超临界CO₂环境中应力作用下碳钢-不锈钢电偶腐蚀行为

【作者】 司诚毅； 李岩岩； 张国安；

【机构】 华中科技大学；

【摘要】 在油气开采过程中,当碳钢管道与不锈钢设备接触时,会发生电偶腐蚀,这极大地加速了碳钢管道的腐蚀失效。此外,管道自身重力载荷及内部压力产生的应力,还会进一步加剧电偶腐蚀问题。因此,阐明超临界CO₂饱和地层水中外加载应力下碳钢-不锈钢的电偶腐蚀机理,并在此基础上建立可靠的防护措施,不仅具有重要的基础科学意义,对于保障油气生产安全而言,更具备重大的工程应用价值。本研究设计了一套实验装置,实现了超临界CO₂环境中在应力作用下碳钢与不锈钢电偶腐蚀的原位电化学测试。同时,通过有限元模拟揭示了N80碳钢与316L不锈钢之间电偶腐蚀的演化规律。研究发现,316L不锈钢与N80碳钢之间存在较大电位差,这导致两者产生较高的电偶电流密度。在N80碳钢处于阳极极化状态时,会促进其发生局部腐蚀;而在316L不锈钢处于阴极极化状态时,则会降低其钝化膜的稳定性。应力的存在会促进N80碳钢的局部腐蚀,并降低316L不锈钢钝化膜的稳定性,在耦合条件下该影响尤为显著。尽管外加载应力会减小316L不锈钢与N80碳钢电偶腐蚀的驱动力（电位差）,但应力导致的阴、阳极表面电阻下降更为显著。因此,在应力作用下,电偶电流密度增大,即电偶腐蚀程度加剧。温度降低虽然会使316L不锈钢与N80碳钢之间的电位差（电偶腐蚀驱动力）增大,但是导致的阴、阳极表面电阻的增幅更为显著。综上,温度降低会削弱316L不锈钢与N80碳钢的电偶腐蚀效应,最终使电偶电流密度减小。更多还原