天然氣地面設(shè)施抗硫化物應(yīng)力開裂和應(yīng)力腐蝕開裂金屬材料技術(shù)規(guī)范 SY/T 0599—2018

1 總 則

1.0.1 為規(guī)范油氣田含硫化氫天然氣地面設(shè)施所用的抗硫化物應(yīng)力開裂和（或）抗應(yīng)力腐蝕開裂的金屬材料及其制造工藝的要求，特制定本規(guī)范。

1.0.2 本規(guī)范適用于按常規(guī)的彈性準(zhǔn)則設(shè)計和制造設(shè)備所用與含硫化氫介質(zhì)接觸的天然氣地面設(shè)施的金屬材料，包括井場、站場、處理廠的工藝設(shè)備、工藝管線及采、集氣管線等。本規(guī)范不包括硫化氫引起的電化學(xué)失重腐蝕和其他類型的開裂。

1.0.3 天然氣地面設(shè)施用抗硫化物應(yīng)力開裂和（或）抗應(yīng)力腐蝕開裂金屬材料除應(yīng)符合本規(guī)范外， 尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2 術(shù)語和縮略語

2.1 術(shù)語

2.1.1 硫化物應(yīng)力開裂 sulfide stress cracking

在有水和硫化氫存在的情況下，與腐蝕、殘留的和（或）施加的拉應(yīng)力相關(guān)的一種金屬開裂。

2.1.2 應(yīng)力腐蝕開裂 stress corrosion cracking

在有水和硫化氫存在的情況下，與局部腐蝕的陽極過程、殘留的和（或）施加的拉應(yīng)力相關(guān)的一種金屬開裂。

注：氯化物和（或）氧化劑和高溫能增加金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性。

2.1.3 氫致開裂 hydrogen-induced cracking

為氫原子擴(kuò)散進(jìn)鋼鐵中并在陷阱處結(jié)合成氫分子（氫氣）時所引起的在碳鋼和低合金鋼中的平面裂紋。

2.1.4 酸性環(huán)境 sour service

含有硫化氫并能夠引起金屬材料發(fā)生硫化物應(yīng)力開裂、應(yīng)力腐蝕開裂、氫致開裂等開裂形式的 油氣田環(huán)境。

2.2 縮略語

2.2.1 AYS——實際屈服強(qiáng)度

2.2.2 HBW——布氏硬度

2.2.3 HIC——氫致開裂

2.2.4 HRB——B 標(biāo)尺洛氏硬度

2.2.5 HRC——C 標(biāo)尺洛氏硬度

2.2.6 HV——維氏硬度

2.2.7 SSC——硫化物應(yīng)力開裂

2.2.8 SCC——應(yīng)力腐蝕開裂

2.2.9 SMYS——規(guī)定最小屈服強(qiáng)度

2.2.10 SSRT——慢應(yīng)變速率試驗

3 一般規(guī)定

3.0.1 用于酸性環(huán)境的管道及設(shè)備的設(shè)計、制造和施工應(yīng)選擇抗 SSC 和（或）抗 SCC 的碳鋼、低合金鋼和耐蝕合金，采用抗 SSC 和（或）抗 SCC 的焊接工藝和焊材，并應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 1 部分：選擇抗裂紋材料的一般原則》GB/T

20972.1、《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 2 部分：抗開裂碳鋼、低合金鋼和鑄鐵》GB/T 20972.2 和《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 3 部分：抗開裂耐蝕合金和其他合金》GB/T 20972.3 的規(guī)定。

3.0.2 碳鋼或低合金鋼發(fā)生SSC的酸性環(huán)境的嚴(yán)重程度應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行劃分：

1 碳鋼或低合金鋼發(fā)生SSC的酸性環(huán)境的嚴(yán)重程度應(yīng)采用圖3.0.2根據(jù)硫化氫分壓（

PH S ）和溶液的原位pH值進(jìn)行評價。PH S <0.0003MPa的環(huán)境為0區(qū)， PH S ≥0.0003MPa的環(huán)境分

