GB/T 20972.3-2008 石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料 第3部分:抗开裂耐蚀合金和其他合金
GB/T 20972.3-2008 Petroleum and natural gas industries—Material for use in H2S-containing environments in oil and gas production—Part 3:Cracking-resistant CRAs(corrosion-resistant alloys)and other alloys
基本信息
发布历史
-
2008年08月
-
2025年01月
研制信息
- 起草单位:
- 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司
- 起草人:
- 曹晓燕、郭成华、姜放、杜毅、王晖、刘勇明、白真权、陈运强、夏青、林雪梅、王秦晋、王治
- 出版信息:
- 页数:64页 | 字数:114 千字 | 开本: 大16开
内容描述
犐犆犛75.180.01
犈10
中华人民共和国国家标准
/—
犌犅犜20972.32008
石油天然气工业
油气开采中用于含硫化氢环境的材料
第3部分:抗开裂耐蚀合金和其他合金
—
犘犲狋狉狅犾犲狌犿犪狀犱狀犪狋狌狉犪犾犪狊犻狀犱狌狊狋狉犻犲狊
犵
犕犪狋犲狉犻犪犾犳狅狉狌狊犲犻狀犎犛犮狅狀狋犪犻狀犻狀犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋狊
2犵
犻狀狅犻犾犪狀犱犪狊狉狅犱狌犮狋犻狅狀—
犵狆
:()
犘犪狉狋3犆狉犪犮犽犻狀狉犲狊犻狊狋犪狀狋犆犚犃狊犮狅狉狉狅狊犻狅狀狉犲狊犻狊狋犪狀狋犪犾犾狅狊
犵狔
犪狀犱狅狋犺犲狉犪犾犾狅狊
狔
(:,)
ISO1515632003MOD
20080828发布20090301实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
发布
中国国家标准化管理委员会
/—
犌犅犜20972.32008
目次
前言Ⅰ
1范围1
2规范性引用文件2
3术语和定义3
4符号和缩略语4
5含硫化氢环境中影响耐蚀合金和其他合金抗开裂性能的因素4
含硫化氢环境中耐蚀合金和其他合金抗、和的评定和选择
6SSCSCCGHSC5
7购买信息和标记6
附录(规范性附录)抗环境开裂的耐蚀合金和其他合金(包括表附录的材料选择表
AA.1A
使用指南)8
附录(规范性附录)用于硫化氢环境的耐蚀合金的实验室试验评定
B34
附录(资料性附录)购买材料应提供的信息
C41
附录(资料性附录)材料的化学成分和其他信息
D43
附录(资料性附录)试验条件的推荐组合
E56
附录(资料性附录)本部分与:技术性差异及其原因
FISO151563200357
参考文献58
/—
犌犅犜20972.32008
前言
/《石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料》分为如下三个部分:
GBT20972
———第部分:选择抗裂纹材料的一般原则;
1
———第部分:抗开裂碳钢、低合金钢和铸铁;
2
———第部分:抗开裂耐蚀合金和其他合金。
3
本部分为/的第部分。
GBT209723
/是油气开采中用于含硫化氢环境的材料的分部分出版的国家标准。下面列出本国家
GBT20972
标准的结构及对应的ISO标准。
第部分:选择抗裂纹材料的一般原则对应于:;
1ISO1515612001
第部分:抗开裂碳钢、低合金钢和铸铁对应于:;
2ISO1515622003
第部分:抗开裂耐蚀合金和其他合金对应于:。
3ISO1515632003
本部分修改采用:《石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第
ISO1515632003
部分:抗开裂耐蚀合金和其他合金》(英文版),包括其技术勘误:/:、
3ISO1515632003Cor.12005
:/:和:/:。
ISO1515632003Cor.22005ISO1515632003Cor.12007
本部分根据:重新起草。考虑到我国国情,在采用:时,本部分
ISO1515632003ISO1515632003
做了一些修改。有关技术性差异已编入正文中并在它们所涉及的条款的页边空白处用垂直单线标识。
在附录中给出了这些技术性差异及其原因的一览表以供参考。
F
为便于使用,本部分还做了下列编辑性修改:
———“ISO15156的本部分”一词改为“本部分”;
———用小数点“”代替作为小数点的逗号“,”;
.
