油气田工业中井下油管管道都是通过接箍以螺纹的形式相互连接的,而管道螺纹连接处往往由于台阶面的腐蚀而导致腐蚀性介质渗入,从而在螺纹连接处发生严重的缝隙腐蚀。与此同时,管道螺纹连接处承受着由管道重力所产生的巨大应力。因此,管道螺纹连接处往往在应力与缝隙的耦合作用下而发生严重的腐蚀问题,一旦腐蚀导致密封面遭到破坏,接箍和油管接头处就会发生泄漏。同时,管道螺纹也会因为腐蚀破坏无法承受巨大的应力而失效,导致重大事故。因此,本论文开展油管接箍在应力和缝隙耦合作用下腐蚀机制研究具有重要的理论意义和工程价值。本文以油田管道接箍为研究对象,采用失重法、电化学测试技术、表面分析技术、原位pH监测技术等,研究了N80碳钢在含醋酸溶液中的缝隙腐蚀行为、醋酸体系中缝隙腐蚀影响因素、缓蚀剂对缝隙腐蚀的抑制效果、以及应力和缝隙耦合作用下的腐蚀行为。1.设计了缝隙腐蚀原位电化学测试装置,对缝隙内外电极腐蚀状态进行原位电化学测试。结果显示,N80碳钢在含醋酸的二氧化碳饱和溶液中能够发生缝隙腐蚀,而没有醋酸的溶液不能发生缝隙腐蚀。缝隙内外金属之间形成的电偶效应是引发缝隙腐蚀的主要原因。缝隙内溶液阴极反应物质浓度降低,抑制缝隙内阴极反应过程,导致缝隙内金属电极电位负移,引起缝隙内外金属之间的电偶效应。缝隙腐蚀后,缝隙外的金属没有明显的腐蚀痕迹,而缝隙内的金属受到严重腐蚀,在缝隙口处形成深的腐蚀沟槽。而且随着溶液中醋酸浓度的增加、缝隙尺寸的减小,缝隙内外金属之间的电偶效应增强,N80碳钢缝隙腐蚀更严重。2.利用缝隙腐蚀原位电化学测试装置和设计的双电解池,研究了未解离醋酸和H~+浓差对缝隙腐蚀的影响。结果显示,在二氧化碳环境中缝隙内外的未解离HAc或H~+浓度差异均能引发N80碳钢的缝隙腐蚀。醋酸的阴极反应平衡电位比H~+阴极反应平衡电位更正,存在的醋酸可引起更大的电偶腐蚀效应和更严重的缝隙腐蚀。缝隙内外未解离醋酸的浓度差异在N80碳钢的缝隙腐蚀中占主导因素。OH-参与铁的阳极溶解过程,腐蚀过程中缝隙内OH-浓度升高,促进金属的阳极溶解。在耦合电位下,缝隙内电极的腐蚀速率大于缝隙外电极的腐蚀速率。而且偶接后缝隙内外总的腐蚀速率要小于不偶接时总的腐蚀速率。3.选用咪唑啉缓蚀剂研究其在含不同醋酸浓度的溶液中不同注入时间对N80缝隙腐蚀的抑制效果。结果显示,在含1000 mg/L HAc溶液中,咪唑啉属于偏阳极型的混合型缓蚀剂,而在含3000 mg/L HAc溶液中,咪唑啉属于偏阴极型的混合型缓蚀剂。在腐蚀初期加入咪唑啉缓蚀剂时,缓蚀剂能够渗入缝隙内部,增大缝隙内外金属的反应阻抗,在含1000 mg/L HAc或3000 mg/L HAc溶液中咪唑啉缓蚀剂均能有效抑制N80碳钢的缝隙腐蚀。腐蚀一段时间后加入缓蚀剂时,在缝隙口生成的腐蚀产物阻碍缓蚀剂扩散到缝隙里面,在含1000 mg/L HAc溶液中,加入缓蚀剂后缝隙内外金属电位差增大,从而增大缝隙内外金属之间的电偶效应,促进缝隙腐蚀的发展。而在3000mg/L HAc溶液中,咪唑啉缓蚀剂降低了缝隙内外金属之间的电位差,对N80碳钢的缝隙腐蚀有抑制作用,但抑制效果有所降低。偏阴极型缓蚀剂对含醋酸的二氧化碳饱和溶液中N80碳钢的缝隙腐蚀具有更好的缓蚀效果。4.设计了应力和缝隙共存下的电化学测试装置,研究了应力和缝隙耦合作用下N80碳钢的腐蚀行为。结果显示,在二氧化碳饱和的NaCl-HAc溶液中,外加的应力可导致N80碳钢的腐蚀电位发生负移,并促进金属的溶解过程,而且随着外加应力的增大,腐蚀越快。当同时存在应力和缝隙时,缝隙腐蚀导致缝隙口处形成腐蚀沟槽,在腐蚀沟槽处发生应力集中。慢应变速率拉伸试验(SSRT)表明,存在缝隙时N80碳钢在二氧化碳饱和的NaCl-HAc溶液中的屈服强度、最大拉伸强度和断裂延伸率均降低,应力腐蚀开裂敏感性增加。同时,腐蚀沟槽处产生的应力集中导致沟槽处金属电位负移,增大了缝隙内外金属之间的电偶腐蚀驱动力,引起更严重的缝隙腐蚀。应力和缝隙对N80碳钢的腐蚀具有协同促进效应。