石油和天然气工业材料测试和认证相关内容

 测试和认证相关内容: 1. 范围本部分对用于石油天然气工业以及天然气处理工厂含有H2S环境中的设备所使用的碳钢和低合金钢的选择和认证提出了要求和建议。这些设备的失效，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。本部分叙述了钢抗由硫化物应力开裂（SSC）引起的破坏的性能以及应力定向氢致开裂（SOHIC）和软区开裂（SZC）的有关现象。本部分还叙述了钢抗氢致开裂（HIC）和可能发展成的阶梯裂纹（SWC）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中给出了适用于本部分的不详尽的设备清单，包含允许的例外。本部分内容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），按照本标准第1部分的第5章要求。附录A列出了抗SSC的碳钢和低合金钢材料，A.2.4包括了铸铁的使用要求。本部分内容不一定适用于炼油或下游的加工设备。2. 引用标准本文件的使用离不开以下参考文件。若所参考得文件标明了时间，表示只采用该时间版本；若没有注明时间，则表示引用的是其最新版本（包括其修正版）。ISO 6506-1  金属材料.布氏硬度试验.第1部分:试验方法ISO 6507-1  金属材料.维氏硬度试验.第1部分:试验方法ISO 6508-1  金属材料.洛氏硬度试验.第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K刻度)ISO 6892-1  金属材料.拉伸试验.第1部分：室温下的试验方法ISO 10423  石油和天然气工业.钻井和开采设备.井口设施和采油树设备ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1:2009  石油和天然气工业——油气开采中用于含硫化氢环境的材料 第1部分：抗裂纹材料选择的一般原则ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-3:2009  石油和天然气工业——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NACE TM0177-2005  抗H2S环境中的硫化物应力开裂（SSC）和应力腐蚀开裂（SCC）用材的实验室试验NACE TM0284  管线钢和压力容器抗氢致开裂评定方法3. 术语及定义ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-1:2009中确立的以及下列术语和定义适用于本部分3.1 布氏硬度 Brinell hardness （HBW）根据ISO6506-1进行测量的硬度值，通常采用直径为10mm的硬质合金球并且加载29.42kN的力。3.2 泡点压力 bubble-point pressure在一定的工作温度下，开始有气泡在液体中形成时的压力。3.3 抛光 burnish在器件（材料）与一些硬质材料（例如硬化钢球）之间以摩擦接触的方式，使该器件表面光滑的过程。3.4 铸造 casting将熔融金属注入模具中，通过使熔融金属在模具中凝固来获得最终形状或接近最终形状的金属件。3.5 铸铁 cast iron含碳量大约在2%~4%之间的铁碳合金。3.5.1 灰铸铁 grey cast iron以片状石墨存在，断口表面呈灰色的铸铁。3.5.2 白口铸铁 white cast iron由于有渗碳体存在，断口表面呈白色的铸铁。3.5.3 可锻铸铁 malleable cast iron白口铸铁经热处理后，大部分或所有的渗碳体转化成石墨（回火碳）的铸铁。3.5.4 球磨铸铁 ductile cast iron；nodular cast iron 在熔融状态下用一种元素（通常是镁或铈）进行过石墨球处理形化处理的铸铁。3.6 渗碳体 cementite 钢的微观结构组织，主要由碳化铁（Fe3C）组成。3.7 冷加工 cold working 冷变形 cold deforming 冷锻 cold forging 冷成形 cold forming 金属在一定温度和应变率下发生塑性变形，从而导致形变硬化，通常但不一定是在室温下进行。3.8 适用性 fitness-for-purpose 在预期使用条件下使用的适宜性。3.9 易切削钢 free-machining steel 有意加入如硫、硒和铅等元素以提高切削加工性能的钢。3.10 下临界温度 lower critical temperature 铁基金属在加热过程中开始形成奥氏体或在冷却过程中完成奥氏体转变的温度。3.11 渗氮 nitriding 氮被渗入到金属材料（最普遍的是铁基合金）表面的表面硬化工艺。如液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮和等离子渗氮。3.12 正火 normalizing 把铁基合金加热到相变区间（奥氏体化）以上某一温度，并保持一定时间，然后在静止的空气中（或保护气体中）冷却到相变区以下某一温度。3.13 塑性变形 plastically deformed 在超过弹性极限即应力与应变成比例的极限的应力作用下发生的永久性变形。3.14 承压部件 pressure-containing parts预期功能失效时将导致其中的流体释放到环境中的部件。3.15 淬火加回火 quenched and tempered淬火硬化然后回火。注1：淬火硬化是先奥氏体化，然后进行冷却，使得奥氏体或多或少完全转变为马氏体，也可能转变为贝氏体。注2：回火是一次或多次加热至规定的，低于下转变点的温度或保持在这一温度，然后以适当的速率冷却，使得组织结构有所改善并获得规定的性能。3.16 C标尺洛氏硬度 Rockwell hardness （HRC）根据ISO 6508进行测量，采用圆锥形金刚石压头施加一个1471N载荷而获得的硬度值。3.17 喷丸硬化 shot peening在可控制条件下选择一种介质（通常为圆形钢丸）轰击材料表层，导致材料表层产生压应力。3.18 消除应力 stress relieving把金属加热到合适的温度，并且在这一温度下保持足够长的时间以减少残余应力，然后缓慢冷却尽量使新产生的残余应力降到最小。3.19 回火 tempering把金属加热到低于临界温度以降低硬度并提高其韧性的热处理。这一工艺适用于淬火钢、淬火铸铁，有时也适用于正火钢。3.20 抗拉强度 tensile strength极限强度 ultimate strength最大载荷和原始横截面积之比。3.21 试验批 test batch代表同一批次产品的样本组，按照特定的程序对代表性样品进行试验能确定其符合规定要求。3.22 管件 tubular component有一个轴向孔洞的圆筒形构件（管），用于钻井和生产作业中输送流体。3.23 维氏硬度 Vickers hardness （HV）根据ISO 6507-1进行测量，采用正四棱椎体金刚石压头并且加载一个适用的载荷而获得的硬度值。3.24 焊件 weldment在一个组件上已经进行过焊接的部分，包括焊缝金属、热影响区（HAZ）以及邻近的母材。3.25 焊缝金属 weld metal在焊接过程中焊件上已融化的部分。4. 符号及缩略语本部分内容采用以下术语：AYS 实际屈服强度CLR 裂纹长度比值CR C型环（测试）CSR 裂纹敏感性比值CTR 裂纹厚度比值DCB 双悬臂梁（测试）FPB 四点弯（测试）HBW 布氏硬度（硬质合金压头）HIC 氢致开裂HRC 洛氏硬度（标尺C）HSC 氢应力开裂HV 维氏硬度OCTG 石油专用管，如套管、油管和钻杆pH2S 硫化氢分压Rp0.2 根据ISO 6892-1确定的屈服强度SMYS 规定的最小屈服强度SOHIC 应力导向氢致开裂SSC 硫化物应力开裂（硫化物应力腐蚀开裂）SWC 阶梯裂纹SZC 软区开裂T 温度UNS 统一编号系统（按照SAE-ASTM 统一编号系统中的金属及合金）UT 单轴拉伸（测试）