鄒慶，廖柯熹，劉昕瑜，何國(guó)璽，冷吉輝，趙帥，彭沐霖

注蒸汽管道在CO2/O2/SO2環(huán)境中的腐蝕行為

鄒慶1，廖柯熹1，劉昕瑜2，何國(guó)璽1，冷吉輝1，趙帥1，彭沐霖1

（1.西南石油大學(xué) 石油與天然氣工程學(xué)院，成都 610000；2.四川菲思福石油天然氣工程有限公司，成都 610000）

揭示45#鋼、3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中的腐蝕行為及力學(xué)性能規(guī)律，為新疆油田注蒸汽管道的安全運(yùn)行提供理論支撐?；谧⒄羝艿垃F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況，結(jié)合高溫高壓釜、結(jié)合掃描電子顯微鏡、3D顯微鏡、X射線衍射儀（XRD）等手段，進(jìn)行失重測(cè)試、產(chǎn)物表征及拉伸測(cè)試試驗(yàn)。隨著溫度（100～250 ℃）升高，45#鋼、3Cr鋼的腐蝕速率呈減小的趨勢(shì)；隨著O2含量（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，0～3%）升高，45#鋼、3Cr鋼的腐蝕速率呈先增大后減小的趨勢(shì)，在O2含量2%～3%時(shí)腐蝕受到抑制。XRD測(cè)試結(jié)果表明45#鋼在CO2/O2/SO2體系中腐蝕產(chǎn)物主要包括FeSO4·H2O、FeCO3、Fe2O3，3Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物主要有Cr2O3、FeSO4·H2O、FeCO3、Fe2O3。3D顯微鏡結(jié)果顯示45#鋼基體表面存在較為明顯的局部腐蝕缺陷，3Cr鋼未出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象；力學(xué)性能結(jié)果顯示45#鋼腐蝕后抗拉強(qiáng)度減小1.36%，延伸率減小6.85%，3Cr鋼腐蝕后抗拉強(qiáng)度減小0.39%，延伸率減小21.34%。在高溫高壓CO2/O2/SO2環(huán)境中，SO2在腐蝕過程中占據(jù)主導(dǎo)地位；高溫（100～250 ℃）下腐蝕產(chǎn)物膜致密，抑制腐蝕；O2參與陰極反應(yīng)，在低濃度氧（0～2%）時(shí)腐蝕產(chǎn)物膜被破壞從而促進(jìn)腐蝕，高濃度氧（2%～3%）時(shí)鋼材基體鈍化抑制腐蝕；腐蝕后鋼材力學(xué)性能退化，腐蝕對(duì)鋼材延伸率影響較大，對(duì)抗拉強(qiáng)度影響較小。

CO2/O2/SO2體系；高溫高壓；腐蝕行為；溫度；O2含量；力學(xué)性能

注蒸汽管道是油氣田開采系統(tǒng)的重要組成部分[1]。在新疆油田注蒸汽管道中，輸送介質(zhì)常含有CO2、SO2酸性氣體和O2強(qiáng)氧化性氣體，致使管道發(fā)生嚴(yán)重腐蝕[2-3]。

在CO2/O2體系中，溫度一直是許多學(xué)者研究的重點(diǎn)。朱春明等[4]研究發(fā)現(xiàn)3Cr鋼的腐蝕速率隨溫度（60～100 ℃）的升高而增加。Luo等[5]研究表明在較低溫度（<140 ℃）時(shí)，X52、3Cr、13Cr腐蝕速率隨著溫度升高而增大。王秀民[6]發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度升至150～250 ℃時(shí)，N80和P110鋼的腐蝕速率降低。孫永濤等[7-9]研究P110鋼和N80鋼在40～280 ℃時(shí)，腐蝕速率在60 ℃和180 ℃附近存在極大值現(xiàn)象。分壓比對(duì)腐蝕影響較為明顯。黃天杰等[10]發(fā)現(xiàn)CO2和O2分壓比增大（6～3 000），N80鋼材主要為CO2腐蝕，腐蝕膜主要為FeCO3晶體結(jié)構(gòu)，含有少量的Fe2O3。腐蝕產(chǎn)物膜在腐蝕過程中尤為重要。Zhao等[11]研究發(fā)現(xiàn)腐蝕過程中產(chǎn)生的氣體會(huì)從內(nèi)部沖破腐蝕產(chǎn)物膜，促進(jìn)腐蝕。Lin等[12]發(fā)現(xiàn)溶解氧會(huì)在局部區(qū)域生成Fe(OH)3，破壞3Cr鋼腐蝕產(chǎn)物膜完整性，導(dǎo)致Cr元素分布不均勻，促進(jìn)點(diǎn)蝕的發(fā)生。Hua等[13]研究O2含量對(duì)X65鋼在超臨界CO2環(huán)境中的腐蝕行為時(shí)發(fā)現(xiàn)，O2含量由0增加到10–3時(shí)，X65鋼均勻腐蝕速率降低，局部腐蝕程度增大，原因在于O2抑制了FeCO3膜的形成，并生成了Fe2O3。

