ISO 15156-3:2020
(Main)Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production — Part 3: Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys
Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production — Part 3: Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys
This document gives requirements and recommendations for the selection and qualification of CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys for service in equipment used in oil and natural gas production and natural gas treatment plants in H2S-containing environments whose failure can pose a risk to the health and safety of the public and personnel or to the environment. It can be applied to help avoid costly corrosion damage to the equipment itself. It supplements, but does not replace, the materials requirements of the appropriate design codes, standards, or regulations. This document addresses the resistance of these materials to damage that can be caused by sulfide stress cracking (SSC), stress corrosion cracking (SCC), and galvanically induced hydrogen stress cracking (GHSC). This document is concerned only with cracking. Loss of material by general (mass loss) or localized corrosion is not addressed. Table 1 provides a non-exhaustive list of equipment to which this document is applicable, including exclusions. This document applies to the qualification and selection of materials for equipment designed and constructed using load controlled design methods. For design utilizing strain-based design methods, see ISO 15156‑1:2020, Clause 5. This document is not necessarily suitable for application to equipment used in refining or downstream processes and equipment.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S) dans la production de pétrole et de gaz — Partie 3: ARC (alliages résistants à la corrosion) et autres alliages résistant à la fissuration
Le présent document spécifie des exigences et donne des recommandations concernant la sélection et la qualification des alliages ARC (alliages résistants à la corrosion) et d'autres alliages dans des équipements utilisés pour la production de pétrole et de gaz naturel et dans des installations de traitement de gaz naturel en milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S), où toute défaillance peut présenter un risque pour la santé et la sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Il peut être appliqué pour aider à prévenir les dommages coûteux occasionnés par la corrosion aux équipements. Il complète, sans toutefois s'y substituer, les exigences concernant les matériaux dans les codes de construction, normes ou autres réglementations appropriés. Le présent document traite de la résistance de ces matériaux aux dommages pouvant être causés par la fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC, sulfide stress-cracking), la corrosion fissurante sous contrainte (SCC, stress-corrosion cracking) et la fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite par couplage galvanique (GHSC, galvanically-induced hydrogen stress cracking). Le présent document ne porte que sur la fissuration. Toute perte de matériau par corrosion générale (perte de masse) ou localisée n'est pas étudiée. Le Tableau 1 donne une liste non exhaustive d'équipements relevant du domaine d'application du présent document et comprenant une liste d'équipements pouvant en être exclus. Le présent document s'applique à la qualification et au choix des matériaux pour les équipements conçus et construits sur la base des méthodes de calcul sous charge contrôlée. Pour les conceptions effectuées sur la base de méthodes de calcul basées sur le niveau de déformation acceptable, voir l'ISO 15156‑1:2020, Article 5. Le présent document ne convient pas nécessairement à des équipements utilisés dans des processus et des équipements de raffinage ou en aval.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15156-3
Fourth edition
2020-11
Petroleum and natural gas
industries — Materials for use in H S-
containing environments in oil and
gas production —
Part 3:
Cracking-resistant CRAs (corrosion-
resistant alloys) and other alloys
Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation
dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H S) dans
la production de pétrole et de gaz —
Partie 3: ARC (alliages résistants à la corrosion) et autres alliages
résistants à la fissuration
Reference number
©
ISO 2020
© ISO 2020
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 3
4 Symbols and abbreviated terms . 5
5 Factors affecting the cracking-resistance of CRAs and other alloys in H S-containing
environments . 6
6 Qualification and selection of CRAs and other alloys with respect to SSC, SCC, and
GHSC in H S-containing environments . 6
6.1 General . 6
6.2 Evaluation of materials properties . 7
6.2.1 Hardness of parent metals . 7
6.2.2 Cracking-resistance properties of welds. 7
6.2.3 Cracking-resistance properties associated with other fabrication methods . 8
6.3 PREN . 9
7 Purchasing information and marking . 9
7.1 Information that should be supplied for material purchasing . 9
7.2 Marking, labelling, and documentation .10
Annex A (normative) Environmental cracking-resistant CRAs and other alloys (including
Table A.1 — Guidance on the use of the materials selection tables) .11
Annex B (normative) Qualification of CRAs for H S-service by laboratory testing .57
Annex C (informative) Information that should be supplied for material purchasing .67
Annex D (informative) Nominated sets of test conditions .69
Bibliography .70
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore
structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, in collaboration with the European
Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 12, Materials, equipment and
offshore structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, in accordance with the
Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 15156-3:2015), which has been
technically revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— Table A.27 UNS S17400 (17-4PH SS) has new limits. The use of the alloy at the annotated environmental
conditions is now limited to applications where sustained stress is no more than 50 % of SMYS;
— Table A.32 new limits and annotations for UNS N09946 separate from UNS N09945;
— Table A.41 inclusion of UNS R55400 (new a-b Ti alloy);
— Table A.3 UNS S20910 (Nitronic 50) note modifications;
— Tables A.22, A.23, A.26 through A.30, and A.33 temperature conversion corrections;
— Table A.23 new note for maximum design tensile stress for UNS J91540;
— Table A.32 newly added UNS N07718 (high strength Alloy 718, with two-step aging cycle, meeting
API 6A CRA composition and a maximum hardness of 45 HRC) and UNS N09955 requirements and
note letters designation changes on UNS N09925, N09935, N09945 and N09946;
— Table A.40 title modification and note clarification;
— Clause A.13 Cladding, overlays, and wear-resistant alloys modifications;
— Table A.18 and Table A.19 (Martensitic SS) remarks modifications;
— Table A.24 Duplex SS Hot Isostatically Pressed (HIP) inclusion and remarks modification;
iv © ISO 2020 – All rights reserved
— the informative Annex D, "Materials chemical compositions and other information", has been
removed due to copyright reasons;
— additions to the bibliography.
A list of all parts in the ISO 15156 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
Introduction
The consequences of sudden failures of metallic oil and gas field components associated with their
exposure to H S-containing production fluids led to the preparation of the first edition of NACE MR0175
which was published in 1975 by the National Association of Corrosion Engineers, now known as NACE
International.
The original and subsequent editions of NACE MR0175 established limits of H S partial pressure above
which precautions against sulfide stress cracking (SSC) were always considered necessary. They
also provided guidance for the selection and specification of SSC-resistant materials when the H S
thresholds were exceeded. In more recent editions, NACE MR0175 has also provided application limits
for some corrosion-resistant alloys in terms of environmental composition and pH, temperature, and
H S partial pressures.
In separate developments, the European Federation of Corrosion issued EFC Publication 16 in 1995 and
EFC Publication 17 in 1996. These documents are generally complementary to those of NACE, though
they differed in scope and detail.
In 2003, the publication of the ISO 15156 series and NACE MR0175/ISO 15156 was completed for the
first time. These technically identical documents utilized the above sources to provide requirements
and recommendations for materials qualification and selection for application in environments
containing wet H S in oil and gas production systems. They are complemented by NACE TM0177 and
NACE TM0284 test methods.
The revision of this document, i.e. ISO 15156, involves a consolidation of all changes agreed and published
in the Technical Circular 1, ISO 15156-3:2015/Cir.1:2016, the Technical Circular 2, ISO 15156-3:2015/
Cir.2:2018 and the Technical Circular 3, ISO 15156-3:2015/Cir.3:2019, published by the ISO 15156 series
Maintenance Agency secretariat at DIN.
The changes were developed by, and approved by the ballot of, representative groups from within
the oil and gas production industry. The great majority of these changes stem from issues raised by
document users. A description of the process by which these changes were approved can be found at
the ISO 15156 series maintenance website: www .iso .org/ iso15156maintenance.
When found necessary by oil and gas production industry experts, future interim changes to this
document will be processed in the same way and will lead to interim updates to this document in
the form of Technical Corrigenda or Technical Circulars. Document users should be aware that such
documents can exist and can impact the validity of the dated references in this document.
The ISO 15156 series Maintenance Agency at DIN was set up after approval by the ISO Technical
Management Board given in document 34/2007. This document describes the makeup of the agency,
which includes experts from NACE, EFC, and ISO/TC 67, and the process for approval of amendments.
It is available from the ISO 15156 series maintenance website and from the ISO/TC 67 Secretariat. The
website also provides access to related documents that provide more detail of the ISO 15156 series
maintenance activities.
vi © ISO 2020 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15156-3:2020(E)
Petroleum and natural gas industries — Materials
for use in H S-containing environments in oil and gas
production —
Part 3:
Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and
other alloys
WARNING — CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys selected using this document
are resistant to cracking in defined HS-containing environments in oil and gas production,
but not necessarily immune to cracking under all service conditions. It is the equipment user's
responsibility to select the CRAs and other alloys suitable for the intended service.
1 Scope
This document gives requirements and recommendations for the selection and qualification of CRAs
(corrosion-resistant alloys) and other alloys for service in equipment used in oil and natural gas
production and natural gas treatment plants in H S-containing environments whose failure can pose
a risk to the health and safety of the public and personnel or to the environment. It can be applied to
help avoid costly corrosion damage to the equipment itself. It supplements, but does not replace, the
materials requirements of the appropriate design codes, standards, or regulations.
This document addresses the resistance of these materials to damage that can be caused by sulfide
stress cracking (SSC), stress corrosion cracking (SCC), and galvanically induced hydrogen stress
cracking (GHSC).
This document is concerned only with cracking. Loss of material by general (mass loss) or localized
corrosion is not addressed.
Table 1 provides a non-exhaustive list of equipment to which this document is applicable, including
exclusions.
This document applies to the qualification and selection of materials for equipment designed and
constructed using load controlled design methods. For design utilizing strain-based design methods,
see ISO 15156-1:2020, Clause 5.
This document is not necessarily suitable for application to equipment used in refining or downstream
processes and equipment.
