2205雙相不銹鋼在油田環境中的電化學腐蝕行為

  雙相不銹鋼由奧氏體相和鐵素體相組成,Cr和Mo元素富集在鐵素體相中,其力學和耐腐蝕性能有所提高,在諸多介質中的抗晶間腐蝕、應力腐蝕開裂和局部腐蝕性能都優于奧氏體不銹鋼。隨著工業生產腐蝕環境的日趨嚴峻,雙相不銹鋼越來越多地運用于油氣、石化、化工、核能和船舶運輸等領域。

  國內外氣田在開發集輸過程中存在著高壓、高溫、高離子條件下CO2或CO2/H2S共存的腐蝕現象日趨突出的問題,如我國新疆地區大型的含CO2凝析的克拉2氣田和雅克拉氣田輸送管道均出現了嚴重的腐蝕穿孔甚至暴裂現象,個別輸送段管線采用了雙相不銹鋼等耐蝕合金控制腐蝕。

  盡管國內氣田因成本較高的問題而極少應用雙相不銹鋼或鎳基合金等耐蝕合金,近年來國內外有關雙相不銹鋼在化學成分、微觀組織、應力腐蝕開裂、臨界點蝕溫度等方面的研究仍有較多報道,如:研究表明在含Cl-環境下雙相不銹鋼比普通奧氏體不銹鋼具有更高的抗點蝕及應力腐蝕開裂的優越性能;2205雙相不銹鋼中添加適量的N可有效抑制腐蝕疲勞裂紋的增長;在CO2環境下進行失重腐蝕研究發現,2205雙相不銹鋼比304L和316L不銹鋼具有更優越的抗腐蝕性能;2205雙相不銹鋼在22%NaCl溶液中具有優越的抗SCC性能;雙相不銹鋼在油田H2S-CO2-Cl-環境中的自腐蝕電位和點蝕電位隨溫度、pH值、Cl-含量、H2S和CO2分壓等增大而明顯下降。

  目前,有關2205雙相不銹鋼在油氣工業中抗CO2、CO2/H2S電化學腐蝕研究的報道較少,尤其2205雙相不銹鋼的點蝕和鈍化特性研究更少。某公司利用電化學測試方法,針對2205雙相不銹鋼在含飽和CO2以及CO2/H2S共存的NaCl介質環境中的電化學腐蝕行為進行研究,以期為2205雙相不銹鋼在油氣工業中的工程運用提供參考依據。

  以2205雙相不銹鋼為研究對象,將試驗材料加工成直徑為10mm、厚度為5mm的圓片狀試樣,一面用銅導線焊接,然后用環氧樹脂封裝并露出一個工作面,其面積為0.785cm2。試驗前先用砂紙逐級打磨至1200號、丙酮除油、蒸餾水清洗。試驗介質采用分析純化學試劑(NaCl和Na2S.4H2O)及蒸餾水按照要求進行配制,共5組試驗溶液。試驗結果表明:

  (1)在飽和CO2的不同NaCl溶液中,2205雙相不銹鋼的腐蝕行為并未發生明顯變化,極化曲線保持較寬鈍化區域,具有優越的抗CO2腐蝕和抗點蝕性能;隨著Cl-濃度增大,2205雙相不銹鋼的點蝕敏感性提高。

  (2)在飽和CO2、不同.濃度的3.5%NaCl溶液中,Na2S.4H2O的添加對2205雙相不銹鋼電化學反應有明顯影響,極化曲線鈍化區域明顯減小,形成H2S腐蝕加速了金屬的陽極溶解;點蝕電位Epit和保護電位Epp隨H2S濃度的增大而降低,2205雙相不銹鋼的點蝕敏感性也進一步提高。

  (3)含CO2和CO2/H2S兩種腐蝕環境下2205雙相不銹鋼表面鈍化膜均能較快地達到破鈍和再鈍化的動態平衡。