———删除了:的前言和引言。
ISO1515632003
本部分的附录、附录为规范性附录,附录、附录、附录、附录为资料性附录。
ABCDEF
本部分由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(/)提出并归口。
SACTC96
本部分负责起草单位:中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司。
本部分参加起草单位:中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司,中国石油天然气集团公司
管材研究所。
本部分主要起草人:曹晓燕、郭成华、姜放、杜毅、王晖、刘勇明、白真权、陈运强、夏青、林雪梅、
王秦晋、王治。
本部分为首次发布。
Ⅰ
/—
犌犅犜20972.32008
石油天然气工业
油气开采中用于含硫化氢环境的材料
第部分:抗开裂耐蚀合金和其他合金
3
注意:按本部分选择的耐蚀合金和其他合金,在油气开采中规定的含硫化氢环境里是抗开裂的,但
并不一定在所有的使用环境下都可避免开裂。为预期的使用环境选择合适的耐蚀合金和其他合金是设
备使用者的责任。
1范围
/的本部分给出了在油气开采及天然气处理厂含硫化氢()环境中,设备用耐蚀合金
GBT20972HS
2
()和其他合金的选择及评定的要求和推荐作法,这些设备的失效会对公众、个人健康和安全或环
CRA
境造成危害。使用本部分有助于避免设备发生这种代价高昂的腐蚀破坏。本部分是对那些合适的设计
规范、标准和准则的补充,但不能代替它们对材料的要求。
本部分叙述了这些材料抗由硫化物应力开裂()、应力腐蚀开裂()和电偶诱发的氢应力开
SSCSCC
裂()引起的破坏的性能。
GHSC
本部分只涉及开裂,不涉及均匀腐蚀(质量减少)或局部腐蚀造成的材料损失。
表列出了适用于本部分的不详尽的设备清单以及允许的例外设备。
1
本部分适用于按常规弹性准则设计和制造设备所用材料的选择和评定。对于使用塑性准则的设计
(例如基于应变和极限状态设计),按/—第章的要求。
GBT20972.120075
本部分不一定适用于炼油或下游的加工设备。
表1设备表
本部分适用于下列设备用材料允许的例外设备
钻井、完井和修井设备仅暴露在成分受控的钻井液中的设备a
钻头
防喷器剪切闸板b
钻井隔水导管装置
作业管柱
钢丝绳和绳索起下的设备c
表层套管和技术套管
油气井,包括地下设备、气举设备、井口和采油树抽油泵和抽油杆d
电动潜油泵
其他人工举升设备
卡瓦
出油(采气)管道、集气(油)管道、矿场设备和矿场处理在总压(绝)低于()工作的原油储存和处
0.45MPa65si
p
装置理设备
水处理设备在总压(绝)低于()工作的水处理设备
0.45MPa65si
p
注水和水处理设备e
天然气处理装置
液体、气体和多相流体输送管道商业和民用处理气输送管道
1
/—
犌犅犜20972.32008
表(续)
1
本部分适用于下列设备用材料允许的例外设备
对于以上所有设备只承受压缩载荷的部件
a见/—中。
GBT20972.22008A.2.3.2.3
b见/—中。
GBT20972.22008A.2.3.2.1
c绳索润滑器和润滑器连接装置不允许例外。
d对于抽油泵和抽油杆,见NACEMR0176。
e对于注水和水处理设备,见NACERP0475。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过/的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文
GBT20972
件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成
协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本
部分。
/金属材料室温拉伸试验方法(/—,:)
GBT228GBT2282002evISO68921998
q
/金属洛氏硬度试验第部分:试验方法(、、、、、、、、、、标尺)
GBT230.11ABCDEFGHKNT
(/—,:,——:
GBT230.12004ISO650811999MetallicmaterialsRockwellhardnesstestPart1Test
(,,,,,,,,,,),)
