在石油天然气的开发和输送过程中,CO₂腐蚀一直是一个难以解决的问题,不仅会对井下管柱,地面采、集、输设备会产生不同程度的腐蚀,而且容易造成油、套管的断裂,井口装置失效,集输管线爆破等事故。本文将表面纳米化技术与传统的气体渗氮技术相结合,在模拟CO₂腐蚀环境下,低合金钢40Cr、35CrMo钢腐蚀试验,利用高温高压腐蚀失重法、SEM、TEM、XRD和电化学等技术分析不同的处理方法对材料性能及耐腐蚀性能的影响。研究表面纳米化对低合金钢渗氮效果及渗氮后耐腐蚀性能的影响,为解决CO₂腐蚀问题找到一种可行的方法。结果表明:1.表面纳米化能有效改变材料的组织性能,经过超声表面加工处理后,40Cr、35CrMo钢表面形成了纳米结构表层,晶粒得到了很大程度的细化,晶粒达到了纳米量级;表面粗糙度显著降低,达到了纳米水平;表面硬度值也大大增加。2.表面纳米化对渗氮处理具有改善作用,能够明显增加渗氮层的厚度,提高渗氮层的硬度值,获得相同渗氮层厚度时,纳米化能降低渗氮时间。3.表面纳米化对于低合金钢渗氮后的耐CO₂腐蚀性能有改善作用,纳米化后渗氮处理的平均腐蚀速率远小于纳米化前试样的腐蚀速率。从宏观形貌上看35CrMo、40Cr渗氮后表面形成了一层致密的腐蚀产物膜,其晶体晶粒细小,排列也较为规则,孔隙率小。表面纳米化渗氮后腐蚀产物膜更加致密,能有效阻止腐蚀介质与基体金属表面的接触,提高耐腐蚀性能。4.表面纳米化能够改变腐蚀产物膜的组成成分。经能谱和XRD分析测定,表面纳米化前外层腐蚀产物膜主要由FeCO₃构成,表面纳米化后外层腐蚀产物膜主要由Cr₂O₃和FeCO₃构成。这种致密、完整的腐蚀产物膜具有一定的阴离子选择性,能有效地阻隔腐蚀介质与材料接触、降低材料的腐蚀速率。