Table 1 — List of equipment
This document is applicable to materials used for the Exclusions
following equipment
Drilling, well construction, and well-servicing Equipment exposed only to drilling fluids of con-
equipment trolled
a
composition
Drill bits
b
Blowout-preventer (BOP) shear blades
Drilling riser systems
Work strings
c
Wireline and wireline equipment
Surface and intermediate casing
d
Wells including subsurface equipment, gas lift Sucker rod pumps and sucker rods
equipment, wellheads, and christmas trees
Electric submersible pumps
Other artificial lift equipment
Slips
Flow-lines, gathering lines, field facilities, and field Crude oil storage and handling facilities operating
processing plants at
a total absolute pressure below 0,45 MPa (65 psi)
Water-handling equipment Water-handling facilities operating at a total
absolute
pressure below 0,45 MPa (65 psi)
Water injection and water disposal equipment
Natural gas treatment plants —
Transportation pipelines for liquids, gases, and Lines handling gas prepared for general commer-
multi-phase fluids cial
and domestic use
For all equipment above Components loaded only in compression
a
See ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.3 for more information.
b
See ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.1 for more information.
c
Wireline lubricators and lubricator connecting devices are not excluded.
d
For sucker rod pumps and sucker rods, reference can be made to NACE MR0176.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 6507-1, Metallic materials — Vickers hardness test — Part 1: Test method
ISO 6508-1, Metallic materials — Rockwell hardness test — Part 1: Test method
ISO 6892-1, Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature
ISO 10423, Petroleum and natural gas industries — Drilling and production equipment — Wellhead and
christmas tree equipment
ISO 11960, Petroleum and natural gas industries — Steel pipes for use as casing or tubing for wells
2 © ISO 2020 – All rights reserved
ISO 15156-1:2020, Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H S-containing
environments in oil and gas production — Part 1: General principles for selection of cracking-resistant
materials
ISO 15156-2:2020, Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H S-containing
environments in oil and gas production — Part 2: Cracking-resistant carbon and low alloy steels, and the
use of cast irons
1)
ASTM A747/A747M , Standard Specification for Steel Castings, Stainless, Precipitation Hardening
ASTM E29, Standard Practice for Using Significant Digits in Test Data to Determine Conformance with
Specifications
ASTM E562, Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count
2)
EFC Publication 17 , Corrosion resistant alloys for oil and gas production: guidelines on general
requirements and test methods for H S service
NACE CORROSION/95 Paper 47, Test methodology for elemental sulfur-resistant advanced materials for oil
and gas field equipment
NACE TM0177: 2016, Laboratory testing of metals for resistance to sulfide stress cracking and stress
corrosion cracking in H S environments
3)
SAE AMS-2430 , Shot Peening
SAE — ASTM, Metals and alloys in the Unified Numbering System
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 15156-1, ISO 15156-2 and the
following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
ageing
change in metallurgical properties that generally occurs slowly at room temperature (natural ageing)
and more rapidly at higher temperature (artificial ageing)
3.2
anneal
heat to and hold at a temperature appropriate for the specific material and then cool at a suitable rate
for such purposes as reducing hardness, improving machineability, or obtaining desired properties
3.3
austenite
face-centred cubic crystalline phase of iron-based alloys
1) www .astm .org
2) www .efcweb .org
3) www .sae .org
3.4
duplex stainless steel
austenitic/ferritic stainless steel
stainless steel (3.13) whose microstructure at room temperature consists primarily of a mixture of
austenite (3.3) and ferrite (3.5)
3.5
ferrite
body-centred cubic crystalline phase of iron-based alloys
3.6
ferritic stainless steel
stainless steel (3.13) whose microstructure at room temperature consists predominantly of ferrite (3.5)
3.7
galvanically induced hydrogen stress cracking
GHSC
cracking that results due to the presence of hydrogen in a metal induced in the cathode of a galvanic
couple and tensile stress (residual and/or applied)
3.8
martensite
hard, supersaturated solid solution of carbon in iron characterized by an acicular (needle-like)
microstructure
3.9
martensitic steel
steel in which a microstructure of martensite (3.8) can be attained by quenching at a cooling rate fast
enough to avoid the formation of other microstructures
3.10
pitting-resistance equivalent number
PREN
F
PREN
number developed to reflect and predict the pitting resistance of a CRA based upon the proportions of
the elements Cr, Mo, W, and N in the chemical composition of the alloy
Note 1 to entry: See 6.3 for further information.
3.11
production environment
natural occurring produced fluids without contamination from chemicals that will temporarily or
continuously reduce the in situ pH
Note 1 to entry: Flow back of chemicals for stimulation and scale removal may temporarily reduce the pH
significantly and some continuously injected chemicals, such as scale inhibitors, can continuously reduce pH.
3.12
solid solution
single crystalline phase containing two or more elements
3.13
stainless steel
steel containing 10,5 % mass fraction or more chromium, possibly with other elements added to secure
special properties
4 © ISO 2020 – All rights reserved
4 Symbols and abbreviated terms
AYS actual yield strength
bal balance of composition up to 100 %
BOP blowout preventer
CR c-ring
CRA corrosion-resistant alloy
DCB double cantilever beam (test)
FPB four-point bend (test)
GHSC galvanically induced hydrogen stress cracking
HAZ heat-affected zone
HBW Brinell hardness
HIC hydrogen-induced cracking
HIP hot isostatically pressed
HRB Rockwell hardness (scale B)
HRC Rockwell hardness (scale C)
HSC hydrogen stress cracking
HV Vickers hardness
NDS no data submitted
pCO partial pressure of CO
2 2
pH S partial pressure of H S
2 2
PREN pitting-resistance equivalent number
PWHT post-weld heat treatment
RSRT rippled strain rate test
S elemental sulfur
SCC stress-corrosion cracking
SMYS specified minimum yield strength
SOHIC stress-oriented hydrogen-induced cracking
SSC sulfide stress cracking
SSRT slow strain rate test
SZC soft-zone cracking
UNS unified (alloy) numbering system
UT uniaxial tensile (test)
5 Factors affecting the cracking-resistance of CRAs and other alloys in H S-
containing environments
The cracking behaviour of CRAs and other alloys in H S-containing environments can be affected by
complex interactions of parameters including the following:
— chemical composition, strength, heat treatment, microstructure, method of manufacture, and
finished condition of the material;
— H S partial pressure or equivalent dissolved concentration in the water phase;
— acidity (in situ pH) of the water phase;
— chloride or other halide ion concentration;
— presence of oxygen, sulfur, or other oxidants;
— exposure temperature;
— pitting resistance of the material in the service environment;
— galvanic effects;
— total tensile stress (applied plus residual);
— exposure time.
These factors shall be considered when using this document for the selection of materials suitable for
environments containing H S in oil and gas production systems.
6 Qualification and selection of CRAs and other alloys with respect to SSC, SCC,
and GHSC in H S-containing environments
6.1 General
CRAs and other alloys shall be selected for their resistance to SSC, SCC, and/or GHSC as required by the
intended service.
Conformance of a CRA or other alloy with this document implies cracking-resistance within defined
environmental service limits. These limits are dependent on the material type or the individual alloy.
To enable qualification and/or selection of CRAs and other alloys, the equipment purchaser can be
required to provide information on the proposed conditions of exposure to the equipment supplier.
In defining the severity of H S-containing environments, exposures that can occur during system
upsets or shutdowns, etc. shall also be considered. Such exposures can include unbuffered, low pH
condensed water. The limits given in the tables in Annex A are for production environments and do not
cover conditions occurring during injection or flowback of chemicals that can reduce the in situ pH.
CRAs and other alloys shall be selected using Annex A or following qualification by successful
laboratory testing in accordance with Annex B. Qualification based on satisfactory field experience is
also acceptable. Such qualification shall conform with ISO 15156-1.
6 © ISO 2020 – All rights reserved
In Annex A, materials are identified by materials groups. Within each group, alloys are identified by
materials type (within compositional limits) or as individual alloys. Acceptable metallurgical conditions
and environmental limits are given for which alloys are expected to resist cracking. Environmental
limits are given for H S partial pressure, temperature, chloride concentration, and elemental sulfur.
A CRA or other alloy can be qualified by testing for use under operating conditions that are more severe
than the environmental limits given in Annex A. Similarly, a CRA or other alloy can be qualified for use
in different metallurgical conditions (higher strength, alternative heat treatment, etc.) to those given in
Annex A.
The documentation of qualifications performed in accordance with Annex B shall meet the requirements
in ISO 15156-1:2020, Clause 9.
The equipment user shall verify qualifications (see B.2.2) and retain documentation supporting the
materials selections made.
6.2 Evaluation of materials properties
6.2.1 Hardness of parent metals
If hardness measurements on parent metal are specified, sufficient hardness tests shall be made
to establish the actual hardness of the CRA or other alloy being examined. Individual HRC readings
exceeding the value permitted by this document may be considered acceptable if the average of several
readings taken within close proximity does not exceed the value permitted by this document and no
individual reading is greater than 2 HRC above the specified value. Equivalent requirements shall
apply to other methods of hardness measurement when specified in this document or referenced in a
manufacturing specification.
The conversion of hardness readings to or from other scales is material-dependent. The user may
establish the required conversion tables.
NOTE The number and location of hardness tests on parent metal are not specified in ISO 15156 (all parts).
6.2.2 Cracking-resistance properties of welds
6.2.2.1 General
The metallurgical changes that occur when welding CRAs and other alloys can affect their susceptibility
to SSC, SCC, and/or GHSC. Welded joints can have a greater susceptibility to cracking than the parent
material(s) joined.
The equipment user may allow the cracking susceptibility of weldments to govern the limits of safe
service conditions for a fabricated system.
Processes and consumables used in welding should be selected in accordance with good practice and to
achieve the required corrosion and cracking resistances.
Welding shall be carried out in conformance with appropriate codes and standards as agreed between
the supplier and the purchaser. Welding procedure specifications (WPSs) and procedure qualification
records (PQRs) shall be available for inspection by the equipment user.
