附录B

(规范性附录)

用于H₂S 环境的耐蚀合金 (CRAs)  的实验室试验评定

B.1 总则

本附录规定了用于H₂S 环境的CRAs 的实验室试验评定的最 低要求。给出了评定抗下 列开裂机理的要求。

—在环境温度下的SSC;

— 无元素硫 (S)   的条件下，在最高使用温度下的SCC;

一当与碳钢或低合金钢电耦合时，CRAs 的 HSC,  即 GHSC。

与上述有关的补充要求

a) 当 SSC 和 SCC 之间的差别不清楚时，在中间温度下的试验；

b) 在有S° 情况下的SCC 试验。

表 B.1给出了CRAs 因腐蚀引起潜在的开裂的指南。该合金类别和附录A 中用的合金

类别是一样的。

该附录的试验要求没有提到依序连续暴露在不同环境中可能出现的后果。例如，不评价 在较高温度下吸氢后又冷却的后果。

B.2 实验室评定的应用

B.2.1 总 则

图 B.1 给出了应用实验室评定的框图。

"ISO 15156-3论述的是CRAs 和其它合金的SSC,SCC  和 GHSC,ISO   15156-2论述的是碳钢和低合金钢的 SSC,HIC,SOHIC    和 SZC。

b附 录A 论述的是CRAs 和其它合金的SSC,SCC  和 GHSC 。ISO  15156-2:2015,附 录A 论述的是碳钢和低 合金钢的SSC。

“关于文件保管的详细信息见“引言”的最 后一段。

注：程序框图省略了ISO 15156-1中所述的用现场经验来评定的过程。

图B.1  选用合金和实验室评定方案的选择

B.2.2 制成品的评定

ISO 15156-3的使用者应根据ISO 15156-1和 ISO 15156-3的附录B 确定材料的评定要 求。

本要求应包括下列内容的应用：

a)—般 要 求 ( 见ISO  15156-1:2015,第 5 条 ) ;

b) 使用环境的评估和确定(见ISO 15156-1:2015,第 6 条 ) ;

c) 材料的使用说明和证明文件(见ISO 15156-1:2015,8.1);

d)  以实验室试验为根据的评定要求(见ISO    15156-1:2015,8.3);

e) 评定方法的报告(见ISO  15156-1:2015,第 9 条 ) 。

在确定适当的试验批和取样要求时，应考虑产品特征，制造方法，制造规范要求的实验 和要求的评定项目(见表B.1)。

用于评定各种开裂机理试验的试样应按照附录B 的规定。用于试验的样品，每一试验 批至少有三个。只要所有的样品都满足试验验收准则，那么该试验批就应是合格的。

在下列情况下，重复试验是允许的：如果一个样品未能满足验收准则，应调查原因。如 果原材料符合制造规范，可另外取两个样品在试验。样品应从与已失败样品相同的原材料中 取得。如果两者都满足验收准则，应认为该试验批是合格的。更多的重复试验应经过购买方 的同意。

制成品的试验可以在制成之后和暴露于H₂S 环境之前的任何时间进行。

在成品安置于H₂S 环境之前，设备使用者应检查合格证书并且要核实该合格证书满足 规定的评定要求。由设备使用者核实过的合格的成品才可安置于H₂S 环境。

B.2.3 规定的生产流程的评定

一种规定的生产流程可以通过合格材料的生产来评定。

采用合格的生产流程可以避免遗弃抗H₂S 开裂试验的程序。

材料供应商可向材料购买方推荐用以生产材料的合格生产流程。如果材料供应商和材料 购买方同意，可采用合格的生产流程。

合格的生产流程可以用来为更多的材料使用者生产合格的材料。

为了评定一种生产流程，材料供应商应证明规定的生产流程能够始终如一地生产满足附 录B 的适用评定试验要求的材料。

生产流程的所有评定要求如下：

a) 在书面质量计划中规定的生产流程要标出制造的设置，所有的制造工序和为保持合 格性要求的制造控制措施。

b) 按规定生产流程生产的产品的初次试验要按照B.2.2 规定进行，并核实它们是否达 到验收准则。

c) 定期试验是为了确认产品依旧具有要求的抗H₂S 环境开裂性能。在质量计划中还应 规定“定期性”试验的频次。并且应经购买方的认可。购买方应可得到这些试验的记录。