2 2 2

為SSC 1區(qū)、SSC 2區(qū)和SSC 3區(qū)。

圖 3.0.2 碳鋼和低合金鋼 SSC 的環(huán)境嚴(yán)重程度的區(qū)域
0 —0 區(qū)；1 —SSC 1 區(qū)；2 —SSC 2 區(qū)；3 —SSC 3 區(qū)
1 酸性環(huán)境的嚴(yán)重程度為： SSC 3 區(qū)> SSC 2 區(qū)>SSC 1 區(qū)> 0 區(qū)。
2 確定含有硫化氫環(huán)境的嚴(yán)重程度時，應(yīng)包括在非正常的工況條件下或停工時暴露于未緩沖的低pH 值凝析水相，或井下增產(chǎn)酸液和（或）反排增產(chǎn)酸液等情況。
3 硫化氫分壓和原位 pH 的確定應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 2 部分：抗開裂碳鋼、低合金鋼和鑄鐵》GB/T 20972.2 的有關(guān)規(guī)定。
3.0.1 在制造過程中應(yīng)對母材和焊縫硬度進(jìn)行控制和檢測。管材、板材、棒材、鑄件、鍛件等母材的硬度宜選用 HRC 作為驗收指標(biāo)，測定應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料 洛氏硬度試驗 第 1 部分： 試驗方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T 標(biāo)尺）》GB/T 230.1 的有關(guān)規(guī)定，也可采用 HBW、HV 5kg 或 10kg 或其他硬度試驗方法，測定時應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料 布氏硬度試驗 第 1 部分：試驗方法》GB/T 231.1、《金屬材料 維氏硬度試驗 第 1 部分：試驗方法》GB/ T 4340.1 的有關(guān)規(guī)定。母材硬度換算應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料 硬度值的換算》GB/T 33362 的規(guī)定。母材

硬度測定還應(yīng)同時符合下列規(guī)定：
1 硬度檢測點應(yīng)位于不同位置。
2 鄰近區(qū)域讀數(shù)的平均值不得大于規(guī)定的允許值。
3 單個硬度讀數(shù)值不得超過規(guī)定允許值的 2HRC。
3.0.2 焊接工藝評定的硬度試驗應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第1部分：選擇抗裂紋材料的一般原則》GB/T 20972.1、《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第2部分：抗開裂碳鋼、低合金鋼和鑄鐵》GB/T 20972.2、《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第3部分：抗開裂耐蝕合金和其他合金》GB/T 20972.3和《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》GB/ T 4340.1中規(guī)定的維氏HV10或HV5執(zhí)行。
3.0.3 現(xiàn)場管道母材和焊縫的硬度檢測應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《控制鋼制管道和設(shè)備焊縫硬度防止硫化物應(yīng)力開裂技術(shù)規(guī)范》GB/T 27866 或《高含硫化氫氣田金屬材料現(xiàn)場硬度檢驗技術(shù)規(guī)范》SY/T 7024 的規(guī)定。
3.0.4 酸性環(huán)境中不應(yīng)使用易切削鋼。
3.0.5 本規(guī)范中未列出的酸性環(huán)境用的碳鋼、低合金鋼、耐蝕合金及其他合金材料應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 1 部分：選擇抗裂紋材料的一般原則》GB/T 20972.1、《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 2 部分：抗開裂碳鋼、低合金鋼和鑄鐵》GB/T 20972.2 和《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 3 部分： 抗開裂耐蝕合金和其他合金》GB/T 20972.3 進(jìn)行評定。
3.0.6 可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬和合金的腐蝕 應(yīng)力腐蝕試驗 第 7 部分：慢應(yīng)變速率試驗》GB/T
15970.7 的 SSRT 進(jìn)行耐蝕合金的篩選評定。
3.0.7 碳鋼和低合金鋼還應(yīng)評估 HIC 的性能；耐蝕合金在評價抗開裂性能基礎(chǔ)上還應(yīng)評價點蝕、晶間腐蝕對材料的影響。

4 碳鋼和低合金鋼
4.1 用于 0 區(qū)和 SSC 1 區(qū)的材料
4.1.1 在 0 區(qū)使用的鋼材可不采用抗SSC 的碳鋼或低合金鋼。
4.1.2 用于酸性環(huán)境 SSC 1 區(qū)的管線鋼性能應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 應(yīng)限制管線鋼的化學(xué)成分，保證良好的可焊性。
2 應(yīng)采用 SMYS 小于等于 550MPa 的管線鋼，且制造和現(xiàn)場焊縫的硬度不應(yīng)大于 300 HV10。
4.1.3 SSC 1區(qū)的材料應(yīng)采用附錄A中推薦的鋼材，也可采用SSC 2區(qū)、SSC 3區(qū)的鋼材。

