ＧＢ／Ｔ２０９７２《石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料》分为三个部分,本部分为ＧＢ／Ｔ２０９７２的第３部分。本部分为首次发布。 ＧＢ／Ｔ２０９７２的本部分给出了在油气开采及天然气处理厂含硫化氢(Ｈ２Ｓ)环境中，设备用耐蚀合金(ＣＲＡ)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(ＳＳＣ)、应力腐蚀开裂(ＳＣＣ)和电偶诱发的氢应力开裂(ＧＨＳＣ)引起的破坏的性能。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。 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油或下游的加工设备。 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/T20972.3-2008 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS75.180.01
中华人民共和国国家标准
GB/T20972.3—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Petroleum and natural gas industries-Material for use in H,S-containing environmentsin oilandgas production-
Part 3:Cracking-resistant CRAs(corrosion-resistant alloys)andotheralloys
（IS015156-3:2003M0D）
2008-08-28发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-03-01实施
GB/T20972.3—2008
规范性引用文件
术语和定义
符号和缩略语
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含硫化氢环境中耐蚀合金和其他合金抗SSC、SCC和GHSC的评定和选择6
购买信息和标记
附录A（规范性附录）抗环境开裂的耐蚀合金和其他合金（包括表A.1附录A的材料选择表使用指南）
附录B（规范性附录）
附录C（资料性附录）
附录D（资料性附录）
附录E(资料性附录）
附录F（资料性附录）
参考文献
用于硫化氢环境的耐蚀合金的实验室试验评定购买材料应提供的信息
材料的化学成分和其他信息
试验条件的推荐组合
本部分与IS015156-3:2003技术性差异及其原因.8
GB/T20972.3-2008
GB/T20972《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：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：抗开裂耐蚀合金和其他合金。本部分为GB/T20972的第3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。下面列出本国家标准的结构及对应的ISO标准。
第1部分：选择抗裂纹材料的一般原则对应于IS015156-1：2001；第2部分：抗开裂碳钢、低合金钢和铸铁对应于IS015156-2：2003；第3部分：抗开裂耐蚀合金和其他合金对应于IS015156-3：2003。本部分修改采用IS015156-3:2003《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》（英文版），包括其技术勘误ISO15156-3：2003/Cor.1：2005、ISO15156-3:2003/Cor.2:2005和ISO15156-3:2003/Cor.1:2007。本部分根据ISO15156-3：2003重新起草。考虑到我国国情，在采用ISO15156-3：2003时，本部分做了一些修改。有关技术性差异已编人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F中给出了这些技术性差异及其原因的一览表以供参考。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IS015156-3：2003的前言和引言。本部分的附录A、附录B为规范性附录，附录C、附录D、附录E、附录F为资料性附录。本部分由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。
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/T20972.3—2008
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
GB/T20972的本部分给出了在油气开采及天然气处理厂含硫化氢（H,S)环境中，设备用耐蚀合金(CRA)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（SSC)、应力腐蚀开裂（SCC)和电偶诱发的氢应力开裂(GHSC)引起的破坏的性能。
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1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。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GB/T20972.1一2007第5章的要求。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
钻井、完井和修井设备
油气井，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、矿场设备和矿场处理装置
水处理设备
天然气处理装置
液体、气体和多相流体输送管道允许的例外设备
仅暴露在成分受控的钻井液中的设备”钻头
防喷器剪切闸板
钻井隔水导管装置
作业管柱
钢丝绳和绳索起下的设备。
表层套管和技术套管
抽油泵和抽油杆。
电动潜油泵
其他人工举升设备
在总压(绝)低于0.45MPa(65psi)工作的原油储存和处理设备
在总压(绝)低于0.45MPa(65psi)工作的水处理设备注水和水处理设备
商业和民用处理气输送管道
GB/T20972.3—2008
本部分适用于下列设备用材料
对于以上所有设备
a见GB/T20972.2-2008中A.2.3.2.3。b见GB/T20972.2—2008中A.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
表1(续)
允许的例外设备
只承受压缩载荷的部件
下列文件中的条款通过GB/T20972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。