在CO2/O2/SO2體系中，劉慧楓[14]發(fā)現(xiàn)SO2主導(dǎo)腐蝕進(jìn)程，同時(shí)O2與SO2的交互作用促進(jìn)了H2SO4的形成，腐蝕速率增大。Wang等[15]在水飽和超臨界CO2中，發(fā)現(xiàn)O2和SO2協(xié)同作用對(duì)腐蝕速率影響取決于雜質(zhì)的濃度變化。Xiang等[16]基于CO2腐蝕模型和大氣腐蝕模型，建立了適用于超臨界CO2–SO2–O2– H2O管道腐蝕的力學(xué)模型，該模型揭示了影響因素對(duì)超臨界CO2–SO2–O2–H2O中管道鋼腐蝕速率的影響機(jī)理。Xu等[17]發(fā)現(xiàn)在含SO2、O2、H2O雜質(zhì)的超臨界CO2環(huán)境中，相對(duì)濕度的影響大于初始表面粗糙度的影響，當(dāng)相對(duì)濕度處于50%～100%時(shí)，鋼材表面出現(xiàn)局部腐蝕，當(dāng)相對(duì)濕度為45%時(shí)，腐蝕形式為均勻腐蝕。此外，腐蝕環(huán)境中鋼材的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生變化，目前部分學(xué)者[18-20]針對(duì)鋼材在腐蝕前后的力學(xué)性能變化進(jìn)行了測(cè)試，影響規(guī)律存在一定的爭(zhēng)議。

綜上所述，目前學(xué)者針對(duì)CO2/O2環(huán)境中的腐蝕規(guī)律及腐蝕機(jī)理進(jìn)行了大量研究，但是高溫蒸汽CO2/O2/SO2環(huán)境中溫度、O2含量變化對(duì)腐蝕的影響卻很少報(bào)導(dǎo)，而新疆油田注蒸汽管道運(yùn)行溫度及O2含量范圍較大，造成嚴(yán)重的腐蝕。因此，本文采用高溫高壓反應(yīng)釜、產(chǎn)物表征技術(shù)和拉伸測(cè)試手段，揭示了溫度和O2對(duì)45#鋼和3Cr鋼在高溫CO2/O2/SO2體系中的影響規(guī)律，為新疆油田安全開采提供一定的理論支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

試樣采用45#鋼和3Cr鋼，其化學(xué)組成如表1所示。45#鋼、3Cr鋼的金相顯微組織如圖1所示，45#鋼主要含有鐵素體和馬氏體，3Cr鋼主要含鐵素體、馬氏體和奧氏體。

表1 45#鋼及3Cr鋼的化學(xué)組成

Tab.1 The chemical composition of 45# and 3Cr steel wt.%

失重試樣規(guī)格為50 mm×10 mm×3 mm，試驗(yàn)前采用400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#、3000#砂紙對(duì)試樣進(jìn)行逐級(jí)打磨，使表面趨于均勻光滑。后用石油醚浸泡30 min，無水乙醇中浸泡清洗5 min，去除試樣表面油脂，置于氮?dú)饬髦懈稍铩８稍锖蟛捎秒娮臃治鎏炱剑ň?.1 mg）稱量。每組試驗(yàn)6個(gè)試樣，3個(gè)用于均勻腐蝕速率測(cè)試，另3個(gè)分別用于腐蝕產(chǎn)物微觀形貌表征、3D顯微鏡測(cè)試、X射線衍射儀測(cè)試。拉伸試樣規(guī)格要求見ISO 6892-1—2019《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫下的試驗(yàn)方法》，如圖2所示，每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)平行試樣。腐蝕試驗(yàn)溶液介質(zhì)采用模擬地層水，其配制如表2所示，模擬采出地層水的pH為7。

