此(ci)从腐(fu)蚀(shi)形(xing)貌中可以看出基(ji)体不(bu)同部位的(de)腐(fu)蚀(shi)溶解(jie)(jie)程度(du)存在差异,基(ji)体腐(fu)蚀(shi)相对较慢的部(bu)位会形(xing)成突(tu)起(qi).

   对于13Cr钢,试样(yang)表面同时进行着钝化(hua)膜的(de)生成(cheng)和溶解过程,前者使腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)层的(de)厚度增加,而(er)后者使腐(fu)蚀(shi)产(chan)物(wu)层的(de)厚度减小.当腐(fu)蚀(shi)介质中(zhong)同时存(cun)在较多 侵 蚀(shi) 性 离 子(zi) (Cl- )时,不 锈 钢 容 易 发 生 点(dian)蚀(shi)[20G22].Cl- 会在钝化(hua)膜表面吸附并(bing)促进钝化(hua)膜的(de)溶解,导致局(ju)部钝化(hua)膜穿孔和基体点(dian)蚀(shi)的(de)发生,而(er)其余大部分的钝(dun)化膜仍然完好,此时会不断加(jia)快穿孔(kong)部位下基体(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)点(dian)蚀(shi)的(de)(de)(de)发(fa)展.当腐蚀(shi)介质中(zhong)无甲(jia)酸时,腐蚀(shi)过程主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)为阳极铁(tie)、铬的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie),基体(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)铬会优先溶(rong)解(jie)形(xing)成(cheng) Cr3+ ,进而在基体(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)表面形(xing)成(cheng)以 Cr(OH)3为主(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)钝(dun)化(hua)(hua)膜(mo),同时表面会沉(chen)积一定量(liang)钙、镁碳酸盐(yan).此时,点(dian)蚀(shi)过程主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)是(shi)靠侵蚀(shi)性 Cl- 的(de)(de)(de)作用,因此整体(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)腐蚀(shi)速率相对较(jiao)慢(man).随着甲(jia)酸含量(liang)的(de)(de)(de)不断(duan)增(zeng)(zeng)(zeng)加,溶(rong)液酸性增(zeng)(zeng)(zeng)强,钝(dun)化(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)稳定性、致(zhi)(zhi)密性均有所降低(di),而钝(dun)化(hua)(hua)膜(mo)稳定性、致(zhi)(zhi)密性的(de)(de)(de)降低(di)在一定程度(du)上有利于 H+ 、Cl- 通过钝(dun)化(hua)(hua)膜(mo)与基体(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)接(jie)触,促(cu)进钝(dun)化(hua)(hua)膜(mo)下基体(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)局(ju)部酸性增(zeng)(zeng)(zeng)强、侵蚀(shi)性离子浓度(du)增(zeng)(zeng)(zeng)加,加快了点(dian)蚀(shi)的(de)(de)(de)发(fa)生.


3 结 论

(1)20钢(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和13Cr钢(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)甲酸(suan)GCO2 共存模拟油井(jing)管道环(huan)境(jing)下的(de)(de)腐蚀(shi)速率均随(sui)甲酸(suan)含(han)量的(de)(de)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)大(da),13Cr钢(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)腐蚀(shi)速率低于20钢(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de);20钢(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)腐蚀(shi)为(wei)均匀(yun)腐蚀(shi),13Cr钢(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)为(wei)点蚀(shi),腐蚀(shi)程度均随(sui)腐蚀(shi)介(jie)质中甲酸(suan)含(han)量的(de)(de)增(zeng)加(jia)而(er)加(jia)剧.

(2)20 钢(gang) 在(zai) 在(zai) 模 拟 油 井(jing) 管 道(dao) 环(huan) 境 中 发 生 了(le)FeCO3 的(de)(de)生成(cheng)和(he)碳酸盐的(de)(de)沉(chen)积(ji),FeCO3 产物(wu)层覆(fu)盖(gai)部位(wei)不断发生基体的(de)(de)溶解,而钙、镁碳酸盐沉(chen)积(ji)的(de)(de)位(wei)置不断出现产物(wu)沉(chen)积(ji),基体不同(tong)部位(wei)的(de)(de)腐蚀溶解程(cheng)度存在差异,基体腐蚀相对较慢的(de)(de)部位(wei)会形成(cheng)突起;13Cr钢在模拟油井(jing)管道环境中优先发生铬的(de)(de)溶解,形成(cheng)以Cr(OH)3为(wei)主的(de)(de)钝化膜(mo),随着甲酸含量的(de)(de)增加(jia),钝化膜(mo)的(de)(de)稳(wen)定(ding)性、致(zhi)密(mi)性均(jun)降低,H+ 和(he) Cl- 通过钝(dun)化膜与基(ji)体(ti)接触(chu),促进了点蚀的发生(sheng).

(文章来源:材料与测试网- >  >  > pp.42)



xml地图 | sitemap地图
凯迪拉克
分享到:QQ空间新浪微博腾讯微博人人网微信
刺客伍六七 中国新说唱 逆天邪神 张哲瀚 天龙八部 密室大逃脱 海上繁花 金像奖 极限挑战宝藏行 做回自己 Upperground old town road 逆战 桂纶镁 奔跑吧 鲁迅 猫和老鼠 我要我们在一起 热爱就一起 美好的日子 网恋被骗八百多万 奔跑吧兄弟 生死狙击 哥斯拉大战金刚 修罗武神烟火里的尘埃 特朗普受双重暴击 易烊千玺 梦幻西游 热血江湖 起风了 张飞 守望先锋 心动的信号 用尽我的一切奔向你 一拳超人 王源 一念永恒 冒险岛 雷克萨斯 只是太爱你 项少龙全职高手 大妈水枪喷火炬手 逆天邪神 奔跑吧 光年之外我的世界 心动的信号 王牌对王牌 吴亦凡回应 夜宴 网恋被骗八百多万 红色娘子军 德甲 Without Me 中国队26日夺金点 猫和老鼠 生死狙击 | 下一页
Baidu
sogou
百度 搜狗 360