全球变暖是人类的行为造成地球气候变化的后果，且全球变暖也在改变（影响）着人们的生活方式，带来越来越多的问题，我国自提出碳达峰碳中和的宣言以来，为之做出了巨大的贡献，而要想实现这一人类命运共同体的目标，碳捕集与封存（CCUS）技术的发展是极为关键的一环。众所周知，管道的使用离不开焊接工艺，尤其是对于长距离管道而言，一体成型是不现实也是不经济的，要想保证高的气密性，焊接是首选方案，然而，在含微量水的高压CO₂环境下，焊缝区（WM）、热影响区（HAZ）和母材区（BM）因组织结构差异而呈现出不同的腐蚀敏感性，使得焊接接头在该环境下的腐蚀问题尤为突出。

目前传统的三电极体系难以在低导电性的超临界CO2环境中应用，面对这一研究上的空白，中国石油大学（华东）的研究团队建立了基于电化学噪声（EN）的原位监测系统，系统揭示X65钢焊接接头各微观组织区在不同含水条件下的腐蚀机理差异。目前，这一研究成果于2025年9月26日以“Corrosion susceptibility of different microstructural zones in X65 steel weld joints under supercritical CO₂ environment”为题，在腐蚀领域国际期刊《Corrosion Science》在线发表，通讯作者为中国石油大学（华东）的王财林副教授和李玉星教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113359

【核心内容】

在这项研究中，团队不是简单比较焊缝各区域的腐蚀速率，而是从组织结构—腐蚀演化—微观机制三个层面研究了水分含量对X65钢焊接接头在超临界CO₂条件下腐蚀行为的影响，此外，还研制了一套基于EN分析的现场监测系统，以提供腐蚀敏感性的综合评估，然后系统阐述了焊接接头在超临界CO₂环境中的腐蚀机理。

【研究方法】

研究采用的焊接工艺是钨极氩弧焊（TIG），保护气体纯度为99.99%，流量为15L/min，采用CHG-52T碳钢焊丝，在腐蚀实验之前，用光学显微镜对金相组织进行了表征，在确认质量可接受之后，分别从BM、WM和HAZ区域提取样品，并进行腐蚀失重实验，每组设置5个平行样品，系统考察不同含水量（500-3000ppmv）下不同微观区域的腐蚀行为，此外，团队开发了适用于超临界CO₂环境的微三电极EN测试系统，实现腐蚀过程的动态实时监测。

高温高压反应釜内的原位电化学噪声监测系统

【研究成果】

① 腐蚀行为的水分依赖性与区域差异性

随着水含量的上升，三种区域的腐蚀速率均呈现单调提高的趋势，显然焊接接头的腐蚀速率呈现出较强的水分依赖性，其中HAZ始终表现出最高的腐蚀敏感性，同时，HAZ中的腐蚀坑密度与深度均明显高于另外两个区域，已经开始出现明显的腐蚀坑合并与连通的形貌特点。

BM/HAZ/WM及界面区的显微组织特征（母材/热影响区/焊缝金属）

BM/WM/HAZ的均匀腐蚀（A）与点蚀速率（B）随水分梯度的变化

BM/WM/HAZ在水分梯度下的三维点蚀形貌（500–3000 ppmv）

② 原位电化学噪声揭示腐蚀动态演化机制

在所有水含量条件下，EPN信号均表现出周期性尖峰波动，随着水分含量升高，EPN与ECN的幅度同步上升，波动周期显著缩短，表明腐蚀频率与强度同步增强。在3000ppmv时，HAZ的EPN幅度达到0.24V，ECN幅度为1.08×10^-8A，并具有最短的波动周期（413s），表明其局部腐蚀最为剧烈，噪声电阻（Rn）分析进一步证实，HAZ的Rn值始终最低。

超临界CO₂环境下电化学噪声测试系统示意图

电位噪声幅值与波动周期随水分浓度的变化规律（A代表BM；B代表WM；C代表HAZ；1：水分含量500 ppmv；2：水分含量1000 ppmv；3：水分含量2000 ppmv；4：水分含量3000 ppmv。下图同）

电流噪声瞬态峰特征与水分浓度的关联性

③ 微观组织特征主导的腐蚀机理

HAZ的高腐蚀敏感性来源于一些列因素的叠加，首先HAZ区晶粒尺寸最小，仅为5.93μm，同时高角度晶界（HAGB）比例高达82.4%，KAM值达1.8°，表明其残余应力与位错密度最高，这些特征导致HAZ中高能晶界成为优先腐蚀路径，促进局部阳极溶解。同时，焊接热循环引起的晶格畸变及碳扩散抑制，使HAZ易形成应力集中与腐蚀膜剥离的“弱防护区”。

不同区域的EBSD晶粒取向与KAM分布图

BM、WM、HAZ区域的局部错配角分布图

三种区域KAM值分布与残余应力示意

【总结与展望】

该研究系统揭示了超临界CO₂环境下X65钢焊缝不同组织区的腐蚀机理，通过电化学噪声原位监测与多尺度组织分析的结合，团队构建了“组织特征-应力分布-腐蚀敏感性”的耦合模型，为未来CO₂输送管道的安全评估与防护设计提供了重要理论依据。