H2S环境下碳钢腐蚀产物的晶型演化及其对腐蚀行为的影响机制研究

《H2S环境下碳钢腐蚀产物的晶型演化及其对腐蚀行为的影响机制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TG174单位代码：11414学号：2013316005题目H2S环境下碳钢腐蚀产物的晶型演化及其对腐蚀行为的影响机制研究学科专业材料科学与工程研究方向石油石化装备用材料的腐蚀行为博士生白鹏鹏指导教师陈长风教授郑树启教授二○一七年四月InvestigationsofthephasetransitionofcorrosionproductonsteelinH2SenvironmentsandtheirinfluencemechanismonthecorrosionofsteelDiss

2、ertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,BeijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringByBaiPengpeng（MaterialsScienceandEngineering）DissertationSupervisorProf.ChenChangfengProf.ZhengShuqiApril,2017博士学位论文独创性声明郑重声明

3、：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，论文中不包含其他个人。除了文中特别加以标注和致谢的地方外和集体己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。＜＾Ｉ？ｘｈ６作者签名，：令地感日期？］导师签名：长日期：＾－＾１＃７博士学位论文版权使用授权书本学

4、位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被査阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书一面同意，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。（■ｆ＞作者签名：

5、艄Ｉ日期：｛＾，导师签名：ｉ日期：山－－Ｉ摘要摘要硫化氢（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

6、，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10s后晶界处的深度在100-150nm之间，而晶粒的深度却只有50nm。（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

7、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+

8、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。-II-摘要利