4.2 用于 SSC 2 區(qū)的材料
4.2.1 用于酸性環(huán)境 SSC 2 區(qū)的管線鋼性能應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 應(yīng)限制管線鋼的化學(xué)成分，保證良好的可焊性。
2 應(yīng)采用SMYS小于等于450MPa的管線鋼，且制造和現(xiàn)場焊縫的硬度不應(yīng)大于280 HV10。
4.2.2 SSC 2 區(qū)的材料應(yīng)采用附錄 A 中推薦的鋼材，也可采用 SSC 3 區(qū)的鋼材。

4.3 用于 SSC 3 區(qū)的材料
4.3.1 宜采用附錄A中SSC 3區(qū)的鋼材。
4.3.2 母材的成分、熱處理和硬度應(yīng)同時符合下列規(guī)定：
1 含鎳量應(yīng)低于 1%。
2 硬度應(yīng)小于等于 22 HRC。
3 碳鋼和低合金鋼的熱處理狀態(tài)應(yīng)符合下列中的一種：
1） 熱軋（僅對低碳鋼）
2） 退火
3） 正火
4） 正火加回火
5） 正火， 奧氏體化， 淬火加回火
6） 奧氏體化， 淬火加回火
4.3.3 碳鋼和低合金鋼經(jīng)冷軋、冷鍛或其他制造工藝進(jìn)行任何冷變形后，表面纖維性永久變形量大于5%時應(yīng)作應(yīng)力消除熱處理。應(yīng)力消除熱處理的溫度不應(yīng)低于595℃，熱處理后的硬度應(yīng)小于等于
22HRC。
4.3.4 焊接應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 用于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《氣田集輸設(shè)計規(guī)范》GB 50349 中規(guī)定的一級、二級地區(qū)的碳鋼集輸管道，SMYS 小于 290MPa 且列于附錄 A 中的非熱軋態(tài)金屬材料，可接受焊縫的焊接狀態(tài)；SMYS 大于等于 290MPa 的碳鋼、低合金鋼焊縫應(yīng)在不低于 620℃的溫度進(jìn)行焊后熱處理。
2 碳鋼、低合金鋼母材和填充金屬的化學(xué)成分和焊接參數(shù)應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《控制鋼制管道和設(shè)備焊縫硬度防止硫化物應(yīng)力開裂技術(shù)規(guī)范》GB/T 27866 的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。焊縫、熱影響區(qū)和母材金屬的硬度應(yīng)小于等于 250HV10。
3 焊縫和焊接接頭硬度的測定應(yīng)按 3.0.4 的規(guī)定執(zhí)行。
4 當(dāng)采用可能導(dǎo)致熔敷金屬中鎳含量大于 1%的工藝和焊材時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 2 部分：抗開裂碳鋼、低合金鋼和鑄鐵》GB/T
20972.2 進(jìn)行 SSC 評定試驗合格之后方可采用。

4.3.5 表面處理、覆層、襯里等應(yīng)符合下列規(guī)定：

1 滲氮、金屬涂層（電鍍和化學(xué)鍍）、轉(zhuǎn)化型涂層、塑料覆層和襯里不應(yīng)用于防止 SSC。

2 碳鋼和低合金鋼的覆層采用焊接、銀釬焊或噴涂金屬等熱加工且基體金屬的熱處理狀態(tài)不發(fā)生改變時可用于酸性環(huán)境?；w金屬升溫超過下臨界溫度，應(yīng)通過熱處理使基體金屬硬度小于等于