d) 保留和整理这些试验报告，并将它们提供给材料购买方和/或设备使用者。

材料购买方可以和制造商共同商定附加的质量控制要求。

质量计划的准确性可由有关的团体通过现场调查确定。

生产流程的变更，若超出它的书面质量计划的范围，就按照上述的a),b),c)       和 d) 要求对新流程进行评定。

B.2.4 以实验室试验为根据对附录A 提出补充和变更。

可以对附录A 提出变更(见引言)。提出的变更应备有符合ISO  15156-1要求的证明文 件。并且还应符合下列的补充要求。

用于实验室试验评定的CRAs 和其它合金的代表性的样品应按照ISO  15156-1选择。

应采用至少能代表三个独立的处理炉的材料，按照B.3 进行抗开裂试验。可参照表B.1 中适当的材料类型来制定试验要求。

应对列在表B.1 中的主要开裂机理进行试验。

还应对列在表B.1 中的次要开裂机理进行试验，否则在试验报告中应包括该机理试验被 省略的正当理由。

对不包括在表B.1 的其它合金，应证明所选用的评定试验是正确的并有证明文件。

应提供足够的数据以便让ISO/TC67  的成员评定材料，并按照ISO/IEC  指令的第1部 分判定该材料是否可通过修改或修订纳入ISO  15156-3。

B.3 试验的一般要求

B.3.1 试验方法的使用说明

试验要求是以NACE  TM0177和 EFC 出版物17为基础。试验程序的细节可参照这些文 件。当需要变动这些程序时，供应商，购买方和设备使用者可共同商定。这些变动应用文件 记录。

B.3.2 材料

应按照ISO    15156-1:2015,8.3.2中建立的要求选择试验材料。

而且还应考虑以下事项：

a) 要求进行哪一种开裂机理的试验(见表B.1);

b) 对可能在使用中时效的合金试样进行适当的时效，特别是在使用中可能发生时效(井 下时效)的井下材料的HSC 试验。

c) 合金的性能有方向性，因为冷加工，合金的屈服强度可能是各向异性，某些合金和 成品的开裂敏感性会随着外加的拉应力的方向及随后引起的开裂面的方位而改变。

B.3.3 试验方法和试样

主要的试验方法采用恒定载荷，持续载荷(试验环)或恒定的总应变(恒定位移)加载 的光滑试样。

可以用上述加载方式进行单一轴向的拉伸 (UT)  试验，四点弯曲 (FPB)  试验和C 环 (CR)  试验。

通常，采用UT 试样的恒载荷试验是试验均质材料的首 选方法。

所挑选的试样应适宜被试验产品的形状和要求的外加应力的方向。从每个被试验的部件 上至少应取3个试样。

UT 试样可按照EFC 出版物17,图8.1从焊接接头上取样。打算对焊接纵断面进行试验 时，可以从焊接接头上截取其它类型的试样。

当采用双(背对背)FPB 试样时(按照EFC 出版物17,图8.2a,  或类似的),如果相 对的试样开裂，那么未开裂试样就应作为无效。

适当时可采用替代的试验方法或试样。这些试验的根据和应用应有证明文件，且取得设 备使用者的同意。

可考虑的试验方法实例如下：

—开裂机理的试验，例如双悬臂梁 (DCB)  试验，如果开裂不受分支的影响且保持在 要求的平面上，就可采用。这一要求限制了在SSC 和 HSC 试验中采取DCB 试验。

—涉及慢应变速率应用的试验，如，按照NACE TM0198的 SSRT,  按 照ISO 7539-7 的间歇SSRT 或按照如NACE 腐蚀/97论文58发表的方法进行RSRT。

适用时，试验可采用全尺寸或模拟部件的试验。

B.3.4 对光滑试样外加的试验应力/载荷

用以导出试验应力的CRAs 的屈服强度，应是按照适用制造规范规定的试验温度下测定 的。在制造规范中没有对屈服强度作合适规定的情况下，屈服强度应是在试验温度成比例的 延伸率为0.2%时的试验应力 (Rpo.2, 如 ISO 6892-1中的规定)。

当选择试样和确定试验应力时，应考虑性能的方向性。

对于焊接试样，通常应用母体金属的屈服强度来确定试验应力。对不同材料的接头，通 常应采用较低的母体金属的屈服强度。当设计应力是基于焊缝区的屈服强度，而该屈服强度 又低于任一对接母体金属的屈服强度时，应采用焊缝区的屈服强度来确定试验应力。

对于恒载荷试验和持续载荷(试验环)试验，试样应承受试验温度下试验材料90%AYS 的载荷。

对于恒定总应变(挠度)试验，试样应承受试验温度下试验材料100%AYS 的载荷。 注：恒定总应变(挠度)试验可能不适合在负载下可能由蠕变而松弛的材料。

评定特定应用的材料时，可采用较低的外加应力。这些试验的应用和根据成经购买方的 同意并应有证明文件。

B.3.5 SSC/SCC试验环境

B.3.5.1 总则

应控制和记录下列环境试验的变量：

—PH2S;