圖2 拉伸測(cè)試試樣尺寸圖

表2 配制模擬地層水藥劑用量

Tab.2 Configure the dosage of the simulated formation water agent mg/L

1.2 方案

方案如表3所示，失重試驗(yàn)在高溫高壓反應(yīng)釜（5 L）中進(jìn)行。配制1 L模擬地層水倒入釜（5 L）中，將試樣安裝到支架上，放入反應(yīng)釜，整個(gè)試驗(yàn)過程在氣相環(huán)境中進(jìn)行；通氮?dú)? h除去釜內(nèi)空氣，根據(jù)試驗(yàn)方案，設(shè)置試驗(yàn)溫度；待釜內(nèi)溫度穩(wěn)定后，按照各氣質(zhì)分壓依次通入SO2、O2、CO2，最后通入氮?dú)馍龎褐?.8 MPa，試驗(yàn)周期為5 d。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，用NaOH溶液處理廢氣，避免環(huán)境污染。

表3 高溫高壓反應(yīng)釜試驗(yàn)方案

Tab.3 High temperature and pressure autoclave schem

1.3 腐蝕速率計(jì)算

試驗(yàn)5 d后，將試樣取出放置去膜液中，置于超聲波機(jī)中超聲清洗10 min。去膜液采用500 mL濃鹽酸+3.5 g六次甲基四胺加入蒸餾水配制成1 L[21]。將去膜后的試樣用蒸餾水清洗，后置于無水乙醇中超聲清洗10 min。將清洗后試樣置于氮?dú)饬髦懈稍铩８稍锖蠓Q量。

均勻腐蝕速率計(jì)算采用式（1）所示[22]。根據(jù)試樣腐蝕速率大小判斷腐蝕程度，如表4所示[23]。

式中：corr為試樣腐蝕速率值（mm/a）；1為試樣腐蝕前質(zhì)量（g）；2為試樣腐蝕后質(zhì)量（g）；為試樣腐蝕反應(yīng)時(shí)間（h）；為試樣鋼材的密度（g/cm3）；為試樣的表面積（cm2）。

將去膜后的試樣進(jìn)行3D顯微鏡測(cè)試，觀察基體形貌及最大腐蝕缺陷深度，計(jì)算局部腐蝕速率，如式（2）所示[24]。

式中：L為局部腐蝕速率值（mm/a）；為最大點(diǎn)蝕深度（μm）；為腐蝕時(shí)間（d）。

表4 NACE RP-0775標(biāo)準(zhǔn)對(duì)均勻腐蝕速率程度的評(píng)判

Tab.4 Evaluation of NACE RP-0775 standard on the degree of uniform corrosion rate

1.4 腐蝕產(chǎn)物表征

采用掃描電子顯微鏡（FEI Quanta 650 FEG）觀察腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)。采用X射線衍射儀（X Pert PRO MPD）研究腐蝕產(chǎn)物成分。采用3D顯微鏡（Bruker GT光學(xué)輪廓鏡）觀察腐蝕后試樣基體形貌及最大腐蝕缺陷深度。

1.5 材料力學(xué)性能測(cè)試

選取腐蝕最嚴(yán)重工況，進(jìn)行拉伸試樣的高溫高壓反應(yīng)釜試驗(yàn)，5 d后取出，對(duì)腐蝕前后試樣分別進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。拉伸試驗(yàn)采用MTS-810拉伸試驗(yàn)機(jī)，抗拉強(qiáng)度、延伸率測(cè)試按照ISO 6892-1—2019《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫下的試驗(yàn)方法》進(jìn)行[25]。