Welding PQRs shall include documented evidence demonstrating satisfactory cracking resistance
under conditions at least as severe as those of the proposed application. Such evidence shall be based
upon one or more of the following:
— conformance with the requirements and recommendations for the specific materials group of
Annex A (see also 6.2.2.2 and 6.2.2.3);
— weld cracking-resistance qualification testing in accordance with Annex B;
— documented field experience modelled upon that specified for parent materials in ISO 15156-1.
The requirements and recommendations given in Annex A might not be appropriate for all combinations
of parent and weld metals used in the fabrication of equipment and components. The equipment user
may require evidence of successful cracking-resistance testing as part of the welding procedure
qualification to ensure the weldment produced provides adequate resistance to SSC, SCC, and GHSC for
the application.
6.2.2.2 Qualification of welding procedures in accordance with Annex A based upon hardness
6.2.2.2.1 General
The qualification of welding procedures for sour service shall, if specified in Annex A, include hardness
testing in accordance with 6.2.2.2.2, 6.2.2.2.3 and 6.2.2.2.4.
6.2.2.2.2 Hardness testing methods for welding procedure qualification
Unless otherwise approved by the user, hardness testing for welding procedure qualification shall be
carried out using Vickers HV 10 or HV 5 methods in accordance with ISO 6507-1 or the Rockwell 15N
method in accordance with ISO 6508-1.
NOTE For the purposes of this document, ASTM E384 is equivalent to ISO 6507-1 and ASTM E18 is equivalent
to ISO 6508-1.
6.2.2.2.3 Hardness surveys for welding procedure qualification
Hardness surveys for butt welds, fillet welds, repair, and partial penetration welds and overlay welds
shall be carried out as described in ISO 15156-2:2020, 7.3.3.3.
6.2.2.2.4 Hardness acceptance criteria for welds
Weld hardness acceptance criteria for CRAs or other alloys given in Annex A shall apply to alloys
selected using Annex A.
Hardness acceptance criteria can also be established from successful cracking-resistance testing of
welded samples. Testing shall be in accordance with Annex B.
6.2.2.3 Qualification of welding procedures in accordance with Annex A by other means of testing
Where appropriate, requirements and recommendations to ensure adequate cracking-resistance of
welds using other means of testing are provided in the materials groups of Annex A.
6.2.3 Cracking-resistance properties associated with other fabrication methods
For CRAs and other alloys that are subject to metallurgical changes caused by fabrication methods
other than welding, cracking-resistance qualification testing of the material affected by fabrication
shall be specified as part of the qualification of the fabrication process.
Qualification testing shall be specified as part of the qualification of burning and cutting processes if
any HAZ remains in the final product.
The requirements and acceptance criteria of 6.2.2 shall apply to the qualification testing of both
fabrication methods and burning/cutting processes subject to the suitable interpretation of the
hardness survey requirements of 6.2.2.2.3 for the fabrication method or burning/cutting process.
The form and location of the samples used for evaluation and testing shall be acceptable to the
equipment user.
8 © ISO 2020 – All rights reserved
6.3 PREN
For the purpose of determining conformance with the requirements of this document, all F limits
PREN
specified in this document shall be considered absolute limits as defined in ASTM E29. With the absolute
method, an observed value or a calculated value is not to be rounded, but is to be compared directly
with the specified limiting value. Conformance or non-conformance with the specification is based on
this comparison.
The F calculation is based on actual composition, not nominal composition. Nominal composition is
PREN
used for general classification only.
The PREN (F )shall be calculated as given in Formula (1):
PREN
Fw=+33,,ww+05 +16w (1)
()
PREN Cr Mo WN
where
w is the mass fraction of chromium in the alloy, expressed as a percentage mass fraction of
Cr
the total composition;
w is the mass fraction of molybdenum in the alloy, expressed as a percentage mass fraction
Mo
of the total composition;
w is the mass fraction of tungsten in the alloy, expressed as a percentage mass fraction of the
W
total composition;
w is the mass fraction of nitrogen in the alloy, expressed as a percentage mass fraction of the
N
total composition.
NOTE There are several variations of the PREN. All were developed to reflect and predict the pitting
resistance of Fe/Ni/Cr/Mo CRAs in the presence of dissolved chlorides and oxygen, e.g. in sea water. Though
useful, these indices are not directly indicative of corrosion resistance in H S-containing oil field environments.
7 Purchasing information and marking
7.1 Information that should be supplied for material purchasing
7.1.1 The preparation of material purchasing specifications can require cooperation and exchange of
data between the equipment user, the equipment supplier, and the material manufacturer to ensure that
the material purchased conforms with ISO 15156-1 and this document.
7.1.2 The following information shall be provided:
— preferred materials types and/or grades (if known);
— equipment type (if known);
— reference to this document, i.e. ISO 15156-3:2020;
— acceptable bases for selection of materials for cracking-resistance (see Clause 6).
7.1.3 The equipment user and the equipment supplier/material manufacturer may agree that CRAs
and other alloys other than those described and or listed in Annex A may be selected subject to suitable
qualification testing.
If the purchaser intends to make use of such agreements, extensions, and qualifications, the appropriate
additional information shall be clearly indicated in the materials purchasing specification. This
information includes the following:
— requirements for SSC, SCC, and/or GHSC testing (see Clause 6 and Annex B);
— service conditions for the specific sour service application.
7.1.4 The information required for material purchasing shall be entered on suitable data sheets.
Suggested formats are given in Annex C.
7.2 Marking, labelling, and documentation
Materials conforming with this document shall be made traceable, preferably by marking, before
delivery. Suitable labelling or documentation is also acceptable.
For materials qualified and selected for a special application in accordance with Annex B, traceability
shall include reference to the environmental conditions of the special application.
The equipment user may request the equipment or materials supplier to provide documentation of the
materials used in equipment or components and their environmental service limits as defined in this
document.
The tables in Annex C provide designations that can be used.
10 © ISO 2020 – All rights reserved
Annex A
(normative)
Environmental cracking-resistant CRAs and other alloys
(including Table A.1 — Guidance on the use of the materials
selection tables)
A.1 General
A.1.1 Materials groups
The materials groups used to list CRAs or other alloys (see 6.1) are as follows:
— austenitic stainless steels (identified as material type and as individual alloys) (see A.2);
— highly alloyed austenitic stainless steels (identified as material types and as individual alloys)
(see A.3);
— solid-solution nickel-based alloys (identified as material types and as individual alloys) (see A.4);
— ferritic stainless steels (identified as material type) (see A.5);
— martensitic stainless steels (identified as individual alloys) (see A.6);
— duplex stainless steels (identified as material types) (see A.7);
— precipitation-hardened stainless steels (identified as individual alloys) (see A.8);
— precipitation-hardened nickel-based alloys (identified as individual alloys) (see A.9);
— cobalt-based alloys (identified as individual alloys) (see A.10);
— titanium and tantalum (identified as individual alloys) (see A.11);
— copper, aluminium (identified as materials types) (see A.12).
Subject to A.1.2, A.1.3, A.1.4, and A.1.5 below, the CRAs and other alloys listed in Table A.1 to
Table A.42 may be used without further testing for SSC, SCC, and GHSC cracking-resistance within the
environmental limits shown.
Information on the use of copper and aluminium alloys is contained in A.12.
A.13 contains recommendations on the use of cladding, overlays, and wear-resistant alloys.
4)
NOTE The materials listed and the restrictions shown are those originally listed in NACE MR0175: 2003
except for balloted changes introduced since 2003.
A.1.2 Limits of chemical composition
The user of a CRA or other alloy shall ensure that the chemical analysis of the material used meets the
material analysis requirements shown for the material in SAE — ASTM, Metals and alloys in the Unified
Numbering System.
The material shall also meet any provision shown in the text and/or tables of its materials group.
4) Withdrawn.
A.1.3 Environmental and metallurgical limits for cracking-resistance
A.2.2 to A.11.2 contain materials selection tables showing the environmental limits of the materials
when used for any equipment or component. These subclauses also often contain materials selection
tables showing the less restrictive environmental limits of the materials when used for named
equipment or components.
− 0
The tables show the application limits with respect to temperature, pH S, Cl , pH, S . These limits apply
collectively. The pH used in the tables corresponds to the minimum in situ pH.
NOTE 1 In the tables of this annex, the SI unit “milligrams per litre” is used for mass concentration. In US
Customary units, these are commonly expressed in parts per million (ppm).
NOTE 2 Guidance on the calculation of pH S is given in ISO 15156-2:2020, Annex C.
NOTE 3 Guidance on the calculation of pH is given in ISO 15156-2:2020, Annex D.
NOTE 4 In preparing the materials selection tables, it is assumed that no oxygen is present in the service
environment.
Where no specified limit for a variable can be defined in a table, explanatory remarks that reflect
current knowledge have been included in the table.
The environmental limits for an alloy are valid only within any additional metallurgical limits given for
the alloy in the text of the same table. Where tempering of a material is required, the tempering time
shall be sufficient to ensure the achievement of the required through-thickness hardness.
When purchasing materials, metallurgical properties known to affect the materials' performance in
H S-containing oil and gas environments in addition to those specifically listed in this annex should
also be considered. ISO 15156-1:2020, 8.1 lists such properties.
A.1.4 Requirements and recommendations on welding
The clauses for the materials groups contain requirements and recommendations for welding the
materials of the group to achieve satisfactory cracking-resistance in the weldment produced.
A.1.5 Other requirements and recommendations on CRAs and other alloys
A.1.5.1 Requirements for overlays, surface treatments, plating, coatings, linings, etc.
For the composition, cracking-resistance and use of overlays, see A.13.
Metallic coatings (electroplated and electroless plated), conversion coatings, plastic coatings, or linings
may be used, but are not acceptable for preventing cracking.
The effect of their application on the cracking-resistance of the substrate shall be considered.
