【国家标准(GB)】 石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料 第1部分：选择抗裂纹材料的一般原则

ICS 75. 180. 01
中华人民共和国国家标准
GB/T 20972.1—2007/ISO 15156-1:2001石油天然气工业
油气开采中用于含硫化氢环境的材料第1部分：选择抗裂纹材料的一一般原则Petroleum and natural gas industries-Material for use in H,S-containingenvironments in oil and gas production--Part 1 : General principles for selection of cracking-resistant materials(ISO 15156-1:2001,IDT)
2007-06-25发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总周中国国家标准化管理委员会
2007-11-01实施
GB/T 20972.1—2007/ISO15156-1:2001GB/T20972石油天然气工业汕气开采中用于含硫化氢环境的材料》分为三个部分：第1部分：选择抗裂纹材料的一般原则：第2部分：抗开裂碳钢、低合金钢和铸铁第3部分：抗并裂耐蚀合金和其他合金，本部分为CB/T20972的第1部分，本部分等同采用ISC）15156-1:2001&石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第1部分：选择抗琴纹材料的一般原则》（英文版），并删除工其前宣部分GB/T20972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。下而列出本国家标准的结构及对应的ISO标推：
第1部分，选择抗裂纹材料的-~般原则，刘应于IS015156-1:2001；第2部分：抗开裂碳钢.低合金钢和铸铁，对应于I5015156-2：2003；第3部分：抗开裂耐蚀合金和其他合金，对应于150151563:2003本部分山全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC96)提出并归口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：姜放、汤晓舅、饶威、郭绪明，戴海黔、白真权、罗张东、陈彰兵、傅贺平、夏青、严密林
本部分为首次发布，
1范围
GB/T 20972.1—2007/IS0 15156-7:2001石油天然气工业
油气开采中用于含硫化氢环境的材料第1部分：选择抗裂纹材料的一般原则本部分叙述并提出了在石油天然气牛产以及脱硫装置中处于蔬化氧(H,S)环境中设备的金屑材料评定和选择的一般原则、要求和推荐方法，这些设备的效，会给工作人员以及公众的健康和生命安全或环境带来很大的危害。本部分有助于避免设备发生这种高昂代价的腐蚀损坏。本部分补充而不是代替相关的设计标准和规范或细则中已有的材料技术要求。本部分插述了所有出硫化氢所引起的腐蚀开裂机厚，包括硫化物应力开裂、应力腐蚀开裂，氛致开裂及阶梯型裂纹、应力定向氢致开裂、软区开裂和电偶诱发的氢应力开裂。表1给出了适用于本部分的不详尽的设备清单，包括了允许的例外。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。本部分不一定适用于炼润或下游的加工设备。注意：按GB/T20972（所有部分）选择和评定的金属材料，在油气开采中规定的含硫化氢环境里是抗开藜的，但并不一定在所有的使用环境下都可避免并裂。表设备表
本部分适所于下列设备用材料
钻井、完井和并设备
滴气井，包括地下设备、气举设备、井口和采油树