2 結(jié)果

2.1 均勻腐蝕速率

2.1.1 不同溫度條件下的均勻腐蝕速率

45#鋼、3Cr鋼在CO2/O2/SO2體系中不同溫度條件下，總壓7.8 MPa，氣質(zhì)組分（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，全文同）3% O2+7% CO2+0.005% SO2，均勻腐蝕速率值如圖3所示。45#鋼在250 ℃時(shí)腐蝕程度屬于中度腐蝕，200 ℃時(shí)屬于嚴(yán)重腐蝕，100～150 ℃時(shí)屬于極嚴(yán)重腐蝕；3Cr鋼在200～250 ℃時(shí)腐蝕程度屬于中度腐蝕，100～150 ℃時(shí)屬于極嚴(yán)重腐蝕。隨著溫度升高，45#鋼、3Cr鋼腐蝕速率均呈減小趨勢(shì)。從100 ℃升高至200 ℃時(shí)，兩種鋼材腐蝕速率顯著減小，而從200 ℃升高至250 ℃時(shí)，腐蝕速率減小趨勢(shì)均變緩。王秀民[26]研究N80和P110鋼在高溫高壓蒸汽中的腐蝕行為時(shí)，發(fā)現(xiàn)腐蝕速率隨著溫度升高（150～250 ℃）而降低；當(dāng)溫度在150 ℃左右時(shí)，腐蝕產(chǎn)物膜厚而疏松，晶粒粗大，產(chǎn)物膜對(duì)基體的保護(hù)性較差，腐蝕嚴(yán)重；當(dāng)溫度在150 ℃以上時(shí)，F(xiàn)eCO3腐蝕產(chǎn)物膜致密不易脫落，產(chǎn)物膜對(duì)基體有良好的保護(hù)性。

2.1.2 不同O2含量條件下的均勻腐蝕速率

45#鋼、3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中不同O2含量條件下（總壓7.8 MPa，溫度100 ℃，氣質(zhì)組分7% CO2+0.005% SO2）的腐蝕速率如圖4所示。45#鋼、3Cr鋼在O2含量為0、1%、3%時(shí)的腐蝕程度均屬于極嚴(yán)重腐蝕。45#鋼、3Cr鋼的腐蝕速率均隨著O2含量升高呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)O2含量從2%升至3%時(shí)，腐蝕受到抑制，腐蝕速率減小，這與Wang等[15]的研究結(jié)果相同。Wang發(fā)現(xiàn)X65鋼在超臨界CO2/O2/SO2環(huán)境中，O2含量從0升至0.02%時(shí)，腐蝕速率增大，而0.02%增至0.1%時(shí)，腐蝕受到抑制。原因是低濃度O2時(shí)腐蝕產(chǎn)物膜被破壞，促進(jìn)腐蝕，而高濃度O2時(shí)，鋼材基體發(fā)生鈍化，形成鈍化膜，抑制腐蝕。

2.2 腐蝕產(chǎn)物微觀形貌

2.2.1 45#鋼的腐蝕產(chǎn)物微觀形貌

圖5顯示了45#鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況（7.8 MPa，100 ℃，3% O2+7% CO2+ 0.005% SO2）下的腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)。由圖5a可知，鋼材基體上有較多腐蝕產(chǎn)物堆積，局部區(qū)域出現(xiàn)破損。破損區(qū)域產(chǎn)物結(jié)構(gòu)松散，保護(hù)較差。從破損區(qū)域500×、2 000×圖像發(fā)現(xiàn)，表層產(chǎn)物呈片狀堆積，底部為結(jié)構(gòu)致密的塊狀物質(zhì)。選取圖5c中2種典型產(chǎn)物形貌進(jìn)行EDS分析，結(jié)果如圖5d、表5所示。A區(qū)域塊狀物質(zhì)主要有C、O、Fe元素，C、O原子比約為1∶3，這與Zhao等[11]的結(jié)果一致，推測(cè)為FeCO3；B區(qū)域片狀物質(zhì)主要含C、O、Fe元素，原子比無明顯規(guī)律，可能為Fe2O3、FeCO3的混合物。此外，A、B區(qū)域都含有少量S元素，推測(cè)可能來自SO2腐蝕 產(chǎn)物。