Nitriding with a maximum case depth of 0,15 mm (0,006 in) is an acceptable surface treatment if
conducted at a temperature below the lower critical temperature of the alloy being treated. The use of
nitriding as a means of preventing cracking in sour service is not acceptable.
A.1.5.2 Threading
Threads produced using a machine-cutting process are acceptable.
Threads produced by cold forming (rolling) are acceptable on CRAs and other alloys if the material and
the limits of its application otherwise conform with this document.
12 © ISO 2020 – All rights reserved
A.1.5.3 Cold deformation of surfaces
Cold deformation of surfaces is acceptable if caused by processes such as burnishing that do not impart
more cold work than that incidental to normal machining operations (such as turning or boring, rolling,
threading, drilling, etc.).
Cold deformation by controlled shot-peening is acceptable if applied to base materials that conform with
this document and if restricted to a maximum shot size of 2,0 mm (0,080 in) and an Almen intensity not
exceeding 10C. The process shall be controlled in accordance with SAE AMS-2430.
A.1.5.4 Identification stamping
The use of identification stamping using low-stress (dot, vibratory, and round-V) stamps is acceptable.
The use of conventional sharp V-stamping is acceptable in low-stress areas such as the outside diameter
of flanges. Conventional sharp V-stamping shall not be performed in high-stress areas unless agreed
with the equipment user.
A.1.6 Use of materials selection tables
Table A.1 provides a guide to the materials selection tables for any equipment or component. It also
provides a guide to additional materials selection tables for specific named equipment or components
when other, less restrictive, environmental, or metallurgical limits may be applied.
Table A.1 — Guidance on the use of the materials selection tables of Annex A
based on equipment or component type
A.2 Austenitic stainless steels (identified as material type and as individual alloys)
A.2.1 Materials analyses
Austenitic stainless steels of this material type shall contain the following elements in the following
proportions, expressed as mass fractions: C, 0,08 % max; Cr, 16 % min; Ni, 8 % min; P, 0,045 % max; S,
0,04 % max; Mn, 2,0 % max; and Si, 2,0 % max. Other alloying elements are permitted.
14 © ISO 2020 – All rights reserved
Higher carbon contents for UNS S30900 and S31000 are acceptable up to the limits of their respective
specifications.
It is common industry practice to dual certify 300 series stainless steels as standard grade and low
carbon grade such as S31600 (316) and S31603 (316L). The environmental limits given for low carbon
300 series stainless steels are acceptable for the dual certified grades.
Free-machining austenitic stainless steel products shall not be used.
A.2.2 Environmental and materials limits for the uses of austenitic stainless steels
Table A.2 — Environmental and materials limits for austenitic stainless steels used for any
equipment or components
Materials
Partial
type/ Chlo-
pressure Sulfur-
individual Temperature ride pH Remarks
H S resistant?
alloy UNS conc.
pH S
number
max max max
°C (°F) kPa (psi) mg/l
60 (140) 100 (15) See See No Any combination of chloride
“Re- “Re- concentration and in situ pH
marks” marks” occurring in production
Austenitic
column column environments is acceptable.
stainless
steel
These materials have been used
from
without restrictions on tem-
materials
See See perature, pH S, or in situ pH in
See
type
“Re- “Re- production environments. No
“Remarks” 50 No
described
marks” marks” limits on individual parameters
a column
in A.2
column column are set, but some combinations
of the values of these parameters
might not be acceptable.
b d
S31603 60 (140) 1 000 50 000 ≥4,5 NDS
(145)
d
90 (194) 1 000 1 000 ≥3,5 NDS
(145)
d
90 (194) 1 (0,145) 50 000 ≥4,5 NDS
d
93 (200) 10,2 (1,5) 5 000 ≥5,0 NDS
d
120 (248) 100 (14,5) 1 000 ≥3,5 NDS
d
149 (300) 10,2 (1,5) 1 000 ≥4,0 NDS
c
S20910 66 (150) 100 (15) See See No Any combination of chloride
“Re- “Re- concentration and in situ pH
marks” marks” occurring in production
column column
...
Norme
internationale
ISO 15156-3
Quatrième édition
Industries du pétrole et du
2020-11
gaz naturel — Matériaux
pour utilisation dans des
environnements contenant de
l'hydrogène sulfuré (H S) dans la
production de pétrole et de gaz —
Partie 3:
ARC (alliages résistants à la
corrosion) et autres alliages
résistant à la fissuration
Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H S-
containing environments in oil and gas production —
Part 3: Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and
other alloys
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 3
4 Symboles et abréviations . 5
5 Facteurs affectant la résistance à la fissuration des alliages résistant à la corrosion
(ARC) et d'autres alliages dans les milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S) . 6
6 Qualification et sélection des alliages ARC et des autres alliages par rapport au risque
de fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), de corrosion fissurante
sous contrainte (SCC) et de fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite par
couplage galvanique (GHSC) dans les milieux contenant de l'H S . 6
6.1 Généralités .6
6.2 Évaluation des propriétés des matériaux .7
6.2.1 Dureté des métaux de base .7
6.2.2 Propriétés de résistance à la fissuration des soudures .7
6.2.3 Propriétés de résistance à la fissuration associées à d'autres méthodes de
fabrication .9
6.3 PREN .9
7 Informations d'achat et marquage . 9
7.1 Informations qu'il est recommandé de fournir pour l'achat de matériaux .9
7.2 Marquage, étiquetage et documentation .10
Annexe A (normative) Alliages ARC et autres alliages résistants à la fissuration induite par
l'environnement (comprenant le Tableau A.1 — Guide d'utilisation des tableaux de
sélection des matériaux de l'Annexe A) .11
Annexe B (normative) Qualification des aciers ARC pour un service en milieu H S par des essais
en laboratoire . .60
Annexe C (informative) Information that should be supplied for material purchasing .72
Annexe D (informative) Nominated sets of test conditions . 74
Bibliographie .75
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de droits
de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir
identifié tout ou partie de tels droits de brevet. Les détails concernant les références aux droits de propriété
intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration du document sont indiqués dans
l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en
mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, en collaboration avec le Comité technique
CEN/TC 12, Matériel, équipement et structures en mer pour les industries du pétrole, de la pétrochimie et du
gaz naturel du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l'Accord de coopération technique
entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 15156-3:2015), qui a fait l'objet d'une
révision technique. Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les suivantes:
— le Tableau A.27 UNS S17400 (17-4PH SS) présente de nouvelles limites. L'utilisation de l'alliage dans les
conditions environnementales indiquées est à présent limitée aux applications où la contrainte soutenue
n'est pas supérieure à 50 % de la SMYS;
— Tableau A.32 nouvelles limites et annotations pour l'UNS N09946 distinctes de l'UNS N09945;
— Tableau A.41 inclusion de l'UNS R55400 (nouvel alliage a-b Ti);
— Tableau A.3 modification des notes UNS S20910 (Nitronic 50);
— Tableaux A.22, A.23, A.26 à A.30, et A.33 corrections apportées à la conversion de la température;
— Tableau A.23 nouvelle note pour la contrainte de conception en traction maximale pour l'UNS J91540;
— Tableau A.32 exigences UNS N07718 (alliage 718 à haute résistance, avec cycle de vieillissement en
deux étapes, conforme à la composition API 6A ARC et une dureté maximale de 45 HRC) et UNS N09955
nouvellement ajoutées et changements de désignation des lettres des notes concernant UNS N09925,
N09935, N09945 et N09946;
— Tableau A.40 modification du titre et clarification de la note;
— Article A.13 modifications apportées aux alliages pour placages, pour rechargements et alliages résistants
à l'usure;
iv
— modifications apportées aux remarques des tableaux A.18 et A.19 (acier inoxydable martensitique);
— Tableau A.24 inclusion de l'acier inoxydable duplex compressé isostatique à chaud (HIP) et modification
des remarques;
— l'Annexe D informative, «Composition chimique des matériaux et autres informations», a été supprimée
pour des raisons de droits d'auteur;
— ajouts à la bibliographie.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 15156 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
Introduction
Les conséquences de la rupture soudaine des composants métalliques des champs de pétrole et de gaz,
associée à leur exposition à des fluides de production contenant de l'hydrogène sulfuré (H S), ont conduit à
l'élaboration de la première édition de la NACE MR0175. Cette norme a été publiée en 1975 par la National
Association of Corrosion Engineers (Association nationale des ingénieurs en prévention de la corrosion),
connue désormais sous l'appellation NACE International.
La première édition ainsi que les éditions suivantes de la NACE MR0175 ont établi des limites de pression
partielle d'H S au-delà desquelles des mesures contre la fissuration sous contrainte induite par les
sulfures (SSC, Sulfide Stress Cracking) ont toujours été jugées nécessaires. Elles ont également fourni des
recommandations concernant le choix et la spécification de matériaux résistants à ce type de fissuration
lors du dépassement des seuils d'H S. Des éditions plus récentes de la NACE MR0175 ont également spécifié
des limites de résistance pour certains alliages résistants à la corrosion, en termes de composition et de pH
de milieu, de température et de pressions partielles d'H S.
La Fédération européenne de la corrosion (EFC, European Federation of Corrosion) a publié séparément
la Publication EFC 16 en 1995 et la Publication EFC 17 en 1996. Ces documents sont généralement
complémentaires de ceux de la NACE, bien que différents dans leur domaine d'application et leur contenu.
En 2003, la série de normes ISO 15156 et la NACE MR0175/ISO 15156 ont été publiées pour la première
fois. Ces documents identiques sur le plan technique ont utilisé les sources susmentionnées pour spécifier
des exigences et des recommandations concernant la qualification et le choix de matériaux destinés à être
utilisés dans des environnements aqueux contenant de l'H S dans la production de pétrole et de gaz. Ils sont
complétés par les méthodes d'essai de la NACE TM0177 et de la NACE TM0284.
