Current and future power systems require steels resistant to high-temperature oxidation in CO2-rich environments. The introduction of structural defects by various surface treatments can profoundly affect the oxidation/corrosion behavior of steels in many environments. This effect is largely unexplored for steels exposed to high-temperature CO2, which is the focus of this work. We prepared Grade 22, Grade 91, 347H, and 310S steels with three different surface finishes, ranging from little to substantial surface damage, and exposed the steels to 1 bar CO2, 200 bar supercritical CO2, and laboratory air at 550 °C for up to 1500 h. Surface finish had little impact on the oxidation behavior of low-Cr (2 wt%) Grade 22 and high-Cr (25 wt%) 310S steels. In contrast, intermediate-Cr steels Grade 91 (8 wt%) and 347H (17 wt%) generally showed improved oxidation and carburization resistance with increasing extent of surface damage, which was attributed to the delay or prevention of the onset of Fe-rich oxide nodule growth. Comparison between exposure environments suggests that this effect is more complex for CO2 compared to air and that it is additionally affected by CO2 pressure. The results suggest that surface treatments should be considered as one approach to achieve improved corrosion resistance in high-temperature CO2, particularly for steels containing Cr levels near the transition that is required to form and maintain a protective Cr-rich oxide scale.

中文翻译：

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表面处理对钢在 CO2、超临界 CO2 和空气中高温氧化的影响

当前和未来的电力系统需要在富含二氧化碳的环境中耐高温氧化的钢。通过各种表面处理引入的结构缺陷会深刻影响钢在许多环境中的氧化/腐蚀行为。对于暴露在高温 CO2 中的钢，这种影响在很大程度上尚未得到探索，而这正是这项工作的重点。我们制备了具有三种不同表面光洁度的 22 级、91 级、347H 和 310S 钢，从轻微到严重的表面损伤，并将钢暴露在 1 bar CO2、200 bar 超临界 CO2 和实验室空气中，温度为 550 °C到 1500 小时。表面光洁度对低铬 (2 wt%) 22 级和高铬 (25 wt%) 310S 钢的氧化行为几乎没有影响。相比之下，中铬钢 91 (8 wt%) 和 347H (17 wt%) 通常表现出随着表面损伤程度的增加而提高的抗氧化和渗碳能力，这是由于延迟或阻止了富铁氧化物球瘤的开始生长. 暴露环境之间的比较表明，与空气相比，CO2 的这种影响更为复杂，并且还受到 CO2 压力的影响。结果表明，表面处理应被视为一种在高温 CO2 中提高耐腐蚀性的方法，特别是对于在过渡区附近含有 Cr 水平的钢，这是形成和保持保护性富铬氧化皮所需的。这归因于延迟或阻止了富铁氧化物结核生长的开始。暴露环境之间的比较表明，与空气相比，CO2 的这种影响更为复杂，并且还受到 CO2 压力的影响。结果表明，表面处理应被视为一种在高温 CO2 中提高耐腐蚀性的方法，特别是对于在过渡区附近含有 Cr 水平的钢，这是形成和保持保护性富铬氧化皮所需的。这归因于延迟或阻止了富铁氧化物结核生长的开始。暴露环境之间的比较表明，与空气相比，CO2 的这种影响更为复杂，并且还受到 CO2 压力的影响。结果表明，表面处理应被视为一种在高温 CO2 中提高耐腐蚀性的方法，特别是对于在过渡区附近含有 Cr 水平的钢，这是形成和保持保护性富铬氧化皮所需的。