图1 在各种条件的溶液中超级13Cr不锈钢的动电位极化曲线

图1d为超级13Cr在0.6 mol/L Cl-溶液中不同温度条件下的极化曲线。由图可知，在25~80 ℃条件下，超级13Cr均具有钝化区间。随着温度的升高，极化曲线右移，钝化区间逐渐变短，腐蚀速率变大。由Fick第一定律可知，扩散系数是温度与压力的函数，与温度呈正相关变化。由于温度升高，导致Cl-扩散速率加快，扩散到金属基体表面速率增加，加速钝化膜溶解反应。同样，温度升高，系统能量升高，电化学反应所需活化能的能垒减小，反应驱动力增加，利于阳极反应的进行，造成腐蚀加剧。

根据动电位极化曲线实验结果，利用Tafel外推法得到Icorr,并计算出超级13Cr不锈钢在不同海洋环境下的腐蚀速率VL。VL与Icorr满足如下关系式[11]：

式中，A为金属相对原子质量，不锈钢取56;n为价电子数，即参与阳极反应的转移电子数，这里取2;ρ为金属密度，取7.70 g/cm2。

不同环境下超级13Cr不锈钢的腐蚀速率计算结果见表1。

2 海洋环境中各腐蚀因素与腐蚀速率之间的灰关联分析

2.1 灰关联分析法的特点及工作程序

进行灰关联分析主要有以下几个步骤[12]：（1） 描述系统特征，一般将描述系统主要特征的数据列作为母序列，在本文中系统的主要特征参数为腐蚀速率，故本文中选取腐蚀速率作为母序列进行研究。环境因素作为变量，在关联度分析中作为子序列进行研究。（2） 数据的处理并进行原始数据变换。进行原始数据变换的目的是消除量纲在子序列 （环境因素） 变化过程中的影响。本文采用均值化方法进行原始数据变换。（3） 求关联系数和关联度。（4） 排关联序，列出关联矩阵。

均值化法计算各子序列方法如下：

2.2 海洋油气田环境因素对超级13Cr不锈钢的腐蚀性灰关联分析

根据表1的实验结果，将不同的环境因素与腐蚀速率之间进行关联性分析。因各环境因素的量纲不同，各环境因素的数值波动会对灰关联的准确性产生影响，故需要无量纲化的方法处理各环境因素的原始数据。本文采用均值化方法对数据进行无量纲化处理。各环境因素绝对差值的最大值Δmax=11.381。均值化处理结果如表2所示。

由此得到的环境因素与腐蚀速率之间关联系数为：Cl-浓度0.8224,温度0.7705,pH值0.7674,S2-浓度0.7596。根据关联系数由高至底，得到影响超级13Cr不锈钢海洋环境中腐蚀行为的因素由大到小依次为：Cl-浓度>温度>pH值>S2-浓度。

2.3 海洋油气田环境因素腐蚀性分析

由灰关联分析结果可知，海洋环境中Cl-浓度是影响超级13Cr不锈钢腐蚀速率的主要因素，其次是温度，pH值和S2-浓度对腐蚀影响因素较小。海洋环境中存在着较高含量的Cl-,不锈钢一旦发生点蚀或者防腐涂层破损，就会形成Cl-富集现象，形成局部高Cl环境，加速不锈钢的腐蚀。在高含Cl环境中，钝化区间缩短，腐蚀速率随之升高。超级13Cr不锈钢在海洋环境中钝化膜保护性因温度的升高而减弱，进而腐蚀速率加快；在温度高于60 ℃时，钝化膜的保护性降低尤为剧烈[15]。在酸性介质中，超级13Cr不锈钢的Icorr较中性及碱性介质中的大，进而腐蚀速率更快[16]。研究表明，当温度高于280 ℃时，S2-或者活性S会导致不锈钢的腐蚀加剧[14],故在本文所涉及的温度范围内，S2-对超级13Cr不锈钢的腐蚀贡献较小。

3 海洋环境因素对超级13Cr腐蚀速率的权重分析

为了研究海洋环境因素对超级13Cr不锈钢腐蚀速率的权重，采用改进层次分析法对各种环境因素进行计算、分析。改进层次分析法的优势是对相互关联、相互制约且缺少定量数据的系统提供普适性的建模方法。

3.1 建立比较矩阵和判断矩阵

在上文灰关联分析中已经确定4个影响因素的关联度序列，由该序列的关联度可以得到比较矩阵Dij。建立比较矩阵时，应对各影响因素组成的方阵按照关联度大小对方阵中每个元素的重要性指数进行赋值，之后进行重要性排序指数计算[17]。重要性指数的赋值规则须遵从以下3个规则：（1） 构建的比较矩阵中，若前列子因素的关联系数较后列大，则重要性指数赋值为2;（2） 若关联度相同则赋值为1;（3） 若前列子因素与后列子因素的重要性指数为aij,则后列子因素与前列子因素的重要性指数赋值为1/aij。重要性排序指数计算方法为：

式中，rij为重要性排序指数，Dij为矩阵中各行重要性指数。由分析可知，海洋环境因素与超级13Cr腐蚀速率之间层次为一层次系统，即环境因素直接导致腐蚀速率的变化，中间再无其他因素共同作用。其中B（1） 代表Cl-浓度子序列，B（2） 代表温度子序列，B（3） 代表pH值子序列，B（4） 代表S2-浓度子序列。

则构造的判断矩阵：

3.2 计算权重及一致性指标

将矩阵进行一致性检验得到D-Bi判断矩阵后，由一致性检验方法求得单排性一致性指标 （CI）。一般认为CI<0.1时，具有较满意一致性并接受该分析结果[18]。得到的权重向量W如下所示：

得到的CI值为0.0404,一致性在可接受范围内，故分析结果有效。各种海洋环境因素对超级13Cr腐蚀速率的影响权重为：Cl-浓度 （0.3905）>温度 （0.2761）>pH值 （0.1953）>S2-浓度 （0.1381）。

4 结论

（1） 超级13Cr不锈钢腐蚀速率随Cl-浓度增加而增加；随着S2-浓度的增加先增加后降低，在浓度为0.05 mol/L时，腐蚀速率达到最大值；与温度呈正相关性，当温度高于60 ℃时，腐蚀速率急剧增加。超级13Cr不锈钢在碱性环境下，其腐蚀速率不受pH值影响；而在酸性和中性环境中，腐蚀速率随pH值降低而显著增加。

（2） 海洋油气田环境中，影响超级13Cr不锈钢腐蚀速率的各因素的关联度由大到小依次为：Cl-浓度 （0.8223）>温度 （0.7704）>pH值 （0.7646）>S2-浓度 （0.7595）；权重从大到小依次排序为：Cl-浓度 （0.3905）>温度 （0.2761）>pH值温度 （0.1953）>S2-浓度 （0.1381）。