La révision du présent document, c'est-à-dire l'ISO 15156, implique la consolidation de toutes les modifications
convenues et publiées dans la Circulaire technique 1, ISO 15156-3:2015/Cir.1:2016, la Circulaire technique 2,
ISO 15156-3:2015/Cir.2:2018 et la Circulaire technique 3, ISO 15156-3:2015/Cir.3:2019, publiées par l'Agence
de maintenance de la série ISO 15156 au DIN.
Les modifications ont été élaborées et approuvées par le vote des groupes représentatifs issus de l'industrie
de production de pétrole et de gaz. La grande majorité de ces modifications sont issues des questions
soulevées par les utilisateurs des documents. Une description du processus ayant permis l'approbation
de ces modifications est disponible sur le site web de maintenance de la série ISO 15156, à l'adresse
www.iso.org/iso15156maintenance.
Lorsque les experts de l'industrie de production de pétrole et de gaz les estiment nécessaires, les futures
modifications provisoires devant être apportées au présent document seront traitées de la même manière
et impliqueront des mises à jour provisoires du présent document qui se présenteront sous la forme de
Rectificatifs techniques ou de Circulaires techniques. Il convient que les utilisateurs du présent document
soient conscients que de tels documents peuvent exister et qu'ils peuvent avoir un impact sur la validité des
références datées citées dans le présent document.
L'Agence de Maintenance de la série ISO 15156 au DIN, a été créée après son approbation par le Bureau
de Gestion Technique de l'ISO, communiquée dans le document 34/2007. Ce document décrit la création
de l'Agence, qui comprend des experts de la NACE, de l'EFC et de l'ISO/TC 67, ainsi que le processus
d'approbation des amendements. Il est disponible sur le site web de maintenance de la série ISO 15156 et
auprès du Secrétariat de l'ISO/TC 67. Ce site web permet également d'accéder aux documents associés qui
fournissent plus de détails sur les activités de maintenance de la série ISO 15156.
vi
Norme internationale ISO 15156-3:2020(fr)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour
utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène
sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de gaz —
Partie 3:
ARC (alliages résistants à la corrosion) et autres alliages
résistant à la fissuration
AVERTISSEMENT — Les alliages résistants à la corrosion (ARC) et d'autres alliages sélectionnés à
l'aide du présent document résistent à la fissuration dans les conditions de service définies pour
les milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S) en production de pétrole et de gaz, mais ils ne
sont pas nécessairement insensibles à la fissuration dans toutes les conditions de service. Il est de la
responsabilité de l'utilisateur des équipements de sélectionner les alliages ARC et autres convenant
au service voulu.
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie des exigences et donne des recommandations concernant la sélection et la
qualification des alliages ARC (alliages résistants à la corrosion) et d'autres alliages dans des équipements
utilisés pour la production de pétrole et de gaz naturel et dans des installations de traitement de gaz naturel
en milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S), où toute défaillance peut présenter un risque pour la
santé et la sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Il peut être appliqué pour aider à
prévenir les dommages coûteux occasionnés par la corrosion aux équipements. Il complète, sans toutefois
s'y substituer, les exigences concernant les matériaux dans les codes de construction, normes ou autres
réglementations appropriés.
Le présent document traite de la résistance de ces matériaux aux dommages pouvant être causés par la
fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC, sulfide stress-cracking), la corrosion fissurante
sous contrainte (SCC, stress-corrosion cracking) et la fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite par
couplage galvanique (GHSC, galvanically-induced hydrogen stress cracking).
Le présent document ne porte que sur la fissuration. Toute perte de matériau par corrosion générale (perte
de masse) ou localisée n'est pas étudiée.
Le Tableau 1 donne une liste non exhaustive d'équipements relevant du domaine d'application du présent
document et comprenant une liste d'équipements pouvant en être exclus.
Le présent document s'applique à la qualification et au choix des matériaux pour les équipements conçus
et construits sur la base des méthodes de calcul sous charge contrôlée. Pour les conceptions effectuées
sur la base de méthodes de calcul basées sur le niveau de déformation acceptable, voir l'ISO 15156-1:2020,
Article 5.
Le présent document ne convient pas nécessairement à des équipements utilisés dans des processus et des
équipements de raffinage ou en aval.
Tableau 1 — Liste des équipements
Le présent document s'applique aux matériaux utilisés Exclusions
avec les équipements suivants
Équipements de forage, de construction des puits et d'entre- Équipements exposés uniquement à des fluides de
a
tien des puits forage de composition contrôlée
Trépans
Lames de cisaille de bloc d'obturation de puits (BOP,
b
Blowout Preventer)
Systèmes de tubes prolongateurs de forage
Colonnes de travail
c
Câble et équipement de travail au câble
Tubes de cuvelage de surface et intermédiaires
d
Puits, y compris les équipements de subsurface, les équipe- Pompes à tiges de pompage et tiges de pompage
ments à gaz d’activation (gas lift), les têtes de puits et arbres
Pompes submersibles électriques
de Noël (Christmas trees)
Autre équipement d’activation assistée
Coins
Conduites, lignes de collecte, installations de terrain et unités Installations de stockage et de manutention du
de traitement sur le terrain pétrole brut fonctionnant à une
pression absolue totale inférieure à 0,45 MPa (65 psi)
Matériel de traitement des eaux Installations de traitement des eaux fonctionnant
à une pression absolue totale inférieure à 0,45 MPa
(65 psi)
Matériel d'injection d'eau et de rejet d'eau
Installations de traitement du gaz naturel —
Conduites de transport de liquides, gaz et Conduites de gaz conditionné pour un usage général
fluides polyphasiques commercial et domestique
Pour tous les équipements ci-dessus Composants chargés uniquement par compression
a
Voir ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.3 pour plus d'informations.
b
Voir l'ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.1 pour plus d'informations.
c
Les lubrificateurs des câbles et les dispositifs de liaison des lubrificateurs ne sont pas exclus.
d
Pour les pompes à tiges de pompage et les tiges de pompage, se référer à la NACE MR0176.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 6507-1, Matériaux métalliques — Essai de dureté Vickers — Partie 1: Méthode d’essai
ISO 6508-1, Matériaux métalliques — Essai de dureté Rockwell — Partie 1: Méthode d’essai
ISO 6892-1, Matériaux métalliques — Essai de traction — Partie 1: Méthode d’essai à température ambiante
ISO 10423, Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipement de forage et de production — Équipement
pour têtes de puits et arbres de Noël
ISO 11960, Industries du pétrole et du gaz naturel — Tubes d’acier utilisés comme tubes de cuvelage ou tubes de
production dans les puits
ISO 15156-1:2020, Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des environnements
contenant de l’hydrogène sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de gaz — Partie 1: Principes généraux
pour le choix des matériaux résistant à la fissuration
ISO 15156-2:2020, Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des environnements
contenant de l’hydrogène sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de gaz — Partie 2: Aciers au carbone et
aciers faiblement alliés résistants à la fissuration, et utilisation de fontes
1)
ASTM A747/A747M , Standard Specification for Steel Castings, Stainless, Precipitation Hardening
ASTM E29, Standard Practice for Using Significant Digits in Test Data to Determine Conformance with
Specifications
ASTM E562, Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count
2)
EFC Publication 17, Corrosion resistant alloys for oil and gas production: guidelines on general requirements
and test methods for H S service
NACE CORROSION/95 Paper 47, Test methodology for elemental sulfur-resistant advanced materials for oil and
gas field equipment
NACE TM0177:2016, Laboratory testing of metals for resistance to sulfide stress cracking and stress corrosion
cracking in H S environments
3)
SAE AMS-2430 , Shot Peening
SAE — ASTM, Metals and alloys in the Unified Numbering System
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 15156-1, l'ISO 15156-2 ainsi que
les suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
vieillissement
changement des propriétés métallurgiques qui se produit généralement lentement à la température ambiante
(vieillissement naturel) et plus rapidement à une température plus élevée (vieillissement artificiel)
3.2
recuit
chauffage et maintien à une température appropriée d'un matériau spécifique et refroidissement à une
vitesse correcte, dans le but de réduire la dureté, d'améliorer l'aptitude à l'usinage ou d'obtenir des propriétés
souhaitées
3.3
austénite
phase cristalline cubique à faces centrées d'alliages ferreux
3.4
acier inoxydable duplex
acier inoxydable austénitique/ferritique
acier inoxydable (3.13) dont la microstructure, à température ambiante, est principalement constituée d'un
mélange d'austénite (3.3) et de ferrite (3.5)
1) www .astm .org
2) www .efcweb .org
3) www .sae .org
3.5
ferrite
phase cristalline cubique centrée d'alliages ferreux
3.6
acier inoxydable ferritique
acier inoxydable (3.13) dont la microstructure, à température ambiante, se compose essentiellement de
ferrite (3.5)
3.7
fissuration sous contrainte par l’hydrogène induite par couplage galvanique
GHSC (Galvanically induced Hydrogen Stress Cracking)
fissuration due à la présence d'hydrogène dans un métal, induite dans la cathode d'un couple galvanique, et à
une contrainte de traction (résiduelle et/ou appliquée)
3.8
martensite
solution solide, dure et sursaturée de carbone dans le fer caractérisée par une microstructure aciculaire (en
aiguilles)
3.9
acier martensitique
acier dans lequel une microstructure de martensite (3.8) peut être obtenue par trempe à une vitesse de
refroidissement suffisamment rapide pour éviter la formation d'autres microstructures
3.10
indice de résistance aux piqûres
PREN
F
PREN
nombre, développé pour refléter et prédire la résistance à la corrosion par piqûres d'un alliage ARC, basé sur
les proportions des éléments Cr, Mo, W et N dans la composition chimique de l'alliage
Note 1 à l'article: Voir 6.3 pour d'autres informations.
