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硫化氢（H2S）腐蚀是油气田开发中最严重的问题之一,会导致金属发生均匀腐蚀、点蚀以及氢损伤。Fe-H2S-H2O环境中,钢表面会形成复杂的腐蚀产物膜（多晶型硫铁化合物）,其形态和晶型都会随环境因素的变化而转变,且不同类型的产物膜对钢的后续腐蚀进程有着截然不同的影响。然而,腐蚀产物的研究中尚存在诸多有待深入探寻的基础科学问题,例如:腐蚀产物的生长机制?腐蚀产物在湿H2S环境中的相转变规律?腐蚀产物对钢基体保护性差异的本质原因等。因此,本论文对上述基础问题进行了探索,主要研究内容和结论如下。首先对腐蚀产物的形核以及生长过程和机制进行了研究,首次发现:（1）碳钢在H2S环境中晶界附近优先溶解,铁素体和碳化物之间的电位差加速了钢的溶解,为形核提供了动力。腐蚀10 s后晶界处的深度在100-150 nm之间,而晶粒的深度却只有50 nm。（2）低温形核的陨硫矿由多个沿c轴生长的六棱柱状单晶在一个固定的晶面通过静电相互作用形成花朵状大晶体,高温形核的超级结构磁黄铁矿由六方片层为基础在对角线处形核生成新的片状晶体。（3）多晶型硫铁化合物的形态学有较大差异,非晶态硫铁化合物呈不规则形态;马基诺矿常表现为片层状;立方FeS为完美或截断八面体形状;黄铁矿表现为球状;磁黄铁矿为六盘超级结构状;陨硫铁表现为六棱柱、针状和花朵状。利用高分辨透射电镜（HRTEM）对腐蚀产物的晶型演化机理进行了探索,首次发现:（1）马基诺矿和立方FeS等亚稳态晶体对高能电子束较敏感,易在长时间辐射下发生变形甚至消散。陨硫矿稳定性较好,但持续辐射也会引起原子的重新排列。（2）腐蚀产物在低温Fe-H2S-H2O环境中的晶型演变顺序:马基诺矿+少量立方FeS?陨硫矿+少量硫复铁矿?陨硫矿+少量黄铁矿。（3）在Fe-H2S-H2O系统中,马基诺矿和立方FeS均可以转化为硫复铁矿,硫复铁矿是一种比立方FeS还不稳定的过渡态晶体。利用电化学方法研究了腐蚀产物膜对碳钢耐蚀性能的影响,实验结果说明:（1）腐蚀产物膜厚度的提高,可降低碳钢的阳极溶解。（2）马基诺矿无法有效阻止氢原子渗入金属基体,而陨硫矿和磁黄铁矿对钢的阳极溶解和氢的渗透行为都有抑制作用。（3）马基诺矿向磁黄铁矿转变的过程中,半导体特征由p型转变为n型,导致界面处离子的选择性吸附和迁移转变。利用电化学方法研究了悬浮的FeS对碳钢耐蚀性能的影响,发现碳钢与FeS处在同种溶液中时,FeS为阴极,碳钢为阳极,在碳钢和FeS之间形成了微观原电池,FeS附近的钢优先溶解,粘附在基体的FeS与相邻的FeS晶粒结合形成大晶体的腐蚀产物,导致腐蚀速率的急剧上升。