(出油》采气管道、集气(油)管道、矿粉设奇和矿场处理装罩
水处理设备
燃气处理装置
液体、气体和多相流体输送普道允许的例外设备
仅暴露在成分受控的钻并被中的设备钻头
防喷器剪切闻板
钻井隔水导管系统
作业管柱
冕索和编索设备
农层和技术登管
抽油泵和掘油杆
电动潜油泵
其他人工举升设备
在总绝对压力0.45MPa(65psi)以下,r.作的原油循存和处理设备
在总绝对力 0. 15 MPa(65 pai)以下工作的水处理设备
注求和水处理设备
商业和民用处理气输送管道
GB/T20972.1-2007/ISO15156-1:2001本部分适用于下列设各用材料
对于以上所有设备
详见1SO15156-2:2003的A,2.3.2.3。择见ISO15156-2.2003的A.2.3.2.1b
绳实润滑器和润滑器连接装置不允许例外对于抽油和抽注杆，参见NACE IMRO表1(续）
对于注水和水处理设备，参见NACERPO175。规范性引用文件
允许的例外设备
只承受压缩载价的部件
过美导分的引用而成为本部分的条款。凡是生日期的引用文件，其随后所有下列文件中的条款通
的修改单（不包括勘误的内）
或修订版均不适用于木部分然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究为最新版本。
是否可使用这些文件
ISO15156-2
低合金钢和铸铁
ISO15156-3
(CRAs）和其他
术语和定义
本部分使用
井口防喷器
凡是不注日期的用文件，其最新版本适用于本部分然气工业
石油天然气工业
语和定义。
outpreventen
在钻并作业中
轩焊braze
油气开采中用于音碗化氢环境的材料第2部分：抗开裂碳钢、油气
采中用丁含硫化氢环境的材料第3部抗开裂耐蚀合控制油气手汽
流体和钻）
在金属之间通过充
碳钢carbon steel
液压力的
熔点非铁金属
面层低
科承压机械装置：
充物而将它们连接。
是量的其他合金元素的铁碳合金，但不包括为才脱氧而有意加人的包含有碳和锰元素和一
的元素（通常是硅或（和）铝）。注：石油工业中所用碳钢的合碳量通常低于0.8%。采油树christmas tree
用于控制采出液或回注井口设备。3.5
冷加工coldwork
一定量
在能够产生加工硬化的温度和变形率的条件下的金属塑性变形的工艺过程。通常（不是必须）是在常温下完成的。
耐蚀合金
corrosion-resistant alloy
是用来抗油田环境中的均匀和局部腐蚀的合金。在该油田环境中，碳钢会受到腐蚀2
铁素体ferrite
铁基合金中的一种体心立方品体。铁素体钢ferrite steel
在室温下，显微组织主要是铁素体的钢材。硬度hardness
金属抵抗塑性变形的能力。通常用金属压痕来测量。3.10
热影响区
heat-affeo
在钎焊，切割或焊持
分母材。
tedzone
热处理hea
treat nent
为了获得所
注：仅为热加
氢致开裂
为氢原子
裂纹。
注：裂纹是
能加热和冷却固体金属和合金的工艺。行的加热不能作为热处理
rogen-induced cracking
主钢铁中并在陷饼
的聚集点压力增大而
气效开裂的
GB/T20972.1—2007/ISO15156-1:2001引起的在磁钢和低合金钢中的平面时所
生不带婴范加外部的应力。够引起IIIC的聚集点常带在
钢中杂质水平较高的地方
那足的手杂质偏析和在钢中合金元素形成的具有轻高密度的平面型夹渣和（或）具有异
显微组织（如带状组织）
的区域。这种类型的氢致开裂与接无关S
氢应力开裂
drogen stress eracking
金属在有氢利位
的或适加的存在的情说下出现的注：氢应力开裂描速了
种产生
另一种洁跃馆
机理的开裂，
低合金钢
对死化物应力
一种裂
金属中的一种裂纹。这种金属作为阴极和3.23）不敏感的
作为阳极形成电假，在有氢时，金属就可能变脱。未语电偶诱发的至应力开裂就是这种low alloy stee