3.11
environnement de production
les fluides produits d'origine naturelle sans contamination par des produits chimiques qui réduisent
temporairement ou continuellement le pH in situ
Note 1 à l'article: Le reflux de produits chimiques à des fins de stimulation et d'élimination de la calamine peut réduire
temporairement le pH de manière significative et certains produits chimiques injectés en continu, tels que les anti-
incrustants, peuvent réduire le pH de manière continue.
3.12
solution solide
phase cristalline unique contenant deux éléments ou plus
3.13
acier inoxydable
acier contenant une fraction massique de 10,5 % ou plus de chrome et éventuellement d'autres éléments
ajoutés pour obtenir des propriétés particulières
4 Symboles et abréviations
ARC alliage résistant à la corrosion (corrosion-resistant alloy)
AYS limite réelle d'élasticité (actual yield strength)
bal équilibre de la composition jusqu'à 100 % (balance)
BOP bloc d'obturation de puits (blowout preventer)
CIC compressé isostatique à chaud (hot isostatically pressed)
CR éprouvette en C (c-ring)
DCB essai en double poutre [double cantilever beam (test)]
FPB essai de flexion à quatre points [ four-point bend (test)]
GHSC fissuration sous contrainte par l’hydrogène induite par couplage galvanique (galvanically induced
hydrogen stress cracking)
HBW dureté Brinell (Brinell hardness)
HIC fissuration induite par l'hydrogène (hydrogen-induced cracking)
HRB dureté Rockwell, échelle B [Rockwell hardness (scale B)]
HRC dureté Rockwell, échelle C [Rockwell hardness (scale C)]
HSC fissuration sous contrainte par l’hydrogène (hydrogen stress cracking)
HV dureté Vickers (Vickers hardness)
NDS aucune information fournie (no data submitted)
pCO pression partielle de CO
2 2
pH S pression partielle de H S
2 2
PREN indice de résistance aux piqûres (pitting-resistance equivalent number)
PWHT traitement thermique après soudage (post-weld heat treatment)
RSRT essai par onde de déformation (rippled strain rate test)
S soufre élémentaire
SCC corrosion fissurante sous contrainte (stress-corrosion cracking)
SMYS limite d'élasticité minimale spécifiée (specified minimum yield strength)
SOHIC fissuration orientée sous contrainte induite par l'hydrogène (stress-oriented hydrogen-induced cracking)
SSC fissuration sous contrainte induite par les sulfures (sulfide stress cracking)
SSRT essai à faible vitesse de déformation (slow strain rate test)
SZC fissuration des zones de plus faible dureté (soft-zone cracking)
UNS système de numérotation unifié (des alliages) [unified (alloy) numbering system]
UT traction uniaxiale (essai) [(uniaxial tensile (test)]
ZAT zone affectée thermiquement (heat-affected zone)
5 Facteurs affectant la résistance à la fissuration des alliages résistant à la corrosion
(ARC) et d'autres alliages dans les milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S)
Le comportement des alliages ARC et d'autres alliages en milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S)
peut être affecté par des interactions complexes entre les paramètres suivants:
— composition chimique, résistance, traitement thermique, microstructure, méthode de fabrication et état
fini du matériau;
— pression partielle de l'hydrogène sulfuré (H S) ou concentration équivalente en phase aqueuse;
— acidité (pH in situ) de la phase aqueuse;
— concentration en ions chlorures ou autres ions halogénures;
— présence d'oxygène, de soufre ou d'un autre oxydant;
— température d'exposition;
— résistance à la corrosion par piqûres du matériau dans l'environnement de service;
— effets galvaniques;
— contrainte de traction totale (appliquée plus résiduelle);
— temps d'exposition.
Ces facteurs doivent être pris en compte lorsque le présent document est utilisé pour la sélection de
matériaux adaptés aux milieux contenant de l'H S dans les systèmes de production de pétrole et de gaz.
6 Qualification et sélection des alliages ARC et des autres alliages par rapport au
risque de fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), de corrosion
fissurante sous contrainte (SCC) et de fissuration sous contrainte par l'hydrogène
induite par couplage galvanique (GHSC) dans les milieux contenant de l'H S
6.1 Généralités
Les alliages ARC et les autres alliages doivent être sélectionnés pour leur résistance à la fissuration sous
contrainte induite par les sulfures (SSC), à la corrosion fissurante sous contrainte (SCC) et/ou à la fissuration
sous contrainte par l'hydrogène induite par couplage galvanique (GHSC) en fonction de ce qui est nécessaire
pour le service prévu.
La conformité au présent document d'un alliage ARC ou d'un autre alliage implique la résistance à la
fissuration dans les limites définies dans l'environnement de service. Ces limites dépendent du type de
matériau ou de l'alliage individuel.
Il peut être nécessaire pour l'acheteur de l'équipement de fournir au fournisseur des informations sur les
conditions d'exposition proposées pour permettre la qualification et/ou la sélection des alliages ARC et des
autres alliages.
Pour définir la sévérité des milieux contenant de l'H S, les expositions qui peuvent se produire au cours
de fonctionnements perturbés ou d'arrêts du système doivent également être considérées. Ces expositions
peuvent inclure de l'eau condensée non tamponnée et à faible pH. Les limites données dans les tableaux de
l'Annexe A concernent les environnements de production et ne couvrent pas les conditions survenant lors de
l'injection ou du reflux de produits chimiques susceptibles de réduire le pH in situ.
Les alliages ARC et les autres alliages doivent être sélectionnés en utilisant l'Annexe A ou après une
qualification par des essais réussis en laboratoire conformément à l'Annexe B. Une qualification fondée sur
une expérience sur le terrain satisfaisante est également acceptable. Une telle qualification doit satisfaire à
l'ISO 15156-1.
À l'Annexe A, les matériaux sont identifiés par groupes de matériaux. Dans chaque groupe, les alliages sont
identifiés par type de matériau (dans les limites de la composition) ou en tant qu'alliages individuels. Les
conditions métallurgiques et les limites environnementales acceptables dans lesquelles il est prévu que
les alliages résistent à la fissuration sont indiquées. Les limites environnementales sont données pour la
pression partielle d'H S, la température, la concentration en chlorures et le soufre élémentaire.
Un alliage ARC ou un autre alliage peut être qualifié par des essais pour une utilisation dans des conditions
d'exploitation qui sont plus sévères que les limites environnementales indiquées à l'Annexe A. De plus, un
alliage ARC ou un autre alliage peut être qualifié pour l'utilisation dans des conditions métallurgiques
différentes (résistance plus élevée, autre traitement thermique, etc.) de celles indiquées à l'Annexe A.
La documentation des qualifications effectuées conformément à l'Annexe B doit satisfaire aux exigences de
l'ISO 15156-1:2020, Article 9.
L'utilisateur de l'équipement doit vérifier les qualifications (voir B.2.2) et conserver la documentation
appuyant les choix de matériaux effectués.
6.2 Évaluation des propriétés des matériaux
6.2.1 Dureté des métaux de base
Si des mesures de dureté sur le métal de base sont précisées, suffisamment d'essais de dureté doivent être
effectués pour établir la dureté réelle de l'alliage ARC ou autre examiné. Les lectures individuelles de dureté
Rockwell C (HRC) dépassant la valeur permise par le présent document peuvent être considérées comme
acceptables si la moyenne de plusieurs lectures proches de celles-ci ne dépasse pas la valeur permise par le
présent document et qu'aucune lecture individuelle ne dépasse la valeur acceptable de plus de 2 unités de
l'échelle de dureté Rockwell HRC. Des exigences équivalentes doivent s'appliquer aux autres méthodes de
mesurage de la dureté lorsque celles-ci sont spécifiées dans le présent document ou qu'il y est fait référence
dans une spécification de fabrication.
La conversion des valeurs de dureté vers ou à partir d'autres échelles dépend du matériau. L'utilisateur peut
établir les tableaux de conversion nécessaires.
NOTE Le nombre et l'emplacement des zones d'essais de dureté sur les métaux de base ne sont pas spécifiés dans
l'ISO 15156 (toutes les parties).
6.2.2 Propriétés de résistance à la fissuration des soudures
6.2.2.1 Généralités
Les modifications métallurgiques qui se produisent durant le soudage d'alliages ARC et d'autres alliages
peuvent modifier leur sensibilité à la fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), à la corrosion
fissurante sous contrainte (SCC) et/ou à la fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite par couplage
galvanique (GHSC). Les raccords soudés peuvent présenter une sensibilité à la fissuration supérieure à celle
du ou des matériaux de base raccordés.
L'utilisateur de l'équipement peut laisser la sensibilité à la fissuration des soudures régir les limites des
conditions de service sûres d'un système fabriqué.
Il convient de choisir les procédés et les consommables utilisés pour le soudage selon les règles de l'art et de
manière à obtenir les résistances à la corrosion et à la fissuration requises.
Le soudage doit être exécuté conformément aux codes et normes appropriés convenus entre le fournisseur
et l'acheteur. Les spécifications des modes opératoires de soudage (WPS, welding procedure specifications) et
les dossiers de qualification de ces modes opératoires (PQR, procedure qualification records) doivent être mis
à disposition de l'utilisateur de l'équipement pour inspection.
Les dossiers PQR de soudage doivent comprendre des preuves appuyées par des documents démontrant une
résistance à la fissuration satisfaisante dans des conditions au moins aussi sévères que celles de l'application
proposée. De telles preuves doivent se baser sur au moins l'un des éléments suivants:
— la conformité aux exigences et aux recommandations pour le groupe de matériaux spécifique de
l'Annexe A (6.2.2.2 et 6.2.2.3);
— des essais de qualification pour la résistance à la fissuration des soudures conformément à l'Annexe B;
— une expérience sur le terrain appuyée par des documents, sur le modèle de celle spécifiée pour les métaux
de base dans l'ISO 15156-1.
