LI等研究发现，在CO2/O2共存体系中，N80钢的腐蚀速率随O2含量的增大呈现先升后降的趋势。这是因为腐蚀初期，O2促进阴极反应，加速腐蚀进程；腐蚀后期管材表面形成氧化物及氢氧化物的保护性膜层，从而抑制腐蚀。

李臻等研究发现，N80钢的腐蚀速率随温度的升高呈现先升高后降低的趋势，并在100 ℃时达到峰值；低温下主要发生CO2腐蚀，腐蚀产物主要为FeCO3；随着温度的升高，FeCO3晶体的溶解度降低，腐蚀产物逐渐向铁氧化物转变，腐蚀的主控因素从CO2转变为O2。

张雅妮等发现，温度对管材在CO2/O2混合气氛中腐蚀速率的影响，主要取决于其表面产物膜的组分与性质。在80 ℃下，N80和P110钢表面形成的腐蚀产物均为FeCO3与铁氧化物，高温条件下则转变为不同Fe/O原子个数比的铁氧化物。

刘海涛等研究发现，在40~280 ℃范围内，温度不仅影响腐蚀速率（在60 ℃和160 ℃时，分别达到峰值5.5 mm/a和6.5 mm/a），还影响CO2/O2的溶解及FeCO3或Fe3O4膜的形成。

前人的研究已经表明，O2含量和温度是影响腐蚀速率和腐蚀产物膜成分的主要原因，普遍认为100 ℃是腐蚀速率变化的临界点。随着O2含量和温度升高，腐蚀的主控因素从CO2转变为O2，腐蚀产物的主要成分为FeCO3、Fe2O3、Fe3O4以及其他Fe/O原子个数比的铁氧化物，腐蚀形式从均匀腐蚀发展为局部腐蚀。

关于CO2中加入O2对腐蚀的作用是促进还是抑制，目前还存在争议。大多数学者认为，O2存在于CO2中会加剧钢的腐蚀，其机理在于O2将Fe²⁺氧化为Fe³⁺并促进阴极还原反应，从而破坏具有保护性的FeCO3膜。

另一部分研究者则认为，O2的引入可抑制钢的腐蚀，因为阴极O2还原产生大量的OH^-，使钢基体进入钝化区，形成具有保护性的FeCO3和Fe(OH)3/Fe3O4腐蚀产物膜。

通过对文献报道结果梳理可知，影响CO2/O2腐蚀的主要原因是两者在腐蚀过程中的主导作用不同。O2对产物膜完整性的影响可以分为两点：一方面，铁的氧化物与FeCO3晶粒共同沉积，导致腐蚀产物膜与基体间附着力减弱；另一方面，O2与FeCO3反应，导致产物膜结构破坏。

可见，CO2/O2共存时，两种腐蚀性气体参与的反应互相影响，导致成膜行为存在显著差异。O2既直接参与腐蚀反应，又降低腐蚀产物膜的完整性。

O2的含量（分压）关乎膜层结构。当CO2/O2分压比升高时，钢的腐蚀主要由CO2控制，腐蚀产物膜多呈现晶态结构，产物以FeCO3为主，同时伴随着少量的Fe2O3，此时腐蚀产物膜对基体具有一定的保护作用；当CO2/O2分压比降低时，钢的腐蚀主要由O2控制，腐蚀产物膜多呈现疏松且无定形，产物以Fe2O3、Fe3O4、FeOOH为主，同时伴随少量FeCO3，此时腐蚀产物膜对钢基体几乎没有保护作用。腐蚀产物膜能否对基体起到保护作用，与CO2/O2分压比的变化直接相关。

O2的含量（分压）影响管材的腐蚀类型。侯保山研究发现，在2 MPa CO2和0.02 MPa O2共存环境中，形成的腐蚀产物膜较厚，表面呈现连续且疏松的颗粒状形态，这种腐蚀产物膜对基体的保护作用较差。