合金元素总量少于5%（大约）.但多于碳钢规定的合金元素会重的钢。3.15
microstructure
显微组织
适当制备的样品在显微镜下检查显示出的一种金属结构3.16
分压partialpressure
在同样温度下，混合气体中一种组份单独充满该混合气体所占的体积产生的压力。注对于一种理想的混合气体，每一种组分的分压等于总压力乘以其在混合气体中的摩尔分数，而此时摩尔分数等于其体积分数，
残余应力residualstress
解除外力和消除温度梯度后，存在于构件中的应力。3
CB/T 20972.1—2007/IS0 15156-1 :20013.18
软区并琴soft zone cracking
SSC的·-种形式可能出现于钢部届服强度低的软区，注：在操作的数荷作用下,软区可能会届服,并局部累计塑性应变使一种在别的情说下抗SSC材料发生 SSC开裂敏感性增加。这种软区最有代表性的层与碳钢的炼接有关，3.19
酸性中使用 suur service
暴露于含有硫化氢并能够引起材料按本部分所描述的机理开裂的油环境3.20
阶梯裂纹stepwise cracking
在钢材中连接相邻平面内的氢致并裂的一种裂纹。注，这个术语插还了裂纹的外貌，连接氢致并裂而产生的阶棉裂纹取决于裂纹问的局部应变和裂续周围钢由于溶解的氢引起的脆性。HIC/SWC往往与生产钢管和容器的低强肢钢板有关。3.21
应力腐蚀开裂stress eorrosion crarking在有水和碗化氢存在的情况下，与同部腐蚀的阳极过程和拉应力（残留的或施加部）相关的一种金裂。
注：繁化物和(或)氧化剂和高温能增如金属产生应力腐蚀开裂的敏感性。3.2
应力定向氢致裂纹stress-orientedhydrogen-inducedcracking大药与主应力(残余的或外加的)方向垂直的一些交错小裂纹，导致了像梯了一样的,将已有HIC裂纹连接起求的(往往细小的)一组裂纹。注,这种并裂获归类为由外应力和氢致开裂周围的局部应变引起的 SSC。SUHIC 与 SSC 和 HIC/SWC 有关。在纵焊链钢管的母材和压力容器焊缝的热影响区都观察到 SOHIC。EOHIC并不是一种常见的现象,其通常与低强度铁案体钊管和压力容器用钢有关。3.23
硫化物应力开裂sulfide stresg cracking在有水和硫化氢存在的情况下,与腐蚀和拉应力(残留的和(或)施如的)有关的一种金属开裂。注：SSC是氢应力开裂(HSC)的种形试,它与在会竭表面的因酸性腐蚀所产生的原子氢引起的金属脆性有关在硫化物存在时，会氓进氢的吸收，愿于氢能扩进竟属，降低金属的韧性，增孤裂纹的敏脑性。高度金属材科和教便的煤鞋区藏脑于发作SSC.3.24
焊接weld
采取加热和（或)加压的方式将两个或多个金属件连接起求，这种连接方式既可以有填充金属也可以没有填充金属。適过在接触上基材的局部熔花和凝固形成一个接。3.25
屈服强度yield strength
材料应力和应变的线性比例呈现发生一定的偏差时的应力值。注：这个应变偏差值既可以用残余变形法表示（适常是02%的应变），也可以用载尚下总伸长祛表示（道常民0.5%的应变）。
4缩略语
BOP井口防喷器
CRA对蚀合金
HAZ热影响区
HIC氢致裂
IISC氢应力开裂
SCC应力腐蚀开裂
SOHIC应力定向氢致裂纹
SwC阶梯裂纹
SSC硫化物应力开裂
SZC软区开裂
5一般原则
CB/T 20972.1—2007/IS0 15156-1:2001GB/T20972（所有部分）的用户首先应评估希望选取的材料所接触的环境，评价、定义和根据资料确认这些环境应符合本部分的要求，材料的选择应遵循GB/T20972（所有部分）有关章节的要求和建议。
使用GB/T20972的其他部分可能需要设备使用者和材料供应商之间交换信息（比如涉及的要求或适合的使用环境）。
