石油天然氣工業(yè)油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料

第1部分: 抗裂紋材料選擇的一般原則

警告：使用ANSI/NACE MR0175/ISO 15156本部分內(nèi)容所選擇的碳鋼、低合金鋼以及鑄鐵，所耐受的是石油和天然氣生產(chǎn)中含H2S環(huán)境，但不一定所有服役條件下都能抗腐蝕開裂。設(shè)備用戶的職責(zé)是選擇適用于服役環(huán)境的碳鋼、低合金鋼以及鑄鐵。

1.范圍

本部分給出了油漆開采及天然氣處理廠含硫化氫環(huán)境中，設(shè)備用耐蝕合金（CRA）和其他合金的選擇及評(píng)定的要求和推薦方法。這些設(shè)備的失效，會(huì)給工作人員以及公眾的健康和生命安全或環(huán)境帶來(lái)很大的危害。本部分有助于避免設(shè)備發(fā)生這種高昂代價(jià)的腐蝕損壞。本部分補(bǔ)充而不是代替相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范或細(xì)則中已有的材料技術(shù)要求。

本部分?jǐn)⑹隽诉@些材料由抗硫化物應(yīng)力開裂（SSC）、應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）和電偶誘發(fā)的氫應(yīng)力開裂（GHSC）引起的破壞的性能。

本部分只涉及開裂，不涉及均勻腐蝕（質(zhì)量減少）或局部腐蝕造成的材料損失。

表1列出了適用于本部分的不詳盡的設(shè)備清單以及允許的例外設(shè)備。

本部分適用于按常規(guī)彈性準(zhǔn)則設(shè)計(jì)和制造設(shè)備所用材料的選擇和評(píng)定。對(duì)于使用塑性準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)（例如基于應(yīng)變和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)），按照本標(biāo)準(zhǔn)第1部分第5章的要求。

本部分不一定適用于煉油或下游的加工設(shè)備。

2.規(guī)范性引用文件

略。

3. 術(shù)語(yǔ)和定義

依本文需要，采用ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1和ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-2以及下面所給出的術(shù)語(yǔ)及定義。

3.1 時(shí)效（ageing）

在冶金性能方面發(fā)生變化，一般在室溫（自然 時(shí)效）下進(jìn)行得緩慢，而在較高溫度下（人工時(shí)效）進(jìn)行得較快。

3.2 退火（anneal）

將特定材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，并在該溫度下保持一定時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s。其目的是降低硬度，改善機(jī)械加工性能或獲得想要的性能。

3.3 奧氏體（austenite）

鐵基合金的面心立方晶相。

3.4 雙相不銹鋼（duplex stainless steel）

奧氏體-鐵素體不銹鋼。室溫下顯微組織主要由奧氏體和鐵素體混合組成的不銹鋼。

3.5 鐵素體（ferrite）

鐵基合金中的一種體心立方晶體。

3.6 鐵素體不銹鋼（ferritic stainless steel）

在室溫下，顯微組織主要是鐵素體的不銹鋼。

3.7 電偶誘發(fā)的氫應(yīng)力開裂（galvanically induced hydrogen stress cracking,GHSC）

開裂的形成是由于金屬中存在著由電偶的陰極誘發(fā)的氫和拉伸應(yīng)力（參與的和外加的）。

3.8 馬氏體（martensite）

碳在鐵中過(guò)飽和的硬固溶體，具有針狀的顯微組織特征。

3.9 馬氏體鋼（martensitic steel）

為避免形成其他顯微組織而以快速冷卻速率進(jìn)行淬火才能獲得的顯微組織為馬氏體的鋼。

3.10 抗點(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)（pitting-resistance equivalent number，PREN）

FPREN數(shù)值是用來(lái)反映和預(yù)示耐蝕合金的抗點(diǎn)蝕能力，它是依據(jù)合金化學(xué)成分中Cr、Mo、W和N的配比來(lái)定。

注：詳見6.3.