methodscalesABCDEFGHKNTMOD
/—金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验
GBT41572006
/金属维氏硬度试验第部分:试验方法(/—,:
GBT4340.11GBT4340.11999evISO65071
q
,——:)
1997MetallicmaterialsVickershardnesstestPart1Testmethod
/—金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第部分:慢应变速率试验(
GBT15970.720007idtISO
:)
753971989
/—石油天然气工业油气井套管或油管用钢管(:,)
GBT198302005ISO119602001IDT
/—石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第部分:选择
GBT20972.120071
抗开裂材料的一般原则(:,)
ISO1515612001IDT
/—石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第部分:抗开
GBT20972.220082
裂碳钢、低合金钢和铸铁(:,)
ISO1515622003MOD
ISO10423石油天然气工业钻井和开采设备井口和采油树设备
/1)高温用锻制或轧制合金钢管道法兰、锻制管配件、阀门和零件
ASTMA182A182M
/锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子
ASTMA213A213M
ASTMA276不锈钢棒材和型材
/承压元件用奥氏体、奥氏体铁素体(双相)铸件
ASTMA351A351M
/一般用耐腐蚀铁铬、铁铬镍铸件
ASTMA743A743M
/苛刻条件下使用的耐腐蚀铁铬镍铸件
ASTMA744A744M
/沉淀硬化不锈钢铸件
ASTMA747A747M
2)镍钴铬钼铝钛高温合金坯料、棒、锻件和部件(镍基合金,,,,
BSHR.3Co20Cr14.8Mo5
,)
Al4.7Ti1.2
)美国材料试验学会(),国际性组织,,,,
1ASTM100BarrHarborDrivePOBoxC700WestConshohockenPA
,
194282959USA
)英国标准学会,,,
2389ChiswickHihRoadLondonW44ALUK
g
2
/—
犌犅犜20972.32008
3)
出版物号油气生产用耐蚀合金:用于硫化氢环境的一般要求和试验方法指南
EFC17
4)油田设备抗硫化物应力开裂的金属材料
NACEMR0175
NACEMR0176油田腐蚀环境中用于抽油泵的材料
NACETM0198酸性油田中筛选抗应力腐蚀开裂的耐蚀合金的慢应变速率试验方法
NACERP0475用于含油地层注水处理所有过程的金属材料的选择
腐蚀论文用于酸性环境中耐蚀合金材料选择的波动应变速率试验
NACE9758
SAEASTM5)统一编号系统中的金属和合金ISBN0768004074
3术语和定义
/—和/—中确立的以及下列术语和定义适用于本部分。
GBT20972.12007GBT20972.22008
3.1
时效犪犲犻狀
犵犵
在冶金性能方面发生变化,一般在室温(自然时效)下进行得缓慢,而在较高温度下(人工时效)进行
得较快。
3.2
退火犪狀狀犲犪犾
将特定材料加热到适当的温度,并在该温度下保持一定时间,然后以适当的速度冷却。其目的是降
低硬度,改善机械加工性能或获得想要的性能。
3.3
奥氏体犪狌狊狋犲狀犻狋犲
铁基合金的面心立方晶相。
3.4
双相不锈钢犱狌犾犲狓狊狋犪犻狀犾犲狊狊狊狋犲犲犾
狆
奥氏体铁素体不锈钢。
室温下显微组织主要由奥氏体和铁素体混合组成的不锈钢。
3.5
铁素体犳犲狉狉犻狋犲
铁基合金中的一种体心立方晶体。
3.6
铁素体不锈钢犳犲狉狉犻狋犻犮狊狋犪犻狀犾犲狊狊狊狋犲犲犾
在室温下,显微组织主要是铁素体的不锈钢。
3.7
电偶诱发的氢应力开裂犪犾狏犪狀犻犮犪犾犾犻狀犱狌犮犲犱犺犱狉狅犲狀狊狋狉犲狊狊犮狉犪犮犽犻狀
犵狔狔犵犵
开裂的形成是由于金属中存在着由电偶的阴极诱发的氢和拉伸应力(残余的和外加的)。
3.8
马氏体犿犪狉狋犲狀狊犻狋犲
碳在铁中过饱和的硬固溶体,具有针状的显微组织特征。
3.9
马氏体钢犿犪狉狋犲狀狊犻狋犻犮狊狋犲犲犾
