为了应对日益加剧的C02腐蚀问题带来的严峻挑战,一类新型高性价比含Cr低合金钢在近年得以开发,并受到越来越多的关注和研究。含Cr低合金钢作为目前经济性与安全性结合最为理想的抗CO2腐蚀管线钢,有望替代传统碳钢成为新一代主流集输管线材料。然而,其焊接性能的不完善和抗C02腐蚀机理的不明确,大大限制了其在油气工业领域的推广和发展。因此,本文针对焊接接头力学性能、焊接接头电偶腐蚀、高温高压C02腐蚀以及抗C02腐蚀机理对低Cr钢进行了研究,主要包括以下几个方面：首先,通过大量焊接实验及焊接接头力学性能测试和对比研究,开发出目前与3Cr管线钢匹配最为理想的焊接材料,并制定了合理的现场焊接工艺。对比商用TGS-2CML和H08Cr3MoMnA焊丝,采用自制AR01自动焊焊丝结合半自动焊焊接工艺得到的焊接接头焊缝区晶粒最为均匀细密,且焊缝区与热影响区过渡更为自然,各项力学性能也均能较好满足挪威船级社制管工艺DNV-OS-F101标准。焊接接头各区域间形成理想的“大阳极(BM)+小阴极(WZ、HAZ)"电偶组合,对管线的服役安全和使用寿命十分有利。其次,利用高温高压C02腐蚀模拟实验和电化学测试,研究了3Cr钢表面腐蚀产物膜生长过程的演变,并建立了其腐蚀产物膜生长模型。该模型指出3Cr钢表面腐蚀产物膜的生长可以分为三个阶段,即FeOH/CrOH动态吸附阶段、不完整产物膜覆盖阶段、完整产物膜稳定生长阶段。最后,通过高温高压原位电化学及pH监测手段,明确了低Cr钢区别于传统碳钢的阴极反应机制,给出了低Cr钢耐蚀性能评价的一个关键指标——自发半钝化,并进一步提出了低Cr钢完整的自发半钝化机制。低Cr钢中Cr的加入通过对阴极过程和阳极过程的共同影响来诱发基体的自发半钝化,从而大大提高其耐蚀性能。对于阳极过程,基体中Cr的加入使阳极过程附加Cr的系列反应,导致基体表面在腐蚀初期被完整致密的Cr(OH)3膜覆盖,阳极电流密度降低。对于阴极过程,基体中Cr的加入可以通过快速降低基体表面溶液pH来驱动阴极过程由HC03-的还原向H+的还原转变,从而导致混合电位的正移,进入钝化电位区间,发生自发半钝化。另外,本文发现并提出了3Cr钢表面Cr(OH)3膜的形成与苯甲酰胺缓蚀剂吸附行为的竞争机制,认为在苯甲酰胺浓度低于200 mM时,缓蚀剂的存在对3Cr钢表面Cr(OH)3膜的生成基本没有影响,此时Cr(OH)3膜的生成占据主导过程。而当苯甲酰胺浓度达到或超过600 mM时,缓蚀剂则可以快速富集并吸附于基体表面,从而对Cr(OH)3膜的生成起到完全抑制作用,影响基体的钝化行为。在介于200 mM与600 mM之间,缓蚀剂吸附与Cr(OH)3膜的生成共同发生。该竞争机制的提出对工业应用中低Cr钢缓蚀剂的匹配及浓度选择具有重要的指导和借鉴意义。