3.11 固溶體（solid solution）

含兩種或兩種以上元素的單一結(jié)晶相。

3.12 不銹鋼（stainless steel）

含鉻10.5%以上的鋼?？赡芴砑悠渌匾员ＷC獲得特殊的性能。

4.符號(hào)和縮略語(yǔ)

依本文需要，采用ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1和ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-2以及下面所給出的符號(hào)和縮略語(yǔ)。

AYS 實(shí)際屈服強(qiáng)度

Cl- 氯離子

CRA 耐蝕合金

GHSC 電偶誘發(fā)的氫應(yīng)力開裂

HBW 布氏硬度

HRB B標(biāo)尺洛氏硬度

HRC C標(biāo)尺洛氏硬度

HSC 氫應(yīng)力開裂

PREN 抗點(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)

PWHT 焊后熱處理

PCO2CO2分壓

PH2SH2S分壓

RSRT 波動(dòng)應(yīng)變速率試驗(yàn)

S0硫單質(zhì)

SSRT 慢應(yīng)變速率試驗(yàn)

UNS 統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)

5. 含硫化氫環(huán)境中影響耐蝕合金和其他合金抗開裂性能的因素

耐蝕合金和其他合金在含硫化氫環(huán)境中的開裂行為受下列因素相互作用的綜合影響。這些因素包括：

材料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、熱處理、顯微組織、制造方法和材料的最終狀態(tài)；

硫化氫分壓或其在水相中的當(dāng)量溶解濃度；

水相的酸度（原位pH）；

氯離子或其他鹵離子濃度；

氧、硫或其他氧化劑的存在；

暴露溫度；

材料在使用環(huán)境中的抗點(diǎn)蝕性能；

電偶的影響；

總拉伸應(yīng)力（外加應(yīng)力加殘余應(yīng)力）；

暴露時(shí)間。

當(dāng)使用本部分來(lái)選擇含硫化氫環(huán)境中油漆開采系統(tǒng)的適當(dāng)材料時(shí)，應(yīng)考慮這些因素。

6. 含硫化氫環(huán)境中耐蝕合金和其他合金抗SSC、SCC和GHSC的評(píng)定和選擇。

6.1 總則

應(yīng)按照預(yù)期使用環(huán)境的要求來(lái)選擇抗SSC、SCC和GHSC的耐蝕合金和其他合金。

符合本部分要求的耐蝕合金或其他合金在規(guī)定的環(huán)境使用限制內(nèi)是抗開裂的。這些限制取決于材料類型或具體的單一合金。

為了能評(píng)定和（或）選擇耐蝕合金和其他合金，可要求設(shè)備購(gòu)買方向設(shè)備供應(yīng)商提供設(shè)備計(jì)劃暴露條件的相關(guān)資料。

在確定含硫化氫的苛刻程度時(shí)，還應(yīng)考慮在系統(tǒng)運(yùn)行失?；蛲９さ绕陂g可能發(fā)生的暴露條件。該暴露條件可能包括非緩沖的低pH冷凝水和用于生產(chǎn)并增產(chǎn)的酸液。在有增產(chǎn)酸液情況下，應(yīng)考慮返排期間出現(xiàn)的環(huán)境條件。

應(yīng)使用附錄A或按附錄B通過(guò)成功的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)評(píng)定來(lái)選擇耐蝕合金和其他合金?；跐M意的現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)的評(píng)定也是允許的。該評(píng)定應(yīng)遵循ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1。

在附錄A中，用材料類別來(lái)表示材料。用材料類型（在成分的限制范圍內(nèi)）或單一合金來(lái)表示每一類別內(nèi)的合金。附錄A給出了抗開裂合金允許的冶金狀態(tài)和有關(guān)硫化氫分壓、溫度、氯離子濃度和硫單質(zhì)的環(huán)境限制。

對(duì)于在比附錄A給出的環(huán)境限制更苛刻的操作條件下使用的耐蝕合金或其他合金，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。對(duì)于在不同于附錄A所給出的冶金狀態(tài)（較高的強(qiáng)度，變換了熱處理等）下使用的耐蝕合金或其他合金，同樣地也可以通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。

按附錄B進(jìn)行的評(píng)定文件應(yīng)符合ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1:2009第9章的要求。

設(shè)備使用者應(yīng)對(duì)評(píng)定（見B.2.2）進(jìn)行核實(shí)并保留材料選擇的支持性文件。

6.2 材料性能的評(píng)定

6.2.1 母材的硬度

如果規(guī)定做母材的硬度測(cè)試，應(yīng)做足夠的硬度測(cè)試才能確定被測(cè)耐蝕合金或其他合金的真實(shí)硬度。如果鄰近位置的幾個(gè)讀數(shù)的平均值沒有超過(guò)本部分規(guī)定的允許值，同時(shí)單個(gè)讀數(shù)不大于規(guī)定硬度值2個(gè)HRC，則單個(gè)的HRC讀數(shù)允許大于本部分的規(guī)定。該要求同樣適用于本部分規(guī)定的其他硬度測(cè)試方法或制造規(guī)范中參照的其他硬度測(cè)試方法。