为避免形成其他显微组织而以快速冷却速率进行淬火才能获得的显微组织为马氏体的钢。
)欧洲腐蚀联合会(),属于材料学会,,,[]
3EFC1CarltonHouseTerraceLondonSW1Y5DBUKISBN0901716952
)美国腐蚀工程师协会(),国际性组织,,,,
4NACE1440SouthCreekDr.HoustonTX770844906USA
)机动工程师协会(),,,
5SAE400CommonwealthDriveWarrendalePA150960001USA
3
/—
犌犅犜20972.32008
3.10
抗点蚀当量数犻狋狋犻狀狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲犲狌犻狏犪犾犲狀狋狀狌犿犫犲狉
狆犵狇
数值是用来反映和预示耐蚀合金的抗点蚀能力,它是依据合金化学成分中、、和的
犉PRENCrMoWN
配比来定。
注:详见6.3。
3.11
固溶体狊狅犾犻犱狊狅犾狌狋犻狅狀
含两种或两种以上元素的单一结晶相。
3.12
不锈钢狊狋犪犻狀犾犲狊狊狊狋犲犲犾
含铬10.5%以上的钢。可能添加其他元素以保证获得特殊的性能。
4符号和缩略语
/—和/—中确立的以及下列符号和缩略语适用于本部分。
GBT20972.12007GBT20972.22008
AYS实际屈服强度
-氯离子
Cl
CRA耐蚀合金
GHSC电偶诱发的氢应力开裂
HBW布氏硬度
HRBB标尺洛氏硬度
HRCC标尺洛氏硬度
HSC氢应力开裂
PREN抗点蚀当量数
PWHT焊后热处理
CO分压
狆2
CO
2
HS分压
狆2
HS
2
RSRT波动应变速率试验
0元素硫
S
SSRT慢应变速率试验
UNS统一编号系统
5含硫化氢环境中影响耐蚀合金和其他合金抗开裂性能的因素
耐蚀合金和其他合金在含硫化氢环境中的开裂行为受下列因素相互作用的综合影响,这些因素
包括:
———材料的化学成分、强度、热处理、显微组织、制造方法和材料的最终状态;
———硫化氢分压或其在水相中的当量溶解浓度;
———水相的酸度(原位);
pH
———氯离子或其他卤离子浓度;
———氧、硫或其他氧化剂的存在;
———暴露温度;
———材料在使用环境中的抗点蚀性能;
———电偶的影响;
———总拉伸应力(外加应力加残余应力);
4
/—
犌犅犜20972.32008
———暴露时间。
当使用本部分来选择含硫化氢环境中油气开采系统的适当材料时,应考虑这些因素。
含硫化氢环境中耐蚀合金和其他合金抗、和的评定和选择
6犛犛犆犛犆犆犌犎犛犆
6.1总则
应按照预期使用环境的要求来选择抗、和的耐蚀合金和其他合金。
SSCSCCGHSC
符合本部分要求的耐蚀合金或其他合金在规定的环境使用限制内是抗开裂的。这些限制取决于材
料类型或具体的单一合金。
为了能评定和(或)选择耐蚀合金和其他合金,可要求设备购买方向设备供应商提供设备计划暴露
条件的相关资料。
在确定含硫化氢环境的苛刻程度时,还应考虑在系统运行失常或停工等期间可能发生的暴露条件。
该暴露条件可能包括非缓冲的低pH冷凝水和用于生产井增产的酸液。在有增产酸液情况下,应考虑
返排期间出现的环境条件。
应使用附录或按附录通过成功的实验室试验评定来选择耐蚀合金和其他合金。基于满意的
AB
现场使用经验的评定也是允许的。该评定应遵循/—的规定。
GBT20972.12007
在附录中,用材料类别来表示材料。用材料类型(在成分的限制范围内)或单一合金来表示每一
A
类别内的合金。附录给出了抗开裂合金允许的冶金状态和有关硫化氢分压、温度、氯离子浓度和元
A
素硫的环境限制。
对于在比附录给出的环境限制更苛刻的操作条件下使用的耐蚀合金或其他合金,可通过试验进
A
行评定。对于在不同于附录所给出的冶金状态(较高的强度,变换了热处理等)下使用的耐蚀合金或
A
其他合金,同样地也可以通过试验进行评定。
按附录进行的评定文件应符合/—第章的要求。
BGBT20972.120079
设备使用者应对评定(见B.2.2)进行核实并保留材料选择的支持性文件。
6.2材料性能的评定
6.2.1母材的硬度
如果规定做母材的硬度测试,应做足够的硬度测试才能确定被测耐蚀合金或其他合金的真实硬度。
如果邻近位置的几个读数的平均值没有超过本部分规定的允许值,同时单个读数不大于规定硬度值
个,则单个的读数允许大于本部分的规定。该要求同样适用于本部分规定的其他硬度测