HUA等发现，当O2质量浓度从0 mg/L增加到1000 mg/L时，X65钢的全面腐蚀速率显著下降，但局部腐蚀速率显著升高，腐蚀类型也由全面腐蚀转变为局部腐蚀。

在CO2/O2混合腐蚀体系中，腐蚀产物膜始终是决定腐蚀电化学行为的关键因素，但其保护效果则取决于膜层的完整性。

O2作为强阴极去极化剂，直接参与阴极还原反应。该过程不仅加速了阴极反应，还深刻影响了产物膜的形成与性质。

O2会氧化Fe²⁺生成Fe(OH)3，后者经脱水反应生成Fe2O3和FeOOH，并最终与Fe²⁺反应生成Fe3O4及其他铁氧化物/氢氧化物附着在钢表面。由于FeOOH硬度较低，导致该膜层更容易遭到破坏。

由此可见，O2含量（分压）对腐蚀速率的影响与腐蚀产物膜的形成直接相关。值得注意的是，在单纯的CO2腐蚀环境中，FeCO3优先在阳极区沉积，形成抑制阳极反应的保护膜。然而在CO2/O2混合体系中，温度、气体含量和分压比的变化会影响腐蚀产物的溶解度。

当温度和O2含量较低时，腐蚀产物膜层会从单层转变为双层结构；而当二者均处于较高水平时，Fe2O3和FeOOH会对保护性膜层产生破坏作用，从而加速金属材料的腐蚀。因此，在后续的CO2/O2腐蚀研究中，应重点从温度和CO2/O2分压比的角度进行分析。

针对CO2/H2S体系、CO2/O2体系中管材的腐蚀规律及腐蚀机理已有不少研究报道，但关于管材在CO2/H2S/O2共存体系中的腐蚀研究却很少。

H2S、O2和SO2等气体是CO2输送管道腐蚀的主要影响因素，当H2S和O2同时存在于CO2中时，H2S和O2之间的相互作用会显著影响管道腐蚀速率的变化趋势，使其腐蚀行为更加复杂。

CO2/H2S/O2共存会进一步加速管材的腐蚀。O2的加入使腐蚀产物的成分发生变化，形成了如Fe2O3和FeOOH等铁的氧化物，破坏了FeCO3膜的致密性。例如，在CO2环境中同时加入O2和H2S，X65钢的腐蚀速率远高于单独加入O2或H2S的情况，呈倍数增长。

ZHONG等也发现，G20钢在CO2/H2S/O2共存环境中的腐蚀速率远高于其在CO2/H2S和CO2/O2共存环境中的腐蚀速率之和。这是由于在电化学反应过程中，O2的去极化作用及其与H2S的交互作用，破坏了腐蚀产物膜的结构完整性。

上述研究一致认为，O2的氧化作用以及其作为阴极去极化剂的作用，都是形成具有破坏性的铁氧化物破坏保护性腐蚀产物膜，最终导致CO2/H2S/O2共存环境中管材的腐蚀速率远高于CO2/H2S和CO2/O2环境。

在CO2环境中通入H2S和O2，不仅会生成新的腐蚀性物质影响管材腐蚀行为，还会通过改变腐蚀产物膜的组成及降低腐蚀介质pH来影响混合体系的腐蚀过程。

SUN等指出，H2S与O2共存时发生交互作用生成SO2，SO2会进一步与多种腐蚀性气体产生协同效应，加剧碳钢腐蚀。

宋晓琴等研究了CO2/H2S/O2共存环境中O2分压变化对316L不锈钢腐蚀行为的影响，发现当O2分压从0 MPa升至0.45 MPa时，O2与H2S反应生成S8，S8在局部沉积并与H2O反应引起局部酸化，导致钝化膜出现破损点并形成电偶腐蚀，316L不锈钢表面发生严重点蚀，腐蚀速率呈先减后增趋势。

