在石油、天然气的开采、集输过程中,存在严重的CO2/H2S腐蚀。腐蚀常常导致严重的安全事故,如人员伤亡、经济损失和环境污染等问题。尽管不锈钢与耐蚀合金具备优异的耐蚀性能,但其成本过高,从而限制了其在管道运输领域的应用。由于陆上和海上的石油和天然气储层通常分布在偏远地区,采用碳钢管线运输成品油气是最为经济有效的方式。但是,碳钢管线在服役过程中常常会遭遇C02/H2S腐蚀的侵扰。国内外学者对含Cr低合金钢的研究发现,在碳钢中添加1～5wt.%的Cr可以显著降低CO2腐蚀速率,并对其耐蚀机理做了深入的研究。随着苛刻环境油气开采日趋增多,多数情况原油中存在大量H2S,探讨含Cr低合金钢在C02-H2S环境中的腐蚀行为与机理,可以拓展含Cr低合金钢的应用领域和发展前景。而面对管线顶部易发生的C02-H2S-02交互影响的湿气腐蚀环境,以及开采过程中难免会进入02及粉砂的环境,含Cr低合金钢能否发挥出良好的耐蚀性能,势必也会影响含Cr低合金钢的适用范围和发展前景。本文通过研究含Cr低合金钢在高温高压CO2-H2S环境、湿气CO2/H2S/02共存环境、含粉砂和溶解氧的CO2环境下的腐蚀行为,综合运用电化学测试、表面形貌分析、物相分析、物理性能测试等多种技术方法,系统研究了含Cr低合金钢在多因素苛刻环境下的腐蚀机理,明确钢中Cr元素对含Cr低合金钢的腐蚀产物膜、腐蚀形态和耐蚀性能的影响。具体结论如下:(1)在高温高压C02-H2S环境下,含Cr低合金钢耐蚀性能强于普通管线钢。温度升高和C02、H2S分压上升,均会使腐蚀产物膜中的FeC03逐渐向更难溶解的FeS转变。钢中Cr3+水解反应降低电极表面局部pH值,.延缓了 FeC03在内层形成,Cr化合物和马基诺矿FeS层对抑制钢基体进一步腐蚀起主要贡献。马基诺矿FeS沉积速度影响Cr化合物富集层的完整性,随着H2S分压上升,元素Cr在腐蚀过程中的影响和作用逐渐减弱。(2)在湿气C02/H2S/O2环境下,含Cr低合金钢耐蚀性能强于普通管线钢,特别是在含O2环境腐蚀速率远低于普通管线钢。在CO2-H2S-O2共存的环境中,普通管线钢腐蚀产物膜层不断被H2S和02还原、氧化,形成不稳定的硫化物、铁氧化物、单质硫为主的疏松膜层,腐蚀倾向严重。对于含Cr低合金钢,吸氧反应导致冷凝液膜pH值上升,有利于含Cr低合金钢形成完整致密的富Cr层,而H2S对Cr化合物没有破坏作用,腐蚀速率低于普通管线钢。(3)在含粉砂的CO2腐蚀环境下,粉砂吸附层中粉砂尺寸影响CO2腐蚀电化学阴极过程的物质传输和粉砂与腐蚀产物混合膜层致密度。325目粉砂(45μm)环境,粉砂阻碍H2CO3传输和Cr3+向外扩散,促使含Cr低合金钢在粉砂层下形成完整富Cr层,导致腐蚀速率降低;5000目粉砂(2.6μm)环境,富Cr层在粉砂层基础上形成,粉砂不影响富Cr层完整性,导致腐蚀速率降低;1000目粉砂(13μm)环境,粉砂破坏富Cr层完整性,导致腐蚀升高和局部腐蚀。(4)在含溶解氧的粉砂环境下,粉砂吸附层中粉砂影响氧腐蚀电化学阴极过程的物质传输和Fe2+腐蚀产物向Fe3+腐蚀产物转变。对普通管线钢来说,1000目粉砂阻碍O2传输,有利于形成保护性更好的腐蚀产物膜;5000目粉砂不影响O2传输,腐蚀产物膜疏松,易发生局部腐蚀。对含Cr低合金钢来说,1000目粉砂破坏富Cr层完整性,导致腐蚀速率升高和局部腐蚀;5000目粉砂不影响O2传输,有利于含Cr低合金钢形成保护性更好的富Cr层。(5)在1000目粉砂、溶解氧环境下,含Cr低合金钢优先形成粉砂与铁氧化物混合的膜层,随着膜层局部铁氧化物增多,粉砂附着力变差、铁氧化物富集区下方形成局部的富Cr腐蚀产物膜。在长期的腐蚀环境中,疏松的铁氧化物和粉砂混合层渐渐失去附着效果,富Cr腐蚀产物膜区域逐渐扩展融合,形成完整的富Cr内层膜,对钢基体起到有效的保护作用。