本文发表于《Corrosion Science》期刊2022年第194卷，文章标题为《The role of Cl- in the formation of the corrosion products and localised corrosion of 15Cr martensite stainless steel under an CO2-containing extreme oilfield condition》。该研究由Xiaoqi Yue、Yongqiang Ren、Luyao Huang、Shuai Zou、Lei Zhang和Yong Hua等作者共同完成，分别来自北京科技大学先进材料与技术研究所、中国石油大学（华东）材料科学与工程学院、中国石油渤海钻探工程公司井下服务公司、全球能源互联网研究院有限公司先进输电技术国家重点实验室以及中国石油天然气销售公司等机构。
随着发展中国家城市化进程的加快和消费阶层的增长，能源需求急剧上升，尤其是深/超深地质储层被认为是未来几十年的重要能源来源。然而，深/超深地质环境中的高CO2压力、高温（182–225°C）和高氯离子（Cl-）含量（超过80,000 ppm）对材料（如管道、套管等）的腐蚀问题提出了严峻挑战。尽管不锈钢（SS）因其良好的耐腐蚀性被广泛用于此类恶劣环境，但在极端条件下，材料的腐蚀行为仍需进一步研究。本文旨在研究15Cr马氏体不锈钢在深/超深地质环境中的腐蚀行为，特别是Cl-浓度对腐蚀产物形成及局部腐蚀的影响。
研究采用了一系列实验方法，包括浸泡腐蚀测试、电化学测试和表面分析技术，以评估15Cr马氏体不锈钢在不同Cl-浓度下的腐蚀行为。具体实验流程如下：
材料与溶液准备：使用API-P125级15Cr马氏体不锈钢作为实验材料，化学成分为C 0.016%、Cr 15.3%、Ni 6.37%等。实验溶液为CO2饱和的盐水，Cl-浓度分别为29,503 ppm和81,000 ppm。
浸泡腐蚀测试：将样品固定在聚醚醚酮（PEEK）样品架上，置于高压釜中，通入高压CO2并加热至200°C。浸泡时间分别为5、20、48和120小时。腐蚀产物通过化学清洗法去除，并根据ASTM G1-03标准计算腐蚀速率。
电化学测试：在200°C下测量开路电位（OCP），并在OCP稳定后记录动态极化曲线，以研究15Cr不锈钢在有/无腐蚀产物保护下的电化学行为。
局部腐蚀测量：通过激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）测量局部腐蚀深度，并计算局部腐蚀速率。
腐蚀产物分析：使用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱（532 nm）对腐蚀产物的形貌和成分进行分析，并通过聚焦离子束（FIB）观察腐蚀产物的截面结构。
腐蚀速率与腐蚀产物特征：在200°C和28.5 bar CO2条件下，15Cr不锈钢在29,503 ppm和81,000 ppm Cl-浓度下的腐蚀速率随浸泡时间增加而降低。高Cl-浓度（81,000 ppm）显著加速了材料的腐蚀速率，腐蚀产物主要由FeCO3和NiFe2O4/FeCr2O4/Cr(OH)3组成。
局部腐蚀特征：高Cl-浓度显著促进了局部腐蚀的发生。局部腐蚀速率在5小时时达到7.4 mm/year，随着浸泡时间的增加逐渐降低至1.2 mm/year。
电化学行为：高Cl-浓度降低了15Cr不锈钢的腐蚀电位，表明其耐腐蚀性下降。腐蚀产物的形成在一定程度上减缓了腐蚀速率，但其保护作用有限。
腐蚀产物分析：XRD和拉曼光谱分析表明，腐蚀产物主要为FeCO3和FeCr2O4/Cr(OH)3。高Cl-浓度抑制了NiFe2O4的形成，导致腐蚀产物的保护性降低。
研究通过热力学分析揭示了Cl-浓度对腐蚀产物形成的影响。低Cl-浓度（29,503 ppm）下，腐蚀产物为双层结构，内层为NiFe2O4/FeCr2O4，外层为FeCO3晶体。高Cl-浓度（81,000 ppm）下，NiFe2O4的形成受到抑制，腐蚀产物的保护性降低，导致局部腐蚀加剧。
研究提出了15Cr不锈钢在Cl-浓度影响下的局部腐蚀传播机制，分为三个阶段：1）钝化膜在极端条件下被破坏；2）腐蚀产物形成，Cl-穿透内层；3）Cl-富集区域局部腐蚀扩展。
研究还探讨了残余奥氏体对腐蚀行为的影响，指出Ni含量的增加可能提高材料的耐腐蚀性，但这一现象仍需进一步研究。此外，研究还提出了Cl-穿透腐蚀产物的机制，为理解局部腐蚀的传播提供了新的视角。
该研究为深/超深油气田开发中的材料腐蚀问题提供了重要的理论和实验依据，具有较高的科学和应用价值。