Les exigences et les recommandations indiquées à l'Annexe A peuvent ne pas être appropriées pour toutes
les combinaisons de métaux de base et du métal fondu utilisés pour la fabrication de l'équipement et des
composants. L'utilisateur de l'équipement peut demander des preuves de la réussite d'un essai de résistance
à la fissuration, intégré à la qualification des modes opératoires de soudage, pour s'assurer que les soudures
produites confèrent une résistance adéquate à la fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), à
la corrosion fissurante sous contrainte (SCC) et à la fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite par
couplage galvanique (GHSC) pour l'application.
6.2.2.2 Qualification des modes opératoires de soudage conformément à l'Annexe A, basée sur la dureté
6.2.2.2.1 Généralités
La qualification des modes opératoires de soudage pour le service en milieu H S doit, si elle est spécifiée à
l'Annexe A, comprendre des essais de dureté conformément aux Paragraphes 6.2.2.2.2, 6.2.2.2.3 et 6.2.2.2.4.
6.2.2.2.2 Méthodes d'essais de dureté pour une qualification des modes opératoires de soudage
Sauf approbation contraire de l'utilisateur, les essais de dureté pour les dossiers de qualification des modes
opératoires de soudage doivent être effectués à l'aide des méthodes Vickers HV 10 ou HV 5 conformément à
l'ISO 6507-1 ou Rockwell 15 N conformément à l'ISO 6508-1.
NOTE Pour les besoins du présent document, l'ASTM E384 est équivalente à l'ISO 6507-1 et l'ASTM E18 est
équivalente à l'ISO 6508-1.
6.2.2.2.3 Inspections de dureté pour une qualification des modes opératoires de soudage
Les inspections de dureté pour les soudures bout à bout, les soudures d'angle, les soudures de réparation
et à pénétration partielle et les soudures de recouvrement doivent être effectuées comme décrit dans
l'ISO 15156-2:2020, 7.3.3.3.
6.2.2.2.4 Critères d'acceptation pour la dureté des soudures
Les critères d'acceptation relatifs à la dureté des soudures pour les alliages ARC ou les autres alliages,
indiqués à l'Annexe A, doivent s'appliquer aux alliages sélectionnés en utilisant l'Annexe A.
Les critères d'acceptation de dureté peuvent également être établis à partir d'essais de résistance à la
fissuration réussis sur des échantillons soudés. Les essais doivent être conformes à l'Annexe B.
6.2.2.3 Qualification des modes opératoires de soudage conformément à l'Annexe A, avec d'autres
moyens d'essai
Lorsque cela est approprié, les exigences et recommandations pour s'assurer d'une résistance à la fissuration
adéquate des soudures, en utilisant d'autres moyens d'essais, sont fournies dans les groupes de matériaux de
l'Annexe A.
6.2.3 Propriétés de résistance à la fissuration associées à d'autres méthodes de fabrication
Pour les alliages ARC et les autres alliages qui sont sujets à des modifications métallurgiques provoquées par
des méthodes de fabrication autres que le soudage, les essais de qualification de résistance à la fissuration
du matériau affecté par la fabrication doivent être spécifiés dans la qualification du processus de fabrication.
Les essais de qualification doivent être spécifiés en tant que partie intégrante de la qualification du procédé
d'oxycoupage si une quelconque zone affectée thermiquement (ZAT) reste dans le produit final.
Les exigences et les critères d'acceptation en 6.2.2 doivent s'appliquer aux essais de qualification des
méthodes de fabrication et des procédés d'oxycoupage, sous réserve de l'interprétation correcte des
exigences d'inspections de dureté en 6.2.2.2.3 pour la méthode de fabrication ou le procédé d'oxycoupage.
La forme et l'emplacement des échantillons utilisés pour l'évaluation et les essais doivent avoir fait l'objet
d'un accord avec l'utilisateur de l'équipement.
6.3 PREN
Pour déterminer la conformité aux exigences du présent document, toutes les limites de F spécifiées dans
PREN
le présent document doivent être considérées comme des limites absolues telles que définies dans la norme
ASTM E29. Avec la méthode absolue, une valeur observée ou une valeur calculée ne doit pas être arrondie,
mais doit être comparée directement à la valeur limite spécifiée. La conformité ou la non-conformité à la
spécification est fondée sur cette comparaison.
Le calcul de F est fondé sur la composition réelle et non sur la composition nominale. La composition
PREN
nominale est uniquement utilisée pour la classification générale.
Le PREN (F ) doit être calculé comme indiqué dans la Formule (1):
PREN
Fw=+33,,ww+05 +16w (1)
()
PREN Cr Mo WN
où
w est la fraction massique du chrome dans l'alliage, exprimée en fraction massique en pourcentage
Cr
de la composition totale;
w est la fraction massique du molybdène dans l'alliage, exprimée en fraction massique en pourcentage
Mo
de la composition totale;
w est la fraction massique du tungstène dans l'alliage, exprimée en fraction massique en pourcentage
W
de la composition totale;
w est la fraction massique de l'azote dans l'alliage, exprimée en fraction massique en pourcentage
N
de la composition totale.
NOTE Il existe plusieurs variantes du PREN. Elles ont toutes été développées pour refléter et prédire la résistance
à la corrosion par piqûres des alliages ARC au Fe/Ni/Cr/Mo en présence de chlorures et d'oxygène dissous, par
exemple dans l'eau de mer. Bien qu'utiles, ces indices n'indiquent pas directement la résistance à la corrosion dans un
environnement de champs de pétrole contenant de l'H S.
7 Informations d'achat et marquage
7.1 Informations qu'il est recommandé de fournir pour l'achat de matériaux
7.1.1 La préparation des spécifications pour l'achat de matériaux peut nécessiter la coopération et des
échanges de données entre l'utilisateur de l'équipement, le fournisseur de l'équipement et le fabricant de
matériaux afin de garantir que les matériaux achetés répondent aux exigences de l'ISO 15156-1 et du présent
document.
7.1.2 Les renseignements suivants doivent être fournis:
— préférence pour des types et/ou grades de matériaux (s'ils sont connus);
— type d'équipement (s'il est connu);
— la référence au présent document, c'est-à-dire l'ISO 15156-3:2020;
— bases d'acceptation pour la sélection de matériaux en fonction de la résistance à la fissuration, voir
l'Article 6.
7.1.3 L'utilisateur de l'équipement et le fournisseur de l'équipement et/ou le fabricant de matériaux
peuvent convenir que des alliages ARC et d'autres alliages, autres que ceux décrits et/ou répertoriés à
l'Annexe A, soient sélectionnés, sous couvert d'essais de qualification appropriés.
Si l'acheteur a l'intention de faire usage de tels accords, extensions et qualifications, les informations
complémentaires appropriées doivent être clairement indiquées dans la spécification de commande des
matériaux. Ces renseignements incluent les éléments suivants:
— des exigences pour les essais à la fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), à la corrosion
fissurante sous contrainte (SCC) et/ou à la fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite par
couplage galvanique (GHSC) (voir l'Article 6 et l'Annexe B);
— des conditions de service pour une application en milieu H S particulière.
7.1.4 Les renseignements requis pour l'achat de matériaux doivent être indiqués dans les fiches techniques
appropriées. Des exemples de formats sont indiqués à l'Annexe C.
7.2 Marquage, étiquetage et documentation
Les matériaux conformes au présent document doivent être rendus traçables, de préférence par marquage,
avant livraison. Un étiquetage ou une documentation appropriés sont également acceptables.
Pour des matériaux qualifiés et sélectionnés pour une application particulière conformément à l'Annexe B,
une traçabilité doit comprendre une référence aux conditions environnementales de l'application
particulière.
L'utilisateur de l'équipement peut demander au fournisseur de l'équipement ou des matériaux de fournir
une documentation relative aux matériaux utilisés dans l'équipement ou des composants et leurs limites de
service dans un environnement comme défini dans le présent document.
Les tableaux de l'Annexe C fournissent des désignations pouvant être utilisées.
Annexe A
(normative)
Alliages ARC et autres alliag
...
ISO /TC 67
Date : 2020-11
Quatrième édition
2020-11
ISO/TC 67
Secrétariat : NEN
Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour
utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène
sulfuré (H2S) dans la production de pétrole et de gaz —
Partie 3 : :
ARC (alliages résistants à la corrosion) et autres alliages résistant
à la fissuration
Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H S-containing environments in oil and gas
production —Part 3: Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys
Part 3: Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys
Type de document : Norme Internationale
Sous-type de document :
Stade du document : (60) Publication
Langue du document : F
Document1 STD Version 2.2
NORME INTERNATIONALE ISO 15156-3:2020(F)
ICS :
Type de document : Norme Internationale
Sous-type de document :
Stade du document : (60) Publication
Langue du document : F
Document1 STD Version 2.2
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de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé,
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intranet, sans l'accord écrit de l'ISOautorisation écrite préalable. Une autorisation peut être demandée à
l'adressel’ISO à l’adresse ci-après ou duau comité membre de l'ISOl’ISO dans le pays du demandeur.