圖3 不同溫度條件下的均勻腐蝕速率

圖4 不同O2含量條件下的腐蝕速率

圖5 45#鋼的腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)及EDS測(cè)試結(jié)果

表5 45#鋼腐蝕產(chǎn)物元素組成比例

Tab.5 Elemental composition ratio of 45# steel corrosion products

2.2.2 3Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物微觀形貌

圖6顯示了3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況（7.8 MPa，100 ℃，3% O2+7% CO2+0.005% SO2）下的腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)。由圖6a可知，3Cr鋼腐蝕產(chǎn)物緊密堆積在鋼材基體上，較45#鋼產(chǎn)物明顯減少。500×、2 000×下觀察結(jié)果如圖6b—c所示，產(chǎn)物整體結(jié)構(gòu)致密，無明顯的局部腐蝕現(xiàn)象；產(chǎn)物底部主要呈現(xiàn)塊狀，表面為顆粒狀產(chǎn)物堆積。選取圖6c中2種典型產(chǎn)物形貌進(jìn)行EDS分析，結(jié)果如圖6d、表6所示。C、D區(qū)域腐蝕產(chǎn)物均含C、O、Fe元素，對(duì)應(yīng)原子比例相似。此外，D區(qū)域中腐蝕產(chǎn)物含有少量的Cr，可能是由于基體中的Cr參與腐蝕反應(yīng)，而在C區(qū)域中并未檢測(cè)到Cr元素，說明該區(qū)域物質(zhì)可能不含Cr的腐蝕產(chǎn)物。

圖6 3Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)及EDS測(cè)試結(jié)果

表6 3Cr鋼腐蝕產(chǎn)物元素組成比例

Tab.6 Elemental composition ratio of 3Cr steel corrosion products

2.3 基體形貌

2.3.1 45#鋼的基體形貌

45#鋼在高溫CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況（7.8 MPa，100 ℃，3% O2+7% CO2+0.005% SO2）下的基體形貌測(cè)試結(jié)果如圖7所示，發(fā)現(xiàn)基體表面存在較為明顯的局部腐蝕缺陷，對(duì)應(yīng)最大腐蝕缺陷深度為20.180 2 μm，結(jié)合公式（2）局部腐蝕速率值為1.46 mm/a。

圖7 45#鋼去除腐蝕產(chǎn)物后基體形貌

2.3.2 3Cr鋼的基體形貌

3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況（7.8 MPa，100 ℃，3% O2+7% CO2+0.005% SO2）下基體形貌測(cè)試結(jié)果如圖8所示，基體形貌整體接近均勻腐蝕，無明顯局部腐蝕缺陷，最大腐蝕坑深度及局部腐蝕速率明顯小于45#鋼，最大腐蝕缺陷深度為5.376 6 μm，局部腐蝕速率值為0.392 5 mm/a。

圖8 3Cr鋼去除腐蝕產(chǎn)物后基體形貌

2.4 腐蝕產(chǎn)物成分

45#鋼、3Cr鋼在高溫高壓CO2/O2/SO2體系中腐蝕最嚴(yán)重工況（7.8 MPa，100 ℃，3% O2+7% CO2+ 0.005% SO2）下的腐蝕產(chǎn)物成分如圖9所示。45#鋼腐蝕產(chǎn)物主要有FeCO3、Fe2O3、FeSO4·H2O；3Cr鋼腐蝕產(chǎn)物主要有FeCO3、Fe2O3、FeSO4·H2O、Cr2O3。

圖9 腐蝕產(chǎn)物成分

2.5 力學(xué)性能測(cè)試

2.5.1 45#鋼力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

45#鋼在腐蝕最嚴(yán)重工況（7.8 MPa，100 ℃，3% O2+7% CO2+0.005% SO2）下拉伸測(cè)試宏觀形貌如圖10所示。鋼材腐蝕后表面有黑色腐蝕產(chǎn)物堆積，部分區(qū)域有紅褐色物質(zhì)堆積。拉伸測(cè)試結(jié)果如表7所示，45#鋼腐蝕后的抗拉強(qiáng)度退化1.36%，延伸率退化6.85%，表明腐蝕對(duì)鋼材延伸率的影響較大，對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響較小。

