15156-2015-1标准中文版 石油天然气工业—油气开采中用于含 H2S 环境的材料第1部分：抗开裂材料选择的一般原则
警告：按 ISO 15156 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裂的，但并不一定在所有的使用环境下都可避免开裂。选择适合预期使用环境的材料是设备使用者的责任。
1. 范围
ISO 15156 这部分叙述并提出了在石油天然气生产以及脱硫装置中处于硫化氢(H2S)环 境中设备的金属材料评定和选择的一般原则、要求和推荐方法。这些设备的失效，可能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。ISO 15156 这部分描述了所有由硫化氢所引起的腐蚀开裂机理，包括硫化物应力开裂、 应力腐蚀开裂、氢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。
给出了适用于ISO 15156 部分的不详尽的设备清单，包括了允许的例外。ISO 15156 本部分适用于使用负荷可控设计方法来设计和建造的设备所用材料的评定和选择。ISO 15156 部分不一定适用于炼油或下游的加工设备。
2. 规范性引用文件
下列所有或部分引用文件对于本文件的应用是不可缺少的。对于注明日期的引用文件，只有引用的版本适用。对于未注明日期的引用文件，引用文件的最新版本(包括任何修订本) 适用。 ISO 15156-2：2015，石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料 第 2 部分： 抗开裂碳钢、低合金钢和铸铁 ISO 15156-3：2015，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(CRAs)和其他合金 表 1 设备表 ISO 15156-1 这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 钻井隔水导管系统 作业管往 绳索和绳索设备
c 表层和技术套管 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 和矿场处理装置 在总绝对压力为 0.45 MPa(65 psi)以下工作的 原油储存和处理设备 水处理设备 在总绝对压力 0.45MPa(65psi)以下工作的水处理设备 注水和水处理设备 燃气处理装置 — 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 对于以上所有设备 只承受压缩载荷的部件
a 详见 ISO 15156-2:2015 的 A.2.3.2.3。
b 详见 ISO 15156-2:2015 的 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，参见 NACE MR0176。
3. 术语和定义
本文件适用于下列术语和定义。
3.1 防喷器，BOP 在钻井作业中，用于控制油气井流体和钻井液压力的一种承压机械装置。
3.2 钎焊 在金属之间通过充满薄界面层低熔点非铁金属填充物而将它们连接。
3.3 碳钢 含碳质量分数小于 2%、含锰质量分数小于 1.65%的铁碳合金，除了含为脱氧而有意添 加规定量的元素(通常是硅和/或铝)外，还有残留量的其他元素。 出处注释 1：石油工业中所用碳钢的含碳质量分数通常低于 0.8%。
3.4 采油树 用于控制采出液或回注井口设备。
3.5 冷加工 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。
3.6 耐蚀合金，CRA 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(3.3)会受到 腐蚀。
3.7 铁素体 铁基合金中的一种体心立方晶体
3.8 铁素体钢 在室温下，显微组织(3.15)主要是铁素体(3.7)的钢材。
3.9 硬度 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 在钎焊，切割或焊接过程中，没被熔化，但是显微组织(3.15)和性能已经随着加热过 程发生了变化的那部分母材。
3.11 热处理，HAZ 为了获得所需的性能加热和冷却固体金属和合金的工艺。 出处注释 1：仅为热加工而进行的加热不能作为热处理。
3.12 氢致开裂，HIC 为氢原子扩散进钢铁中并在陷阱处结合成氢分子(氢气)时所引起的在碳钢和低合金钢 中的平面裂纹。 出处注释 1：裂纹是由于氢的聚集点压力增大而产生的。氢致开裂的产生不需要施加外部的应力。能够引起 HIC 的聚集点常常在于钢中杂质水平较高的地方，那是由于杂质偏析和在钢中合金元素形成的具有 较高密度的平面型夹渣和(或)具有异常显微组织(3.15)(如带状组织)的区域。这种类型的氢致开裂与 焊接无关。
3.13 氢应力开裂，HSC 金属在有氢和拉应力(残留的或施加的)存在的情况下出现的一种裂纹。 出处注释 1：HSC 描述了一种产生在对 SSC 不敏感的金属中的一种开裂。当该金属作为阴极和另一种 作为阳极的腐蚀活跃的金属形成电偶时，可能会氢脆。此类电偶诱发的氢应力开理解就是这种机理的开裂。
3.14 低合金钢 合金元素总量少于5%(质量分数)，但多于碳钢(3.3)规定的合金元素含量的钢。
3.15 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 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。 出处注释 1：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。
3.17 残余应力 解除外力和消除温度梯度后，存在于构件中的应力。
3.18 软区开裂，SZC SSC 的一种形式，可能出现于钢局部屈服强度低的软区。 出处注释 1：在操作的载荷作用下，软区可能会屈服，并局部累计塑性应变使一种在别的情况下抗 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(3.3)的焊接有关。
4. 缩略语
BOP 井口防喷器 CRA 耐蚀合金 HAZ 热影响区 HIC 氢致开裂 HSC 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
ISO 15156 系列的用户应首先评估材料期望选择可以暴露的条件。这些条件应按照 ISO 15156 本部分来进行评估，定义和文件记录。 设备用户应确定服役条件是否适用于ISO 15156 系列。
应按照适用的 ISO 15156-2 或 ISO 15156-3 的要求和建议来进行材料选择。 ISO 15156-2 或 ISO 15156-3 的使用可能要求设备用户和设备或材料供应商之间交换信 息(例如要求的或合适的服役条件相关的信息)。如果有必要的话，设备用户应为服役条件 的其他参与方提供建议。 注：设备供应商可能有必要与设备制造商、材料供应商和/或材料制造商交换信息。 在定义服役条件下使用的，且与某一特殊失效模式相关的合格证书也可以证明在其他服 役条件下使用的材料是否等于或低于执行过鉴定的条件的所有方面要求。 设备用户有责任确保设备使用所规定的任何材料能满意地满足服役环境要求。 设备或材料供应商负责满足冶金和制造要求，当必要时，在进入服役状态中的选定材料， 还需负责满足ISO 15156 系列的任何附加试验要求。
设备或材料供应商负责满足 ISO 151562:2015, 第9 节, 或ISO 15156-3:2015, 7.2 中的材 料标记/文件记录要求。 ISO 15156本部分适用于采用负荷可控设计方法设计和建造的设备的材料鉴定和选择。 当设计采用应变为基础的设计方法时，使用ISO 15156 本部分可能是不合适的，可以要求使 用ISO 15156 中没有列出的其它试验方法。设备/材料供应商应联合设备用户来定义和协定 其它试验要求和验证准则。
6. 选择材料的使用环境的评价和定义
6.1 在按 ISO 15156-2 和 ISO 15156-3 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、评定并以文件记载。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。 已知的影响金属材料在硫化氢环境中开裂敏感性的因素，除了材料性能外，包括有：硫 化氢分压、原位 pH 值、溶解的氯化物或其他卤化物浓度、元素硫或其他氧化剂的存在、温 度、电偶效应、机械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) 为从现有清单和表格中选择抗 SSC/SCC 的材料提供基础资料(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); c) 用于确定评定材料在含硫化氢环境中的 SSC、SCC、HIC、SOHIC、SZC 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。