注，设备供应商可能需要和设备制造商、材料供应商和（或)材料生产商交换信总，用于确定使用条件的特殊失效模式方面的评定，是对在使用条件苛刻性为面与已评定的使用条件相当或不其苛刻的其他使用条件下使用方面的评定。设备使用者应当确定设备的使用环境是否是和本部分中应用环境一致，如果必要，设备使用者应请教工况-致的其他用户。本部分适用于那些按照惯用的弹性设计准则进行设计利制造设备所用材料的选择和评定。对于按塑性设计准则（比如以基于应变和极限状态设计）的情况，用本部分可能并不适合，此时，设备的使用者评估其他需求是必要的，
6选择材料的使用环境的评价和定义6.1在按GB/T20972的其他部分进行材料的选择和评定之前，设备的使用者应对每种用途材料可能暴露的使用条件进行确认、评定并以文件记裁。确定使用条件包括预定的暴露条件，以及由于控制措施，保护方法失效可能造成的不可预定暴露条件。应特别注意那些已知的会影响材料的硫化氢致裂敏感性因素进行量化。
已知的影响企属材料在硫化氢环境中开裂敏感性的因素，除了村料性能外，包括有：毓化氧分压、原位pH值、溶解的氧化物或其他卤化物浓度、元紊硫或其他氧化剂的存在、温度，电偶效应、机饿应力和与液相水接触的时间。
6.2提供的使用环境资料应用于下述一个或几个目的：a）为进行预评定抗SSC/SCC材料的选择提供基础资料（见第7章）；b）根据现场经验，为选择和评定材料提供基础资料（见8.2);用于确定评定材料在含硫化氢环境中的 SSC,SCC,HIC,SOHIC,SC 和(或)电偶诱发的氢应力开裂（HSC)的一种或多种的实验室试验要求（见8.3)；d）如果实际或计划中的使用环境发生改变，按照第7章，8.2和（或)8.3，为重新评估已有结构合金的适用性提供基础资料。
7在硫化物存在的情况下，选择已评定合格的抗SCC/SSC材料抗SSC的碳钢和低合企钢可以从ISO15156-2规定的也评定合格材料中选择抗SSC.SCC的耐蚀合金和其他合金钢可以从按ISO15156-3规定的已评定合格材料中进行选择。通常，用这些方法选择已评定合格材料不需要另外的实验室试验，因为基于现场经验和（或）实验5
GB/T 20972.1—2007/ISO 15156-1 :2001室试验，在规定的作金环境力学条件下，所列出的资料具有可以接受的性能。不过设备的使用者在考感到材料失效的潜在后果应考虑对使用材料进行特殊试验（参见第1衰注意）。注：标准NACEMR0175的技术要求中所反映的经验，已包含在ISO15156-2和TSO15155·3的已评定合格的材料列表中。
8用于硫化氢环境材料的评定
B. 1 材料的使用说明和证明文件应提供对评定的材料的描述和有关资料，以便定义那些在含有流化氢的介质中易于影响性能的特性，应该描述和提供材料可能发生的容许偏差和范围的资料。在含硫化氢的环境中已知影响材料性能的治金特性有：化学成分、制造方法、产品形迁，强度、硬度、冷媚工量、热处理条件和微观结构。3.2以现场经验为根据的评定
可以根据提供的现场经验资料进行材料的评定。材料的描述应符合8.1的要求。那些已获得经验的使用环境描述应符合6.1的相关要求。提供的现场经验至少经过持续两年时间验证，并且最好包括个现场使用之后的设备全面检查结果。预想的使用环境苛刻程度不能超过提供的场经验所处的环境。
8.3以实验室试验为根据的评定
B3.1概述
实验室的试验应近似现场环境
按GB/T20972(所有部分）进行的实验室试验可以用于下述情况：评定金材料在极限使用环境中抗SSC和（或）SCC的性能，适用于ISO151562和ISO13156-3中列出的已评定合格的或类似的材料。在有其他限制的使用环境下，进行抗SSC和（或）SC金属材料的评定。例如：在高于正常可接受的硫化氢含量、低-正常所需的试验应力戴改变极限温度、或降低pH值时，进行金属材料的评定。
