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苛刻油气田环境中,由Cl-和H2S引起的集输管线钢腐蚀问题日益突出。超纯铁素体不锈钢S44660具有优异的耐氯化物点蚀和应力腐蚀性能,有望用于复杂油气田环境。但目前有关S44660的研究多集中于Cl-单独存在的腐蚀环境,对于H2S单独存在和Cl--H2S共同存在的环境下的研究还比较匮乏,只有建立完备的实验和理论研究,才能进一步探索S44660在高含Cl-和H2S的复杂油气田环境下的应用前景。因此,全面分析S44660在Cl-和H2S中环境中的S44660的腐蚀行为及规律具有十分重要的实用价值及理论意义。本文采用电化学测试、慢应变速率试验、C形环试验、固体及分子经验电子等方法,对S44660在Cl-、H2S环境下的腐蚀行为和腐蚀机理进行了系统的研究。主要研究内容和研究成果如下:(1)通过浸泡试验、电化学测试、慢应变速率试验研究了 S44660在高含Cl-、H2S的模拟油气田采出水环境中的腐蚀行为,与油气田常用集输管线不锈钢316L和2205进行了对比。结果表明,在模拟罗家寨气田采出水环境下,S44660耐点蚀性能优于2205和316L,耐应力腐蚀性能与2205相当,优于316L,S44660在类似环境下应用是可行的。(2)利用电化学试验,并结合SEM、XPS等手段,全面分析了 5%NaCl、饱和H2S、NACE标准溶液(5%NaCl+饱和H2S+0.5%冰醋酸)环境下,S44660的电化学腐蚀行为和钝化膜的性质。结果表明:S44660在NACE溶液中的耐腐蚀性能最差。首先,S44660处于NACE溶液中时,自腐蚀电位最小,自腐蚀电流密度最大,点蚀电位最低,维钝电流密度最大;其次NACE溶液中,由于存在Cl-和S2-的交互作用,使膜中的缺陷密度增加;并且,受H2S影响,S44660表面形成比氧化物疏松很多的硫化物腐蚀产物层,腐蚀产物与基体的结合力差,对表面的保护性最差。(3)通过电化学试验,探索了Cl--H2S共存环境下,不同H2S浓度和NaCl浓度对S44660的电化学腐蚀行为的影响。结果表明:在低浓度NaCl溶液中增加H2S浓度,Cl-、S2-协同作用,会促进S44660的腐蚀。然而,在饱和H2S中,当Cl-质量分数提高到2.0%时,Cl-优先与金属离子结合,阻碍S2-参与电极反应,抑制疏松硫化物的形成,由于此时Cl-浓度不高,反而使表面暴露出更多活性点,促进表面吸附氧形成氧化物膜,从而导致腐蚀电流降低,阻抗增加,腐蚀被抑制。(4)采用C型环浸泡和慢拉伸应力应变测试试验,研究了 S44660在Cl-、H2S环境下的应力腐蚀行为,分析了不同介质对S44660应力腐蚀敏感性的影响。结果表明:在NACE溶液中浸泡720h后,试样表面产生了裂纹但未断裂,说明S44660具有较好的耐应力腐蚀性能。但根据慢拉伸试验结果,在H2S和NACE环境下,S44660为韧性和脆性的混合型断裂,断面收缩率Iε系数也大于25%,其耐应力腐蚀敏感性比NaCl环境下要高。(5)基于固体及分子经验电子理论,从微观层次探讨了 S44660在Cl-、H2S环境中的腐蚀机理,分析了合金元素对超纯铁素体不锈钢耐腐蚀性能的影响。结果表明:在Cl-、H2S和Cl--H2S环境中,存在FeS、Cr203、Fe203等腐蚀产物,FeS是由六个nA值较大共价键组成的曲折网状结构,能在一定程度上抵抗腐蚀介质的破坏,而且S44660属于高Cr材料,高Cr不锈钢的基体界面与钝化膜Cr203,Fe203的Δρ小,σ大,钝化膜与基体结合力强,因而S44660具有优良的综合耐蚀性能。除此之外,在H2S和Cl--H2S环境中,由于H原子能弱化基体原子间成键,引起晶体不同解离面上的键能分布差异。S44660中Cr、Mo、Ti、Nb能够减小键能差异,缓和各向异性,使得S44660具有较好的耐应力腐蚀开裂的能力。值得一提的是,在H2S和Cl--H2S环境中,由于不锈钢基体与FeS的界面电子密度不连续,界面应力较大,裂纹容易塞积,因此H2S和NACE环境下更容易呈现脆性断裂的倾向。