GB/T228金属材料室温拉伸试验方法（GB/T228—2002eqvISO6892:1998）GB/T230.1金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）(GB/T230.1—2004,ISO6508-1:1999,Metallicmaterials-—Rockwellhardness test-Part1:Testmethod (scales A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T),MOD)GB/T4157--2006金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验GB/T4340.1金属维氏硬度试验第1部分：试验方法（GB/T4340.1—1999，eqvISO6507-1：1997,Metallic materials--Vickers hardness test—Part 1:Test method)GB/T15970.7--2000金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第7部分：慢应变速率试验（idtISO7539-7:1989)
GB/T19830—2005石油天然气工业油气井套管或油管用钢管（ISO11960：2001，IDT）GB/T20972.1--2007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：选择抗开裂材料的般原则（ISO15156-1：2001，IDT）GB/T20972.2一2008石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料4第2部分：抗开
裂碳钢、低合金钢和铸铁(ISO15156-2：2003，MOD）ISO10423石油天然气工业钻井和开采设备井口和采油树设备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ASTMA182/A182M)
锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子ASTMA213/A213M
ASTMA276不锈钢棒材和型材
ASTMA351/A351M承压元件用奥氏体、奥氏体-铁素体（双相）铸件ASTMA743/A743M
一般用耐腐蚀铁-铬、铁-铬-镍铸件ASTMA744/A744M
苟刻条件下使用的耐腐蚀铁-铬-镍铸件沉淀硬化不锈钢铸件
ASTMA747/A747M
BSHR.32）镍-钻-铬-钼-铝-钛高温合金坏料、棒、锻件和部件（镍基合金，Co20，Cr14.8，Mo5，A1 4.7,Ti 1.2)
1）美国材料试验学会（ASTM)，国际性组织，10oBarrHarborDrive，POBoxC70o，WestConshohocken，PA19428-2959,USA
2）英国标准学会，389ChiswickHighRoad，LondonW44AL,UK2
GB/T20972.3—2008
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EFC出版物17号3）
NACEMR01754)
NACEMR0176
NACETM0198
NACERP0475
油田设备抗硫化物应力开裂的金属材料油田腐蚀环境中用于抽油泵的材料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用于含油地层注水处理所有过程的金属材料的选择NACE腐蚀97论文58用于酸性环境中耐蚀合金材料选择的波动应变速率试验SAE-ASTM5）
统一编号系统中的金属和合金ISBN0-7680-040743术语和定义
GB/T20972.1--2007和GB/T20972.2—2008中确立的以及下列术语和定义适用于本部分。3.1
时效ageing
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。
退火anneal
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austenite
铁基合金的面心立方晶相。
双相不锈钢duplexstainlesssteel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ferrite
铁基合金中的一种体心立方晶体。3.6
铁素体不锈钢ferriticstainlesssteel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galvanically-inducedhydrogenstress-cracking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martensite
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martensiticsteel
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。3）欧洲腐蚀联合会（EFC)，属于材料学会，1CarltonHouseTerrace，LondonSW1Y5DB,UK[ISBN0-901716-95-2]美国腐蚀工程师协会（NACE)，国际性组织，1440SouthCreekDr.，Houston，TX77084-4906，USA4）
机动工程师协会（SAE)，400CommonwealthDrive，Warrendale，PA15096-0001USA5）
GB/T20972.3—2008
抗点蚀当量数pittingresistanceequivalentnumberFpREN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Cr、Mo、W和N的配比来定。
注：详见6.3。
固溶体solidsolution
含两种或两种以上元素的单一结晶相。3.12
不锈钢stainlesssteel
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
GB/T20972.1—2007和GB/T20972.2--2008中确立的以及下列符号和缩略语适用于本部分。AYS实际屈服强度
氯离子
耐蚀合金
电偶诱发的氢应力开裂
布氏硬度bzxZ.net
B标尺洛氏硬度
C标尺洛氏硬度
氢应力开裂
抗点蚀当量数
焊后热处理
CO2分压
H2S分压
RSRT波动应变速率试验
S°元素硫
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)；
一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）；暴露时间。
GB/T20972.3—2008
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。6含硫化氢环境中耐蚀合金和其他合金抗SSC、SCC和GHSC的评定和选择6.1总则
应按照预期使用坏境的要求来选择抗SSC、SCC和GHSC的耐蚀合金和其他合金。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A或按附录B通过成功的实验室试验评定来选择耐蚀合金和其他合金。基于满意的现场使用经验的评定也是允许的。该评定应遵循GB/T20972.1一2007的规定。在附录A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类别内的合金。附录A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、氯离子浓度和元素硫的环境限制。