2HRCHRC
试方法或制造规范中参照的其他硬度测试方法。
对取决于材料的其他标尺的硬度读数转换,使用者可以建立所需要的转换表。
注:/中没有规定母材硬度试验的数量和位置。
GBT20972
6.2.2焊缝的抗开裂性能
6.2.2.1总则
耐蚀合金和其他合金在焊接时发生的冶金变化会影响它们对、和(或)的敏感性。
SSCSCCGHSC
焊接接头可能比其相连的母材具有更大的开裂敏感性。
设备使用者可允许焊件的开裂敏感性控制在生产系统安全使用条件的限制范围内。
为获得满足要求的抗腐蚀性和抗开裂性,宜按照成功的实践经验来选择焊接工艺和焊接材料。
焊接应按供应商和购买方都同意的适当规范和标准进行。焊接工艺规程()和焊接工艺评定
WPS
报告()应易于设备使用者检查。
PQR
焊接PQR应包括文件形式的证据,证明至少在和建议使用环境一样苛刻的条件中具有令人满意
的抗开裂性能。这些证据应以下列一条或多条为基础:
———符合附录对具体材料类别的要求和建议(和);
A6.2.2.26.2.2.3
———按照附录进行焊缝抗开裂评定试验;
B
5
/—
犌犅犜20972.32008
———现场实践的证明文件,可仿效/—中对母材的规定。
GBT20972.12007
附录中给出的要求和建议可能不适合设备和部件制造中母材和焊接金属的所有组合,为确保焊
A
件在应用时能具有足够的抗、和性能,设备使用者可要求成功的抗开裂试验的证据来
SSCSCCGHSC
作为焊接工艺评定的一部分。
按照附录,基于硬度的焊接工艺评定
6.2.2.2犃
6.2.2.2.1总则
如果在附录中有规定,对于酸性环境的焊接工艺评定应包括按照、和
A6.2.2.2.26.2.2.2.3
6.2.2.2.4进行的硬度试验。
6.2.2.2.2焊接工艺评定中的硬度试验方法
焊接工艺评定中的硬度试验方法应按/规定的维氏或进行,或按照
GBT4340.1HV10HV5
/用标尺的洛氏方法进行。
GBT230.115N
使用其他硬度检测方法应经设备使用者的同意。
6.2.2.2.3焊接工艺评定中的硬度测试
对接焊缝、角焊缝、修补和部分熔透焊缝及覆盖层焊缝的硬度测试应按/—的
GBT20972.22008
7.3.3.3进行。
6.2.2.2.4焊缝硬度的验收准则
附录中给出的耐蚀合金或其他合金的焊缝硬度验收准则适用于按附录选用的所有合金。
AA
也可通过焊接试样成功的抗开裂试验来建立硬度验收准则,试验应按照附录进行。
B
按照附录,采用其他试验方法的焊接工艺评定
6.2.2.3犃
为确保焊缝具有足够的抗开裂性能,附录的材料类别中提供了采用其他试验方法的要求和
A
建议。
6.2.3与其他制造方法相关的抗开裂性能
除焊接外,对于由焊接以外其他制造方法引起冶金变化的耐蚀合金和其他合金,应把受制造影响的
材料的抗开裂性能评定试验规定为制造工艺评定的一部分。
如果在成品中有任何热影响区()残存,应规定评定试验作为气割和(或)切割工艺评定的一
HAZ
部分。
6.2.2中的要求和验收准则应既适用于制造方法又适用于气割和(或)切割工艺的评定试验,
6.2.2.2.3提供了对制造方法或气割和(或)切割工艺的硬度测试要求的相应说明。
用于评价和试验的试样,其形状和取样位置应得到设备使用者的同意。
6.3犘犚犈犖
()应按下列公式计算:
PREN犉
PREN
()
犉狑3.3狑0.5狑16狑
PREN=Cr+Mo+W+N
式中:
狑Cr———合金中铬的质量分数,用全量组成的百分数表示;
狑Mo———合金中钼的质量分数,用全量组成的百分数表示;
狑W———合金中钨的质量分数,用全量组成的百分数表示;
狑N———合金中氮的质量分数,用全量组成的百分数表示。
注:有若干变量。它的提出完全是为了反映和预测铁镍铬钼耐蚀合金在溶解有氯化物和氧的环境中(如
PREN
在海水中)的抗点蚀性能。该数值虽然有用,但不能直接表示出在含硫化氢油田环境中的抗腐蚀性能。
7购买信息和标记
7.1购买材料应提供的信息
7.1.1制定购买材料的技术规格书时可能需要设备使用者、设备供应商和材料供应商之间进行合作和
6
/—
犌犅犜20972.32008
资料交流,以确保购买的材料符合/—和本部分的要求。
GBT20972.12007
7.1.2应提供下列信息:
———首选的材料类型和(或)级别(如果已知);
———
定制服务
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