一 PcO2;

— 温 度 ；

— 试验溶液pH,  酸化方法和pH 控制(应记录下所有pH 测量结果);

—试验溶液的组成或分析；

— 添加元素硫 (S°);

—不同金属的电耦合(应记录面积比和耦合合金类型)。

在所有情形下，PH₂S, 氯化物和S⁰ 浓度至少应与预期使用条件一样苛刻。试验期间所达 到的最大pH 应不超过预期使用的pH。

为了完成对特定使用的评定，采用不止一种试验环境可能是必需的。

当预期的应用不够明确时，可采用下的试验环境，或模拟预期使用环境，或模拟一种指 定的环境。

如果无法预知特定的应用，那么只能使用借助于CRAs 或其它合金提供抗开裂环境限制 的信息，配制指定的试验环境。

表E.1 可用来确定SSC 和 GHSC 标准试验的试验环境，(分别定为等级Ⅱ和等级Ⅲ)。 对于类型1环境(B.3.5.2),   表 E.1 还提供了可被看做是若干个指定条件(温度， Pco₂,PH2S 和氯化物浓度)的组合；这些组合被定为等级IV,V,VI    和VII。

当采用指定的试验环境时，应满足该附录的所有其它要求。

注1:该指定条件的组合并不打算限制该标准的使用者选用其它试验环境进行试验的自由。

设备使用者宜意识到使用环境中氧的污染能影响合金的抗开裂性能。当选择试验环境 时，宜考虑这点。

注2:参考文献[15]给出了高压釜加液进气的相关信息。

B.3.5.2 在实际的H₂S 和 CO₂ 分压下模拟使用环境(类型1环境)

在该试验环境中，可通过控制油田环境中决定pH 的参数来重现使用环境(原位)pH。 应按照下列要求制定试验环境。

a) 试验限制：压力应为环境压力或高于环境压力。

b) 试验溶液：人工合成采出水，即模拟预期使用环境的氯化物和碳酸氢盐的浓度，所 含的其它离子可随意。

c)  试验气体：H₂S 和 CO₂ 的分压与预期使用环境相同。

d)pH  测量：通过重现预期使用环境来决定pH 。应在环境温度和压力下，在充入试验 气体或纯CO₂ 后，在试验前和试验后立即测定溶液的pH 。这是为了鉴别影响试验pH 的 溶 液的变化。在环境温度和压力下检测到的pH 的任何变化将显示出试验温度和压力的变化。

B.3.5.3 在环境压力下用自然缓冲剂模拟使用环境(类型2环境)

在该试验环境中，通过调节试验溶液的缓冲能力来重现使用环境(原位)pH, 采 用 自 然缓冲是为了在试验过程中对酸性气体压力降低给与补偿。按照下列要求制定试验环境。

a)  试验限制：压力应为环境压力，最高温度应为60℃,pH 应为4.5或更高

b)  试验溶液：对蒸馏水或去离子水添加碳酸氢钠 (NaHCO₃)   以达到所要求的pH 。并 应按预期使用环境的浓度添加氯化物。如果需要，应设置液体回流以防止溶液中水的损耗。

c)  试验气体：预期使用环境分压的H₂S 和用作平衡的试验气体CO₂ 。试验气体应连续

鼓泡通过试验溶液。

d)pH  控制：在试验开始和试验结束时都应测量溶液的pH 。试验期间应定期测量溶液 的 pH 。如果需要，可通过添加HC1 或 NaOH 来调节pH 。试 验pH 的变化应不超过±0.2pH  单位。

B.3.5.4 在环境压力下用乙酸缓冲剂模拟使用环境(类型3a 和 3b 环境)

在该试验环境中，通过调节试验溶液的缓冲能力来重现使用环境(原位)pH, 采 用 人 工缓冲剂且添加HC1 是为了在试验过程中对酸性气体压力降低的补偿。应按照下列要求制 定试验环境。

a) 试验限制：压力应为环境压力，温度应为(24±3)℃。

b) 试验溶液：试验溶液应采用下列中的一种：

1)对于一般应用，可采用含4g/L 乙酸钠和与预期使用环境的氯化物浓度相同的蒸馏 水或去离子水(环境3a);