2.5.2 3Cr鋼力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

3Cr鋼在腐蝕最嚴(yán)重工況（7.8 MPa，100 ℃，3% O2+7% CO2+0.005% SO2）下拉伸測(cè)試宏觀形貌如圖11所示，腐蝕后鋼材表面有黑色腐蝕產(chǎn)物堆積，試樣斷口均偏向一側(cè)。拉伸測(cè)試結(jié)果如表8所示，3Cr鋼腐蝕后抗拉強(qiáng)度退化0.39%，延伸率退化21.34%，表明腐蝕對(duì)鋼材延伸率的影響較大，對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響較小。

文學(xué)是文化的具體表現(xiàn)，是文化意識(shí)形態(tài)體現(xiàn)的重要窗口。中西方文化在歷史發(fā)展過程中，由于發(fā)展根基及道路的不同，產(chǎn)生了不同的社會(huì)意識(shí)形態(tài)；在各自意識(shí)形態(tài)的影響和作用下，直接導(dǎo)致了文學(xué)風(fēng)格及文化內(nèi)容的不同。筆者以英語文學(xué)翻譯為入口和出發(fā)點(diǎn)，圍繞中西方文化差異的具體表現(xiàn)及差異產(chǎn)生的原因展開了闡述與分析，并基于差異的基礎(chǔ)上，就中西文化今后交流的有效進(jìn)行進(jìn)行闡述和探討。

圖10 45#鋼腐蝕前后拉伸測(cè)試宏觀形貌

表7 45#鋼拉伸測(cè)試結(jié)果

Tab.7 45# steel tensile test result

圖11 3Cr鋼腐蝕前后拉伸測(cè)試宏觀形貌

表8 3Cr鋼拉伸測(cè)試結(jié)果

Tab.8 3Cr steel tensile test result

3 討論

45#鋼、3Cr鋼在CO2/O2/SO2體系中的腐蝕機(jī)理如圖12、13所示。在CO2/O2/SO2體系中溶液離子組成復(fù)雜，例如Fe2+、H2CO3、SO2·H2O、HCO3–、CO32–、HSO3–、SO32–，反應(yīng)如式(3)—(9)所示[27-29]。

研究表明[15]，少量的SO2可替代CO2作為腐蝕過程中的主要反應(yīng)物，控制腐蝕進(jìn)程。因此在CO2/O2/

SO2體系中SO2腐蝕優(yōu)先反應(yīng)生成FeSO3，如式(10)—(11)所示[14]。

(11)

XRD結(jié)果顯示腐蝕產(chǎn)物有FeSO4·H2O，這是由于O2具有強(qiáng)氧化性，SO2腐蝕產(chǎn)生的FeSO3被氧化為FeSO4，反應(yīng)如式(12)—(13)所示[30]。

CO2腐蝕生成FeCO3是目前大多數(shù)學(xué)者的共識(shí)[31-33]。當(dāng)溶液中的Fe2+與CO32–的濃度乘積超過FeCO3的溶度積時(shí)，會(huì)在鋼材基體表面沉淀，生成FeCO3膜[7]，化學(xué)反應(yīng)如式（14）所示。當(dāng)然也有學(xué)者認(rèn)為HCO3–也可與Fe2+發(fā)生反應(yīng)生成FeCO3，如式(15)—(16)所示[14]。

XRD圖顯示產(chǎn)物中存在Fe2O3，這是由于O2的存在。首先，O2作為陰極去極化及參與陰極反應(yīng)[34]，如式（17）所示；其次O2具有強(qiáng)氧化性，氧化Fe(OH)2生成Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3進(jìn)一步脫水形成Fe2O3，反應(yīng)如式(18)—(20)所示[11]。

此外，3Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物中存在Cr2O3，這是由于基體中的Cr參與腐蝕反應(yīng)，如式(23)—(25)所示。Cr2O3覆蓋在基體表面，對(duì)基體保護(hù)性較好，阻礙基體與腐蝕性介質(zhì)間的傳導(dǎo)，從而抑制腐蝕[5]，因此3Cr鋼的腐蝕速率小于45#鋼。

4 結(jié)論

1）高溫CO2/O2/SO2體系下，45#鋼的腐蝕速率大于3Cr腐蝕速率，這是由于3Cr鋼基體中的Cr參與腐蝕反應(yīng)，生成Cr2O3覆蓋在基體表面，保護(hù)基體，阻礙基體與腐蝕性介質(zhì)間的傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致3Cr鋼腐蝕速率較小。