對(duì)取決于材料的其他標(biāo)尺的硬度讀數(shù)轉(zhuǎn)換，使用者可以建立所需要的轉(zhuǎn)換表。

注：ANSI/NACE MR0175/ISO 15156所有部分沒有明確規(guī)定母材硬度測(cè)試位置及數(shù)量。

6.2.2 焊縫的抗開裂性能

6.2.2.1 總則

耐蝕合金和其他合金在焊接時(shí)發(fā)生的冶金變化會(huì)影響它們對(duì)SSC、SCC和（或）GHSC的敏感性。焊接接頭可能比其相連的母材具有更大的開裂敏感性。

設(shè)備使用者可允許焊件的開裂敏感性控制在生產(chǎn)系統(tǒng)安全使用條件的限制范圍內(nèi)。

為獲得滿足要求的抗腐蝕性和抗開裂性，宜按照成功地實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇焊接工藝和焊接材料。

焊接應(yīng)按供應(yīng)商和購(gòu)買方都同意的適當(dāng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。焊接工藝規(guī)程（WPS）和焊接工藝評(píng)定報(bào)告（PQR）應(yīng)易于設(shè)備使用者檢查。

焊接PQR應(yīng)包括文件形式的證據(jù)，證明至少在和建議使用環(huán)境一樣苛刻的條件中具有令人滿意的抗開裂性能。這些證據(jù)應(yīng)以下列一條或多條為基礎(chǔ)：

符合附錄A對(duì)具體材料類別的要求和建議（6.2.2.2和6.2.2.3）

按照附錄B進(jìn)行焊縫抗開裂評(píng)定試驗(yàn)；

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的證明文件，可仿效ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1中對(duì)母材的規(guī)定。

附錄A中給出的要求和建議可能不適合設(shè)備和部件制造中母材和焊接金屬的所有組合，為確保焊件在應(yīng)用時(shí)具有足夠的抗SSC、SCC和GHSC性能，設(shè)備使用者可要求成功地抗開裂試驗(yàn)的證據(jù)來(lái)為焊接工藝評(píng)定的一部分。

6.2.2.2 按照附錄A.基于硬度的焊接工藝評(píng)定

6.2.2.2.1 總則

如果在附錄A中有規(guī)定，對(duì)于酸性環(huán)境的焊接工藝評(píng)定應(yīng)包括按照6.2.2.2.2、6.2.2.2.3和

6.2.2.2.2 焊接工藝評(píng)定中的硬度試驗(yàn)方法

焊接工藝評(píng)定中的硬度試驗(yàn)方法應(yīng)按ISO 6507-1中的維氏硬度HV10或HV5，或者按照ISO 6508-1中的洛氏硬度HR15N進(jìn)行。

注： 基于本條款的目的，ASTM E92與ISO 6507-1等價(jià)，ASTM E18與ISO 6508-1等價(jià)。

使用其他硬度檢測(cè)方法應(yīng)經(jīng)設(shè)備使用者的同意。

6.2.2.2.3 焊接工藝評(píng)定中的硬度測(cè)試

對(duì)接焊縫、角焊縫、修補(bǔ)和部分熔透焊縫及覆蓋焊縫的硬度測(cè)試應(yīng)按ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-2:2009的7.3.3.3進(jìn)行。

6.2.2.2.4 焊縫硬度的驗(yàn)收準(zhǔn)則

附錄A中給出的耐蝕合金或其他合金的焊縫硬度驗(yàn)收準(zhǔn)則適用于按附錄A選用的所有合金。

也可通過(guò)焊接試樣成功的抗開裂試驗(yàn)來(lái)建立硬度驗(yàn)收準(zhǔn)則，試驗(yàn)應(yīng)按照附錄B進(jìn)行

6.2.2.3 按照附錄A.采用其他試驗(yàn)方法的焊接工藝評(píng)