关于碳钢和低合金钢抗HIC、SOHIC、或SZC的评定。关于耐蚀合和其他合金抗电偶诱发氢应力开裂（HSC)的评定，对没有出现在ISO15156-2和ISO15156-3中现已评定合格的材料中的材料提供评定数据，以使这些评定数据以后可以被考虑包括在确认材料中。8. 3. 2 实验室试验的材料职样实验室试验的材料的敢样方法应得到设备使用者的审查和问意。试验样品应能够代表商业产品。对于按同一技术规范生产的多批次材料，应进行在含有硫化氢的环境中影响开疑行为性能的评价（见8.1)，在接IS015156-2和IS015158-3的要求进行试验样品时，应考虑这些性能的分布。应用对箍化氢开裂敏感性最大的治金条件下生产的材料作为选择的试验样品。应提供样品的材料来源，样品制备方法和表面状况的资料。8.3.3实验室试验方法的选择
碳钢和低合金钢SSC、HIC、SOHIC和（或）SC的试验方法应按ISO15156-2要求进行选择。耐蚀合金和其他合金SSC.SCC和电偶诱发氢应力开裂（HSC)的试验方法应按ISO15156-3要求进行选择。
8.3.4试验中采用的条件
为评定般的性环境使用或苛刻使用范围的碳钢和低合金钢，应从IS015156-2规定中选择标准试验环境和力学试验条件。
GB/T 20972.1—2007/IS0 15156-1:2001为了评定在适合于各种合金类型的限制使用范围的耐蚀合金和其他合金,应从 ISO 15156-3 规定中选择标准试验环境和力学试验条件。为了评定用于特殊使用环境的材料,设的使用者应注意确保试验条件和得到的试验结果适用于特定的使用环境。考虑到每种可能的尖效模式所有试验条件应至少和现场的使用环境一样苛刻（见6. 1)。所采用的 pH 值应能代表现场的原位 pH 值,设备的使用者应提供选择特殊使用的试验环境和力学试验条件理由的资料。8.3.5验收标准
试验验收标准应是ISO15156-2和ISO15156-3规定的每种试验方法的验收标准。9选择或评定方法的报告
按本部分进行的材料选择或评定，按照GB/T20972本部分应有下列的a)和其余b)、),d)中之一用报告提供选择方法的资料。设备使用者应负责保证推备所需的文件。a）所有材料的使用环境评估结果（匹6.1)。b）对于被选为SSC和（或）SCC口评定合格的材料（见第7章），文件编写参考TSO15156-2和ISO 15155-3相关的章节。
基于现场经验选择的材料，文件应描述下述内睿：1）已进行选择和评定的开裂机理；2）所用的材料（见8.1)；
现场经验（见8.2)；
d）基于通过实验室试验的评定选择的材料，试验报告应描述下述内容：1）已进行选和评定的升裂机理；用于实验室试验选择的材料（见8.1)；2)
实验室样品的选择，取择和制备（见8.3，2）4）
为材料的评定而进行试验的试验坏境和试验物理条件的正当理由（见8。3.3)：证明试验结果符合ISO15156-2和IS015156-3规定（见8.3）。5）
GB/T 20972.1—2007/IS0 15156-1:2001藝考文献
[1]ANSI NACE MR 0175油出设备用抗硫化物应力开裂的金属材料.[2]A.NSINACETM0177硫化氢环境中金属的抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂试验室试验
［3]ANSINACETM0284管线和压力容器用钢的氢致开裂评价.AASI NACE MR 0176
腐蚀性油再环境中轴油泵金滨材料[5」EFCPublication.16油气开采中硫化氢环境碳钢和低合金钢材料要求指南，[6
EFCPubliration 17油气开采用耐蚀合金：硫化氢环境中的一般要求和试验方法指南.[7]NACE3iaadetdR0475用于含油地层注水处理所有过程的金厨材料的选源。版权专有侵权必究
书号：1550661-30002
GB/T 20972、{-2007
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