Comportamento elettrochimico dell'acciaio inossidabile duplex 2205 in una soluzione simulata contenente Cl− ad alta concentrazione e CO2 satura a diverse temperature

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 11822 (2022) Citare questo articolo

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L'acciaio inossidabile duplex 2205 (DSS) ha una buona resistenza alla corrosione grazie alla sua tipica organizzazione duplex, ma l'ambiente sempre più ostile di petrolio e gas contenente CO2 porta a diversi gradi di corrosione, in particolare alla corrosione per vaiolatura, che minaccia seriamente la sicurezza e l'affidabilità del petrolio e del gas. sviluppo del gas. In questo articolo, l’effetto della temperatura sul comportamento alla corrosione del 2205 DSS in una soluzione simulata contenente 100 g/L Cl− e CO2 satura è stato studiato con test di immersione e test elettrochimici e combinato con tecniche di caratterizzazione come microscopia confocale laser e X- spettroscopia fotoelettronica a raggi. I risultati mostrano che la temperatura critica media di vaiolatura del 2205 DSS era di 66,9 °C. Quando la temperatura era superiore a 66,9 °C, il potenziale di rottura per vaiolatura, l'intervallo di passivazione e il potenziale di autocorrosione diminuivano, mentre la densità dimensionale della corrente di passivazione aumentava e la sensibilità alla vaiolatura veniva migliorata. Con un ulteriore aumento della temperatura, il raggio dell'arco capacitivo di 2205 DSS è diminuito, la resistenza del film e la resistenza al trasferimento di carica sono gradualmente diminuite, è aumentata anche la densità del portatore del donatore e dell'accettore nello strato del film del prodotto con caratteristiche bipolari n + p e l'interno lo strato esterno della pellicola con contenuto di ossido di Cr è diminuito, mentre lo strato esterno con contenuto di ossido di Fe è aumentato, la dissoluzione dello strato di pellicola è aumentata, la stabilità è diminuita e il numero e la dimensione dei pori sono aumentati.

Con il rapido sviluppo del progresso economico e sociale, la crescente domanda di risorse di petrolio e gas ha costretto lo sviluppo di petrolio e gas alle condizioni e all'ambiente gradualmente più difficili della Cina sudoccidentale e del mare, quindi le condizioni di servizio dei tubi di fondo pozzo stanno diventando sempre più grave1,2,3. Nel campo dell'esplorazione di petrolio e gas, l'aumento del contenuto di CO24 e della mineralizzazione e del contenuto di ioni Cl5,6 nei fluidi prodotti provoca una grave corrosione dei normali tubi in acciaio al carbonio7, anche se l'iniezione di inibitori di corrosione nella colonna dei tubi non può essere efficace inibiscono la corrosione, l'acciaio al carbonio non è più in grado di soddisfare i requisiti di servizio a lungo termine in un ambiente corrosivo dovuto alla CO28,9,10. I ricercatori hanno spostato i loro obiettivi sull'acciaio inossidabile duplex (DSS) con una migliore resistenza alla corrosione. 2205 DSS, con circa il 50% ciascuno di ferrite e austenite nell'acciaio, ha eccellenti proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione, un film denso di passivazione superficiale, eccellente resistenza alla corrosione uniforme e un prezzo inferiore rispetto a quello delle leghe a base di nichel11,12 . Pertanto, il 2205 DSS veniva solitamente utilizzato come recipienti a pressione in ambienti corrosivi ostili, involucri di pozzi petroliferi in ambienti corrosivi per la CO2 e refrigeratori d'acqua per sistemi di condensazione nei settori petrolifero e chimico marino13,14,15, ma il 2205 DSS potrebbe anche soffrire di perforazione da corrosione durante il suo utilizzo.

Al momento, ci sono più studi relativi alla corrosione da CO2 e alla corrosione per vaiolatura indotta da Cl del 2205 DSS a livello nazionale ed estero16,17,18. Ebrahimi19 ha scoperto che l'aggiunta di sale di dicromato di potassio alla soluzione di NaCl ha inibito il verificarsi della corrosione per vaiolatura del 2205 DSS e la crescente concentrazione di sale di dicromato di potassio ha aumentato la temperatura critica di vaiolatura del 2205 DSS. Mentre il potenziale di vaiolatura del 2205 DSS è aumentato a causa dell'aggiunta di una concentrazione quantitativa di NaCl al dicromato di potassio e è diminuito con l'aumento della concentrazione di NaCl. Han20 ha dimostrato che quando la temperatura era compresa tra 30 e 120 °C, la struttura del film di passivazione 2205 DSS consisteva in una miscela di Cr2O3 interno, FeO esterno e ricco di Cr; mentre quando la temperatura veniva aumentata a 150 °C, il film di passivazione sembrava dissolversi, la struttura interna si trasformava in Cr2O3 e Cr(OH)3, e lo strato esterno si trasformava in ossidi di Fe(II, III) e Fe (III ) idrossidi. Peguet21 ha scoperto che l'inizio della vaiolatura allo stato stazionario dell'acciaio inossidabile S2205 in soluzione di NaCl non si verifica generalmente al di sotto della temperatura critica di vaiolatura (CPT), ma entro l'intervallo della temperatura di transizione (TTI). Tiadi22 ha concluso che la resistenza alla corrosione dell'S2205 DSS diminuisce significativamente all'aumentare della concentrazione di NaCl e quanto più negativo è il potenziale applicato, tanto peggiore è la resistenza alla corrosione del materiale.