2)对于在环境3a 溶液中有腐蚀倾向的超级马氏体不锈钢，可采用含0.4g/L 乙酸钠 和与预期环境的氯化物浓度相同的去离子水(环境3b)。

对这两种溶液都应添加HCI 以达到要求的pH。

c) 试验气体：预期使用环境分压的H₂S 和用作平衡的试验气体CO₂ 。试验气体应连续 鼓泡通过试验溶液。

d)pH  控制：在试验开始和试验结束时应测量溶液的pH 。试验期间应定期测量溶液的 pH 。如果需要可通过添加HCI 或 NaOH 来调节pH 。试验pH 的变化应不超过±0.2pH 单位。

B.3.6 试验周期

恒定载荷，持续载荷和恒定总应变试验的最短周期应为720h。试验期间不应中断试验。

B.3.7 验收准则和试验报告

暴露在恒定载荷，持续载荷和恒定总应变试验中的试样应按照NACE TM0177 试验方法 A 和 C 进行评定。不开裂为合格。

暴露在破裂机理和慢变速率试验中的试样应按照试验方法的要求进行评定。断裂韧性值 应只对大体上无分叉的开裂有效。断裂韧性试验的验收准则应由设备使用者规定。

在所有情形下，应报告导致金属损失的任何腐蚀迹象，包括点蚀或缝隙腐蚀。

注：在试样受力区之外发生的点蚀或缝隙腐蚀可能会抑制试样的SCC。

应完成和保留符合ISO  15156-1:2015,第9条要求的书面试验报告。

B.3.8 试验的有效性

对用于环境条件不如试验环境苛刻的材料，满意的试验结果可证明该材料是合格的。对 特殊应用，试验的有效性应由使用者确定。在任何给出的温度下，都可用下列的方法降低环 境的苛刻性：

— 较 低 的PH₂S;

—较低的氯化物浓度；

— 较 高 的pH;

— 没有硫元素 (S)。

B.4 SSC试验

试验应按照B.3 中给出的试验一般要求进行。

按 照NACE  TM0177 和/或EFC 出版物17的规定，试验通常应在(24±3)℃[(75±5)

F] 下进行。

如果使用环境的温度高于24℃(75F),    那么试验温度可取最 低的使用环境温度。在

试验报告中应证明采用高于24℃的试验温度是合理的。

B.5 无 S 的SCC 试验

试验应按照B.3 的一般要求进行。

SCC 试验步骤是以NACE  TM0177和/或EFC 出版物17为基础，并满足下列附加的要 求、选择和说明。

a) 试验温度应不低于预期使用环境的最高温度。这可能需要使用可增压的试验槽。

b) 在确定气相分压时，应该考虑水的蒸汽压。

c)  控 制pH 不采用乙酸和乙酸盐。应按B.3.5.2 规定控制溶液的pH。

d)  当试样一开始暴露在试验环境中，就应对施加的载荷和环境条件进行控制，以便一

达到试验温度，所有的试验条件都是被设置的状态。

e) 对恒定总应变试验，施加的应力应通过测量来确定。

注：用许多CRA材料规范核实挠度的计算是一个有效的作法。

f) 对于恒定总应变试验，为在试样暴露于试验环境之前获得一个稳定的应力，应给出 采用的加载步骤。

B.6 中间温度的SSC/SCC 试 验

中间温度的试验，即在(24±3)℃[(75±5)F] 和预期的使用环境的最高温度之间，应 满足设备使用者的要求。试验应在规定的温度下，按照上述SCC 试验的要求进行。

对通过修正而被纳入A.7 的双相不锈钢的评定试验，应在(24±3)℃[(75±5)F], (90±3)℃[(194±5)F]      和该合金预期使用环境的最高温度下进行。

B.7 有 S° 情况下的SCC 试 验

试验应按照上述的SCC 试验要求进行，对于S⁰ 添加的控制，应执行发表在NACE

CORROSION/95第47篇论文中的添加程序。EFC 出版物17附录S1 中描述将这个程序整合 入CRA 试验方法。

B.8 与碳钢耦合的GHSC 试验

GHSC 试验应按照上述对SSC 试验规定的要求进行，并满足下列附加的要求、选择和 说明。

a)CRA 试样应与完全浸入试验溶液的非合金钢(即碳钢)形成电偶。按照NACE TM0177 的要求，非合金钢面积与浸湿CRA 试样面积的面积比应在0.5和1之间。加载夹具与试样 和耦合碳钢之间应电绝缘。对于特定应用的评定，CRA 可与在使用中将与之耦合的，低合 金材料试样耦合。

b) 试验环境应为NACE TM0177的 A 溶液，其H₂S 分压为100kPa, 温度为(24士

3)℃[(75±5)F] 。   对于特定应用的评定，可采用B.3.5 中所述的SSC 试验环境。