CO2/H2S/O2共存环境中，管材的腐蚀还受到温度等因素的影响。研究发现，三种气体混合体系中温度对碳钢腐蚀速率影响显著，随着温度的升高，腐蚀速率呈先增大后减小的趋势。

黄强研究发现，在CO2/H2S/O2共存及30~120 ℃环境中，L245NS钢和316L不锈钢都存在极严重腐蚀的极值点。这表明无论是两种气体还是三种气体共存，温度始终都是影响腐蚀速率的主要因素。腐蚀速率总体均呈现先增后减的趋势，极值点的出现取决于管材类型与气体条件。

CO2/H2S/O2共存环境中，O2对腐蚀过程的促进作用可分为三个方面：O2与H2S发生反应生成SO2；O2作为去极化剂参与阴极反应；O2作为强氧化剂氧化FeS、FeCO3，反应生成FeS2、Fe2O3、Fe3O4、FeOOH等物质。随着O2的加入，腐蚀产物膜中Fe/S原子数比降低，而Fe/O原子数比增加，腐蚀产物的成分变得更加复杂。

在CO2/H2S/O2共存环境中，腐蚀产物膜具有分层的特点：靠近基体的底层产物膜结构较为疏松，成分以FeS、FeS2等为主；上层产物膜连续且致密，为Fe2O3晶粒。

其腐蚀产物主要分三类：第一类为铁的低价产物，如FeCO3、FeS、FeS2等，主要是由Fe和CO2/H2S直接反应得到；第二类为铁的高价氧化物，如Fe2O3和Fe3O4等，主要是由O2氧化低价铁氧化物得到；第三类为其他物质，如S、FeOOH等，是H2S和O2协同作用生成的。

在CO2/H2S/O2共存环境中，腐蚀产物的类型与CO2/H2S、CO2/O2体系中所形成的产物基本相同。但三种气体共存时，O2与H2S的交互作用促进了S8的生成，使溶液中的离子含量发生了变化。

随着腐蚀的加速进行，不仅促进了水相的形成，而且沉积的S8发生水解反应，生成强酸H2SO4，使局部pH显著低于基体表面其他区域。

S8对碳钢的腐蚀行为影响显著，可使基体局部腐蚀，甚至发生腐蚀穿孔现象，而S8水解形成的酸是控制碳钢腐蚀的主要因素。最终，腐蚀产物由FeCO3、Fe2O3、FeO、FeS、FeS2、FeSO3和FeSO4等组成，具体组分取决于三种气体分压（含量）及其他影响因素。

O2除了直接参与腐蚀反应外，还通过与H2S等其他杂质的协同作用间接参与腐蚀过程，形成水相和H2SO4。这些反应不仅为腐蚀过程提供了更多的电解质，而且显著提高了钢表面冷凝水的腐蚀性。

当O2和H2S共存时，O2腐蚀、CO2腐蚀和H2S腐蚀同时发生，腐蚀产物呈现分层结构：黑色而致密的内层由FeCO3和少量的FeS组成，中间层主要由非定形的FeCO3组成，外层为疏松的棕色腐蚀垢，由FeCO3、S8、FeS、FeOOH及Fe2O3等组成。腐蚀形式先由均匀腐蚀转为局部腐蚀，随后又恢复为均匀腐蚀。

此外，H2S存在时，FeS在碳钢表面发生沉积反应，该过程可抑制CO2腐蚀与O2腐蚀，使腐蚀产物膜以FeS为主。

CO2/H2S/O2共存环境中腐蚀机理与CO2/H2S、CO2/O2环境基本一致，不同之处在于O2的参与引发了与H2S的交互反应，生成SO2、SO3及S8。在O2、SO2、SO3、S8及H2S的协同作用下，体系通过降低溶液pH、改变腐蚀产物膜的结构与组成，使腐蚀过程复杂化，最终导致金属基体严重腐蚀甚至穿孔。

结束语