对于在比附录A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，可通过试验进行评定。对于在不同于附录A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其他合金，同样地也可以通过试验进行评定。按附录B进行的评定文件应符合GB/T20972.1一2007第9章的要求。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2个HRC则单个的HRC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：GB/T20972中没有规定母材硬度试验的数量和位置。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SSC、SCC和（或)GHSC的敏感性。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（WPS）和焊接工艺评定报告(PQR)应易于设备使用者检查。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A对具体材料类别的要求和建议（6.2.2.2和6.2.2.3)；一按照附录B进行焊缝抗开裂评定试验；5
GB/T20972.3—2008
现场实践的证明文件，可仿效GB/T20972.1-2007中对母材的规定。附录A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，为确保焊件在应用时能具有足够的抗SSC、SCC和GHSC性能，设备使用者可要求成功的抗开裂试验的证据来作为焊接工艺评定的一部分。
6.2.2.2按照附录A，基于硬度的焊接工艺评定6.2.2.2.1总则
如果在附录A中有规定，对于酸性环境的焊接工艺评定应包括按照6.2.2.2.2、6.2.2.2.3和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GB/T4340.1规定的维氏HV10或HV5进行，或按照GB/T230.1用15N标尺的洛氏方法进行。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GB/T20972.2一2008的7.3.3.3进行。
6.2.2.2.4焊缝硬度的验收准则
附录A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A选用的所有合金。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B进行。6.2.2.3按照附录A，采用其他试验方法的焊接工艺评定为确保焊缝具有足够的抗开裂性能，附录A的材料类别中提供了采用其他试验方法的要求和建议。
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(HAZ)残存，应规定评定试验作为气割和(或）切割工艺评定的一部分。
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。6.3PREN
PREN(FeREN）应按下列公式计算：FpREN=Wc+3.3（WM+0.5ww）+16WN式中：
合金中铬的质量分数，用全量组成的百分数表示；Wcr
WMo合金中钼的质量分数，用全量组成的百分数表示；合金中钨的质量分数，用全量组成的百分数表示；ww
w合金中氮的质量分数，用全量组成的百分数表示。注：PREN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
资料交流，以确保购买的材料符合GB/T20972.1一2007和本部分的要求。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）；设备类型(如果已知)；
参考本部分的条款；
一选择抗开裂材料的验收根据（见第6章）。GB/T20972.3--2008
7.1.3设备使用者和设备供应商或材料供应商可以商定，采用适当的评定试验来选择未在附录A中说明和(或)列出的耐蚀合金和其他合金。如果购买方打算使用这些协议，在购买材料的技术规格书中应清楚地说明与扩充范围和评定方法相关的附加信息：这些信息包括：SSC、SCC和(或)GHSC试验的要求（见第6章和附录B)；特定酸性环境使用的工作条件。7.1.4购买材料所需的信息应填入适当的数据表中。推荐的格式参见附录C。7.2标记
符合本部分的材料应具有可追溯性，最好在交货前作标记。适当的标签或文字资料也是可以接受的方式。
对按照附录B评定合格和选择的特定应用的材料，其可追溯性还应包括特定应用的相关环境条件。
设备使用者可以要求设备或材料供应商提供文件，文件包括设备或部件使用的材料以及本部分规定的对材料使用环境的限制。
附录C中的表格提供了可用于材料识别的标识。GB/T20972.3-—2008
A.1总则
A.1.1材料类别
附录A
（规范性附录）
抗环境开裂的耐蚀合金和其他合金（包括表A.1附录A的材料选择表使用指南）耐蚀合金或其他合金（见6.1)的材料类别如下：奥氏体不锈钢（材料类型和单一合金）（见A.2)；高合金奥氏体不锈钢（材料类型和单一合金）(见A.3)；-固溶镍基合金（材料类型和单一合金)(见A.4)；铁素体不锈钢（材料类型）（见A.5）；马氏体不锈钢（单一合金）（见A.6)；-双相不锈钢（材料类型)（见A.7)；沉淀硬化不锈钢（单一合金）(见A.8)；沉淀硬化镍基合金（单一合金)（见A.9)；钻基合金（单一合金）（见A.10)；钛合金和钼合金（单一合金)(见A.11)；铜基和铝基合金（材料类型)（见A.12)。只要满足A.1.2、A.1.3、A.1.4和A.1.5的要求，表A.1到表A.42中列出的耐蚀合金和其他合金可在表中给出的的环境限制内使用，而不用再进行抗SSC、SCC和GHSC开裂试验。A.12包含了铜和铝合金的使用信息。A.13包含了镀层、覆盖层和耐磨合金的使用建议。注：列出的材料和给出的环境限制最初列于NACEMR0175一2003中。A.1.2化学成分的限制
耐蚀合金或其他合金的使用者应确保所用材料的化学分析满足SAE-ASTM《统一编号系统中的金属和合金》中的材料分析要求(见附录D)。为遵照本部分的要求，材料还应符合正文和(或)所属材料类别表中的所有规定。A.1.3抗开裂的环境和治金限制
A.2.2到A.11.2包含了材料用做任何设备或部件时所受环境限制的材料选择表，通常也包含了材料用做指定设备或部件时所受较少环境限制的材料选择表。材料选择表列出了关于温度、PH,s、CI-、pH、S°的应用限制，这些限制都共同应用。表中所用的pH相当于最小原位pH。
注1；本附录表中，用于质量浓度的国际单位制单位为毫克每升；通常在美国习惯使用的单位是用百万分之一(ppm)来表示。
注2：GB/T20972.2-2008附录C给出了PB,s的计算。注3：GB/T20972.2—2008附录D给出了pH的计算。注4：材料选择表是在假设使用环境中无氧存在的条件下制定的。在表中不能对变量的具体限制做规定，但在表中包括了反映目前认识程度的解释性备注。一种合金的环境限制只有在同一表的正文中给出的任何附加冶金限制内才有效。当材料需回火时，回火时间应充足，以确保整个壁厚的硬度都满足要求。8
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