22HRC，基體金屬的最終熱處理狀態(tài)應(yīng)符合 4.3.2 的規(guī)定。

3 采用滲氮表面處理，溫度應(yīng)低于基體金屬的下臨界溫度，最大深度宜為 0.15mm。

4 采用鍍層、覆蓋層、涂層的基體金屬仍應(yīng)符合本規(guī)范抗開裂性能的規(guī)定。

4.3.6 螺紋應(yīng)符合下列規(guī)定：

1 螺紋可使用機(jī)械切削進(jìn)行加工。

2 冷成型（滾壓）的螺紋應(yīng)滿足本章有關(guān)原材料的熱處理及硬度要求。

4.3.7 字模壓印標(biāo)志應(yīng)符合下列規(guī)定：

1 可采用字模壓印如點、波紋線、圓滑的U 形等低應(yīng)力標(biāo)志。

2 部件的低應(yīng)力區(qū)（如法蘭外緣上）可采用字模壓印尖銳的標(biāo)志，如 V 形。高應(yīng)力區(qū)不宜用字模壓印尖銳的標(biāo)志，使用尖銳標(biāo)志的字模壓印后應(yīng)在不低于 595℃的溫度進(jìn)行應(yīng)力消除。

5 耐蝕合金及其他合金
5.0.1 用于酸性環(huán)境的耐蝕合金及其他合金的產(chǎn)品、部件及焊接等制造工藝應(yīng)符合本規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。奧氏體不銹鋼、高合金奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、固溶鎳基合金、沉淀硬化鎳基合金、鈷基合金、鈦合金、銅基和鋁基合金等材料和使用環(huán)境限制應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含硫化氫環(huán)境的材料 第 3 部分：抗開裂耐蝕合金和其他合金》GB/T 20972.3 的有關(guān)規(guī)定。
5.0.2 奧氏體不銹鋼 3Cr17Ni7Mo2SiN（318）棒材經(jīng)固溶熱處理后，硬度應(yīng)小于等于 24HRC。
5.0.3 馬氏體不銹鋼 12Cr13 鑄件或鍛件應(yīng)采用下列熱處理工藝，硬度應(yīng)小于等于 22HRC：
1 奧氏體化加淬火或空冷。
2 在不低于 620℃的溫度下回火，隨后冷卻到環(huán)境溫度。
3 在不低于 620℃的溫度下回火，但要比第一次回火溫度低，隨后冷卻到環(huán)境溫度。
5.0.4 馬氏體不銹鋼焊件應(yīng)在不低于 620℃的溫度進(jìn)行焊后熱處理。
5.0.5 沉淀硬化鎳基合金 0Cr15Ni40MoCuTiAlB（3YC7）帶材經(jīng)固溶處理加冷加工加時效處理后硬度應(yīng)小于等于 45HRC；3YC7 棒材經(jīng)固溶處理加時效處理后硬度應(yīng)小于等于 40HRC。3YC7 的化學(xué)成分、力學(xué)性能及熱處理制度應(yīng)符合附錄 B 和現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《儀表用耐腐蝕彈性合金 第 1 部分：耐硫化物腐蝕 0Cr15Ni40MoCuTiAlB 彈性合金帶材》JB/T 5329.1 的規(guī)定。
5.0.6 鈦合金 TC4 鍛態(tài)棒材應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鈦及鈦合金棒材》GB/T 2965 的規(guī)定，經(jīng) 750℃～
800℃退火或經(jīng)固溶處理（850℃～900℃，水淬）加時效處理（450℃～550℃，空冷），硬度應(yīng)小于等于 35HRC。
5.0.7 焊接熱影響區(qū)的硬度不應(yīng)超過母材允許的最大硬度，并且焊縫金屬的硬度應(yīng)小于等于用作焊接材料的相應(yīng)合金的最大硬度。
5.0.8 螺紋應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 螺紋可使用機(jī)械切削進(jìn)行加工。
2 滿足本規(guī)范的耐蝕合金可采用冷成形（滾壓）進(jìn)行螺紋加工。
5.0.9 字模壓印標(biāo)志應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 可采用字模壓印如點、波紋線、圓滑的U 形等低應(yīng)力標(biāo)志。
2 部件的低應(yīng)力區(qū)（如法蘭外緣上）可采用字模壓印尖銳的標(biāo)志，如 V 形。高應(yīng)力區(qū)不應(yīng)使用字模壓印尖銳的標(biāo)志。

6 雙金屬復(fù)合管和復(fù)合板材料

涉及測試：SSC硫化氫應(yīng)力腐蝕試驗

                 氫致開裂試驗（HIC試驗）