2）隨著溫度升高（100～250 ℃），鋼材腐蝕速率降低，原因是CO2腐蝕生成保護(hù)性較好的FeCO3膜，高溫下腐蝕產(chǎn)物膜致密，保護(hù)性能好，阻斷腐蝕性介質(zhì)傳質(zhì)，抑制腐蝕；低濃度O2（0～2%），破環(huán)腐蝕產(chǎn)物膜，增大腐蝕速率；高濃度O2（2%～3%）時(shí)，促進(jìn)鋼材基體鈍化，腐蝕被抑制，腐蝕速率減小。

3）2種鋼材腐蝕后力學(xué)性能均出現(xiàn)退化現(xiàn)象，腐蝕對(duì)鋼材延伸率影響較大，對(duì)抗拉強(qiáng)度影響較小。

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Corrosion Behavior of Steam Injection Pipeline in CO2/O2/SO2Environment

1,1,2,1,1,1,1

(1. School of Oil and Gas Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610000, China; 2. Sichuan Faithful Petroleum and Natural Gas Engineering Co., Ltd., Chengdu 610000, China)

In order to reveal the corrosion behavior and mechanical properties of 45# steel and 3Cr steel in the high temperature and pressure CO2/O2/SO2system, and provide theoretical support for the safe operation of steam injection pipelines in Xinjiang Oilfield. Based on the on-site operating conditions of the steam injection pipeline, combined with high temperature autoclave, combined with scanning electron microscope, 3D microscope, X-ray diffractometer (XRD) and other means, weight loss test, product characterization and tensile test are carried out. With the increase of temperature (100-250 ℃), the corrosion rate of 45# steel and 3Cr steel shows a decreasing trend; with the increase of O2content (0-3mol%), the corrosion of 45# steel and 3Cr steel rate first increases and then decreases, and the corrosion is inhibited when the O2content is 2mol%-3mol%. The XRD test results show that the corrosion products of 45# steel in the CO2/O2/SO2system mainly include FeSO4·H2O, FeCO3, Fe2O3, and the corrosion products of 3Cr steel mainly include Cr2O3, FeSO4·H2O, FeCO3, and Fe2O3. The 3D microscope results show that 45# there are obvious local corrosion defects on the surface of the steel substrate, and 3Cr steel does not appear local corrosion; the mechanical properties show that the tensile strength of 45# steel after corrosion is reduced by 1.36%, the elongation is reduced by 6.85%, and the tensile strength of 3Cr steel after corrosion Reduced by 0.39%, elongation reduced by 21.34%. In the high temperature and pressure CO2/O2/SO2environment, SO2dominates the corrosion process; the corrosion product film is dense at high temperature (100-250 ℃), which inhibits corrosion; O2participates in the cathodic reaction, and in the low concentration of oxygen (0-2mol%), the corrosion product film is destroyed to promote corrosion. When high concentration oxygen (2mol%-3mol%), the steel matrix is passivated to inhibit corrosion; after corrosion, the mechanical properties of the steel are degraded, and corrosion has a greater impact on the elongation of the steel. The tensile strength is less affected.

steam injection pipeline; CO2/O2/SO2system; high temperature and pressure; corrosion behavior; temperature, O2content

TG172

A

1001-3660(2022)07-0225-11

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.022

2021–08–24；

2021–11–29

2021-08-24；

2021-11-29

鄒慶（1996—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橛蜌夤艿劳暾怨芾怼?/p>

ZOU Qing (1996-), Male, Master, Research focus: oil and gas pipeline integrity management.

廖柯熹（1970—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)橛蜌夤艿劳暾怨芾怼?/p>

LIAO Ke-xi (1970-), Male, Ph. D., Professor, Research focus: oil and gas pipeline integrity management.

鄒慶, 廖柯熹, 劉昕瑜, 等. 注蒸汽管道在CO2/O2/SO2環(huán)境中的腐蝕行為[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(7): 225-235.

ZOU Qing, LIAO Ke-xi, LIU Xin-yu, et al. Corrosion Behavior of Steam Injection Pipeline in CO2/O2/SO2Environment[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 225-235.

責(zé)任編輯：萬長(zhǎng)清