随着碳捕获与储存（Carbon Capture and Storage,CCS）技术、注CO₂提高油气采收率（EOR/EGR）技术的发展和应用,超临界CO₂腐蚀问题广泛存在于相应工程结构材料与器件中,对其服役寿命和生产安全造成了严重影响。对超临界CO₂环境中金属材料的腐蚀行为和失效机制进行深入分析,是保证材料服役性能和完善相关技术的重要途径。超临界CO₂腐蚀环境主要分为含有超临界CO₂的液相（富水相）以及含有水的超临界CO₂相（富CO₂相）两种。目前,研究主要集中在评价碳钢在静态含超临界CO₂的液相中的腐蚀行为。本文采用磁力驱动高温高压釜模拟超临界CO₂腐蚀环境进行腐蚀实验,借助电化学测试方法、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）、纳米压痕、激光共聚焦显微镜和表面轮廓仪等分析手段,研究了CO₂分压、流速、微量气体杂质（尤其是H2S）对碳钢、低Cr合金钢和不锈钢在不同超临界CO₂环境中的腐蚀机制的影响,以期对预测材料在超临界CO₂环境中的服役寿命、指导我国CCS技术选材以及推动CCS和EOR/EGR技术的发展提供理论支撑。本论文的主要研究工作概括如下:（1）通过对比碳钢在含有超临界和低压CO₂的液相中的腐蚀行为,研究了碳钢在超临界CO₂环境下的腐蚀机制,建立了在含有超临界CO₂的液相中碳钢表面腐蚀产物膜的生长模型,为后续研究环境因素（流速、H2S杂质、暴露角度）和材料成分（元素Cr）对材料的超临界CO₂腐蚀行为的影响奠定理论基础。（2）研究了流速对碳钢在含有超临界CO₂的液相中腐蚀行为的影响,并提出了碳钢的两种局部腐蚀机制。通过实验统计和数据拟合得出了局部腐蚀坑能够存在的最小临界尺寸与流速之间的关系,建立了局部腐蚀坑内腐蚀产物膜的生长模型。（3）研究了Cr含量对钢在含有超临界CO₂的液相中腐蚀行为的影响,明确了含Cr低合金钢的腐蚀机制,提出了富Cr层的原位生成及其向混合层的转变是含Cr低合金钢具有良好耐蚀性,尤其是耐局部腐蚀性能的两个重要前提条件。（4）研究了碳钢、含Cr低合金钢和不锈钢在含有微量H2S、超临界CO₂的动态液相中的腐蚀行为,发现微量H2S的存在使得碳钢的腐蚀类型由局部腐蚀转变为均匀腐蚀,而含Cr低合金钢甚至不锈钢则发生严重局部腐蚀;在含微量H2S的动态超临界CO₂相中,碳钢、低Cr合金钢以局部腐蚀为主,不锈钢基本不发生腐蚀;建立了碳钢、含Cr低合金钢在含有微量H2S的超临界CO₂.环境中的腐蚀机制模型。（5）研究了压力、暴露角度对碳钢在含饱和水的超临界CO₂相中腐蚀行为的影响。计算了水在CO₂相中的溶解度（g/L）以及CO₂在水中的溶解度（mol/L）随温度和压力的变化关系,证明了高含H₂O量导致碳钢表面吸附更多的H₂O、高侵蚀性反应物浓度是碳钢在超临界CO₂相中腐蚀比气态CO₂中腐蚀严重的两个原因,而前者是主要原因。在超临界CO₂相中,表面向下（180°）放置对碳钢的腐蚀行为影响最显著,随后依次是向上（0°）和竖直（90°）放置。（6）明确了在含饱和水的超临界CO₂相中,水在碳钢表面以滴状冷凝为主。建立了超临界CO₂相中不同暴露角度下碳钢表面冷凝液滴（底部）的最大临界半径计算模型,并用实验验证了计算模型的准确性。在此基础上,证明了液滴内碳钢中心区域与外围区域在腐蚀过程中逐渐形成电偶电池,导致中心区域发生均匀的阳极溶解,外围区域出现明显的局部腐蚀。