石油气天然气开采过程中CO₂作为不可忽略的衍生物对集输管道腐蚀行为有重要的影响,CO₂对集输管线的严重腐蚀早已引起世界范围广大学者的关注,为了继续探究饱和CO₂水溶液对运输管线的腐蚀行为,本课题组采用自主研发的管道模拟装置,对X60钢在CO₂/H₂O气液两相分层流中的腐蚀行为进行了探索,试验主要研究了不同腐蚀条件下X60钢的腐蚀速率、腐蚀产物微观形貌及腐蚀产物的各项成分,进而分析总结X60钢在不同条件下的腐蚀机制,通过研究发现:(1)不同腐蚀时间下,X60钢气液两相腐蚀速率随腐蚀时间的延长呈下降趋势,由扫描电子显微镜(SEM)图像可见腐蚀4.5 h后X60钢表面被腐蚀产物完全覆盖;腐蚀时间到达7 h时,气、液两相腐蚀速率达到最小值,由截面形貌图可见此时X60钢表面形成了以粗大产物为底层膜,细小颗粒为外层膜的双层膜结构;(2)不同压力条件下,X60钢腐蚀速率随压力的增加呈起伏趋势,在CO₂分压为0.05 MPa时腐蚀速率达到最小值,当压力为0.14 MPa时腐蚀速率达到最大值;CO₂分压的增加使溶液中的酸性离子增多,导致溶液的PH值降低,当金属基体表面产物膜完整时,增加CO₂分压可降低腐蚀进程,因为CO₂分压升高会产生更多HCO₃^-和CO₃^2-离子来促进产物膜的形成,减缓腐蚀进程;当膜层不完整时,CO₂分压的升高会产生更多的H₂CO₃,此时随着CO₂分压的增大,溶液PH值降低,阴极析氢反应加快,腐蚀速率也加快,产物膜致密性的不同导致了腐蚀速率出现起伏变化;(3)不同气、液流速下的X60钢腐蚀行为基本一致,均为低流速下时具有较低的腐蚀速率,当气、液相流速上升时,腐蚀速率呈先上升后下降的趋势。气相流速的增加对溶液的PH值会产生影响,液相流速的增加会形成较大的剪切力及壁面压力,但是当产物膜表面结构完整致密时,较大的流速会加速产物膜的形成,使腐蚀速率降低。(4)对以上各条件下形成的腐蚀产物分别进行X射线衍射(XRD)、色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)分析,由EDS分析结果可知,不同条件下腐蚀产物膜层的元素组成为均Fe、C和O;由XRD分析结果可知,相组成均为Fe₃C、Fe CO₃、Fe₂O₃、Fe₃O₄和Fe O;XPS能谱分析结果与XRD表征结果一致。