為確保焊縫具有足夠的抗開裂性能，附錄A的材料類別中提供了采用其他試驗(yàn)方法的要求和建議。

6.2.3 與其他制造方法相關(guān)的抗開裂性能

除焊接外，對(duì)于由焊接以外其他制造方法引起冶金變化的耐蝕合金和其他合金，應(yīng)把受制造影響的材料的抗開裂性能評(píng)定試驗(yàn)規(guī)定為制造工藝評(píng)定的一部分。

如果在成品中有任何熱影響區(qū)（HAZ）殘存，應(yīng)規(guī)定評(píng)定試驗(yàn)作為氣割和（或）切割工藝評(píng)定的一部分。

在6.2.2中的要求和驗(yàn)收準(zhǔn)則應(yīng)適用于制造方法及氣割/切割工藝的評(píng)定試驗(yàn)，并且服從于在6.2.2.2.3中提供的對(duì)制造方法及氣割/切割工藝的硬度測(cè)試要求的相應(yīng)說(shuō)明。

用于評(píng)價(jià)和試驗(yàn)的試樣，其形狀和取樣位置應(yīng)得到設(shè)備使用者的同意。

6.3 PREN

PREN（FPREN）應(yīng)按下列公式計(jì)算：

FPREN=Cr+3.3（Mo+0.5W）+16N

式中：

Cr 合金中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用全量組成的百分?jǐn)?shù)表示；

Mo 合金中鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用全量組成的百分?jǐn)?shù)表示；

W 合金中鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用全量組成的百分?jǐn)?shù)表示；

N 合金中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用全量組成的百分?jǐn)?shù)表示；

注：PREN有若干變量，它的提出完全是為了反映和預(yù)測(cè)Fe/Ni/Cr/M耐蝕合金在溶解有氯化物和氧的環(huán)境下（如在海水中）的抗點(diǎn)蝕性能。該數(shù)值雖然有用，但不能直接表示出在含硫化氫油田環(huán)境中的抗腐蝕性能。

7. 購(gòu)買信息和標(biāo)記

7.1 購(gòu)買材料應(yīng)提供的信息

7.1.1 指定購(gòu)買材料的技術(shù)規(guī)格書時(shí)可能需要設(shè)備使用者、設(shè)備供應(yīng)商和材料供應(yīng)商之間進(jìn)行合作和資料交流，以確保購(gòu)買的材料符合ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1和本部分的要求。

7.1.2 應(yīng)提供下列信息：

首選的材料類型和（或）級(jí)別（如果已知）；

設(shè)備烈性(如果已知)；

參考本部分的條款；

選擇抗開裂材料的驗(yàn)收依據(jù)（見第6章）。

7.1.3 設(shè)備使用者和設(shè)備供應(yīng)商或材料供應(yīng)商可以商定，采用適當(dāng)?shù)脑u(píng)定試驗(yàn)來(lái)選擇未在附錄A中說(shuō)明和（或）列出的耐蝕合金和其他合金。

如果購(gòu)買方打算使用這些協(xié)議，在購(gòu)買材料的技術(shù)規(guī)格書應(yīng)清楚地說(shuō)明與擴(kuò)充范圍和評(píng)定方法相關(guān)的附加信息。這些信息包括：

SSC、SCC和（或）GHSC試驗(yàn)的要求（見第6章和附錄B）

特定酸性環(huán)境使用的工作條件。

7.1.4 購(gòu)買材料所需的信息應(yīng)填入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)表中。推薦的格式參見附錄C。

7.2 標(biāo)記

符合本部分的材料應(yīng)具有可追溯性，最好在交貨前作標(biāo)記。適當(dāng)?shù)臉?biāo)簽或文字資料也是可以接受的方式。

對(duì)按照附錄B評(píng)定合格和選擇的特定應(yīng)用的材料，其可追溯性還應(yīng)包括特定應(yīng)用的相關(guān)環(huán)境條件。

設(shè)備使用者可以要求設(shè)備或材料供應(yīng)商提供文件，文件包括設(shè)備或部件使用的材料以及本部分規(guī)定的對(duì)材料使用環(huán)境的限制。

附錄C中的表格提供了可用于材料識(shí)別的標(biāo)識(shí)。

（上海墨鉅特殊鋼）整理
上海墨鉅特殊鋼主營(yíng)產(chǎn)品:gh3625
上海墨鉅出具質(zhì)檢書
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