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CH-1214 Vernier, GenèveGeneva
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E-mail : : copyright@iso.org
Web Website: www.iso.orgorg
Publié en Suisse
Sommaire
Avant-propos . v
Introduction. vii
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 3
4 Symboles et abréviations . 5
5 Facteurs affectant la résistance à la fissuration des alliages résistant à la corrosion (ARC) et
d'autres alliages dans les milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S) . 6
6 Qualification et sélection des alliages ARC et des autres alliages par rapport au risque de
fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), de corrosion fissurante sous contrainte
(SCC) et de fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite par couplage galvanique (GHSC)
dans les milieux contenant de l'H S . 6
6.1 Généralités . 6
6.2 Évaluation des propriétés des matériaux . 7
6.2.1 Dureté des métaux de base . 7
6.2.2 Propriétés de résistance à la fissuration des soudures . 7
6.2.3 Propriétés de résistance à la fissuration associées à d'autres méthodes de fabrication . 9
6.3 PREN . 9
7 Informations d'achat et marquage . 10
7.1 Informations qu'il est recommandé de fournir pour l'achat de matériaux . 10
7.2 Marquage, étiquetage et documentation . 10
Annex A (normative) Alliages ARC et autres alliages résistants à la fissuration induite par
l'environnement (comprenant le Tableau A.1 — Guide d'utilisation des tableaux de sélection des
matériaux de l'Annexe A) . 11
Annex B (normative) Qualification des aciers ARC pour un service en milieu H2S par des essais en
laboratoire . 64
Annex C (informative) Information that should be supplied for material purchasing . 77
Annex D (informative) Nominated sets of test conditions . 79
Bibliographie . 80
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en
général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit
de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales
et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la
normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié tout ou partie de tels droits de brevet. Les détails concernant les références aux
droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration du document
sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par l'ISO
(voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures
en mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, en collaboration avec le Comité
technique CEN/TC 12, Matériel, équipement et structures en mer pour les industries du pétrole, de la
pétrochimie et du gaz naturel du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l'Accord de
coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 15156-3:2015), qui a fait l'objet
d'une révision technique. Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les
suivantes:
— — le Tableau A.27Tableau A.27 UNS S17400 (17-4PH SS) présente de nouvelles limites. L'utilisation
de l'alliage dans les conditions environnementales indiquées est à présent limitée aux applications où
la contrainte soutenue n'est pas supérieure à 50 % de la SMYS;
— Tableau A.32— Tableau A.32 nouvelles limites et annotations pour l'UNS N09946 distinctes de
l'UNS N09945;
— Tableau A.41— Tableau A.41 inclusion de l'UNS R55400 (nouvel alliage a-b Ti) ;);
— Tableau A.3— Tableau A.3 modification des notes UNS S20910 (Nitronic 50) ;);
— Tableaux A.22, A.23— Tableaux A.22, A.23, A.26, A.26 à A.30A.30,, et A.33A.33 corrections
apportées à la conversion de la température;
— Tableau A.23— Tableau A.23 nouvelle note pour la contrainte de conception en traction maximale
pour l'UNS J91540;
— Tableau A.32— Tableau A.32 exigences UNS N07718 (alliage 718 à haute résistance, avec cycle de
vieillissement en deux étapes, conforme à la composition API 6A ARC et une dureté maximale de
45 HRC) et UNS N09955 nouvellement ajoutées et changements de désignation des lettres des notes
concernant UNS N09925, N09935, N09945 et N09946;
— Tableau A.40— Tableau A.40 modification du titre et clarification de la note;
— Article A.13— Article A.13 modifications apportées aux alliages pour placages, pour
rechargements et alliages résistants à l'usure;
— — modifications apportées aux remarques des tableaux A.18tableaux A.18 et A.19A.19 (acier
inoxydable martensitique) ;);
— Tableau A.24— Tableau A.24 inclusion de l'acier inoxydable duplex compressé isostatique à
chaud (HIP) et modification des remarques;
— — l'Annexe Dl'Annexe D informative, «Composition chimique des matériaux et autres
informations», a été supprimée pour des raisons de droits d'auteur;
— — ajouts à la bibliographie.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 15156 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.
vi © ISO 2020 – Tous droits réservés
Introduction
Les conséquences de la rupture soudaine des composants métalliques des champs de pétrole et de gaz,
associée à leur exposition à des fluides de production contenant de l'hydrogène sulfuré (H S), ont conduit
à l'élaboration de la première édition de la NACE MR0175. Cette norme a été publiée en 1975 par la
National Association of Corrosion Engineers (Association nationale des ingénieurs en prévention de la
corrosion), connue désormais sous l'appellation NACE International.
La première édition ainsi que les éditions suivantes de la NACE MR0175 ont établi des limites de pression
partielle d'H S au-delà desquelles des mesures contre la fissuration sous contrainte induite par les
sulfures (SSC, Sulfide Stress Cracking) ont toujours été jugées nécessaires. Elles ont également fourni des
recommandations concernant le choix et la spécification de matériaux résistants à ce type de fissuration
lors du dépassement des seuils d'H2S. Des éditions plus récentes de la NACE MR0175 ont également
spécifié des limites de résistance pour certains alliages résistants à la corrosion, en termes de
composition et de pH de milieu, de température et de pressions partielles d'H2S.
La Fédération européenne de la corrosion (EFC, European Federation of Corrosion) a publié séparément
la Publication EFC 16 en 1995 et la Publication EFC 17 en 1996. Ces documents sont généralement
complémentaires de ceux de la NACE, bien que différents dans leur domaine d'application et leur contenu.
En 2003, la série de normes ISO 15156 et la NACE MR0175/ISO 15156 ont été publiées pour la première
fois. Ces documents identiques sur le plan technique ont utilisé les sources susmentionnées pour spécifier
des exigences et des recommandations concernant la qualification et le choix de matériaux destinés à être
utilisés dans des environnements aqueux contenant de l'H S dans la production de pétrole et de gaz. Ils
sont complétés par les méthodes d'essai de la NACE TM0177 et de la NACE TM0284.
La révision du présent document, c'est-à-dire l'ISO 15156, implique la consolidation de toutes les
modifications convenues et publiées dans la Circulaire technique 1, ISO 15156--3:2015/Cir.1:2016, la
Circulaire technique 2, ISO 15156--3:2015/Cir.2:2018 et la Circulaire technique 3, ISO 15156--
3:2015/Cir.3:2019, publiées par l'Agence de maintenance de la série ISO 15156 au DIN.
Les modifications ont été élaborées et approuvées par le vote des groupes représentatifs issus de
l'industrie de production de pétrole et de gaz. La grande majorité de ces modifications sont issues des
questions soulevées par les utilisateurs des documents. Une description du processus ayant permis
l'approbation de ces modifications est disponible sur le site web de maintenance de la série ISO 15156, à
l'adresse www.iso.org/iso15156maintenancewww.iso.org/iso15156maintenance.
Lorsque les experts de l'industrie de production de pétrole et de gaz les estiment nécessaires, les futures
modifications provisoires devant être apportées au présent document seront traitées de la même
manière et impliqueront des mises à jour provisoires du présent document qui se présenteront sous la
forme de Rectificatifs techniques ou de Circulaires techniques. Il convient que les utilisateurs du présent
document soient conscients que de tels documents peuvent exister et qu'ils peuvent avoir un impact sur
la validité des références datées citées dans le présent document.
L'Agence de Maintenance de la série ISO 15156 au DIN, a été créée après son approbation par le Bureau
de Gestion Technique de l'ISO, communiquée dans le document 34/2007. Ce document décrit la création
de l'Agence, qui comprend des experts de la NACE, de l'EFC et de l'ISO/TC 67, ainsi que le processus
d'approbation des amendements. Il est disponible sur le site web de maintenance de la série ISO 15156
et auprès du Secrétariat de l'ISO/TC 67. Ce site web permet également d'accéder aux documents associés
qui fournissent plus de détails sur les activités de maintenance de la série ISO 15156.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour
utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène
sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de gaz —
Partie 3 : :
ARC (alliages résistants à la corrosion) et autres alliages résistant
à la fissuration
AVERTISSEMENT — Les alliages résistants à la corrosion (ARC) et d'autres alliages sélectionnés à
l'aide du présent document résistent à la fissuration dans les conditions de service définies pour
les milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S) en production de pétrole et de gaz, mais ils ne
sont pas nécessairement insensibles à la fissuration dans toutes les conditions de service. Il est de
la responsabilité de l'utilisateur des équipements de sélectionner les alliages ARC et autres
convenant au service voulu.
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie des exigences et donne des recommandations concernant la sélection et la
qualification des alliages ARC (alliages résistants à la corrosion) et d'autres alliages dans des équipements
utilisés pour la production de pétrole et de gaz naturel et dans des installations de traitement de gaz
naturel en milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S), où toute défaillance peut présenter un risque
pour la santé et la sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Il peut être appliqué pour
aider à prévenir les dommages coûteux occasionnés par la corrosion aux équipements. Il complète, sans
toutefois s'y substituer, les exigences concernant les matériaux dans les codes de construction, normes
ou autres réglementations appropriés.
Le présent document traite de la résistance de ces matériaux aux dommages pouvant être causés par la
fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC, sulfide stress-cracking), la corrosion fissurante
sous contrainte (SCC, stress-corrosion cracking) et la fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite
par couplage galvanique (GHSC, galvanically-induced hydrogen stress cracking).
Le présent document ne porte que sur la fissuration. Toute perte de matériau par corrosion générale
(perte de masse) ou localisée n'est pas étudiée.
Le Tableau 1Tableau 1 donne une liste non exhaustive d'équipements relevant du domaine d'application
du présent document et comprenant une liste d'équipements pouvant en être exclus.
Le présent document s'applique à la qualification et au choix des matériaux pour les équipements conçus
et construits sur la base des méthodes de calcul sous charge contrôlée. Pour les conceptions effectuées
sur la base de méthodes de calcul basées sur le niveau de déformation acceptable, voir l'ISO 15156--
1:2020, Article 5.
Le présent document ne convient pas nécessairement à des équipements utilisés dans des processus et
des équipements de raffinage ou en aval.
Tableau 1 — Liste des équipements
Le présent document s'applique aux matériaux Exclusions
utilisés
avec les équipements suivants
Équipements de forage, de construction des puits et Équipements exposés uniquement à des fluides
a
d'entretien des puits de forage de composition contrôlée
Trépans
Le présent document s'applique aux matériaux Exclusions
utilisés
avec les équipements suivants
Lames de cisaille de bloc d'obturation de
b
puits (BOP, Blowout Preventer)
Systèmes de tubes prolongateurs de forage
Colonnes de travail
c
Câble et équipement de travail au câble
Tubes de cuvelage de surface et intermédiaires
d
Puits, y compris les équipements de subsurface, les Pompes à tiges de pompage et tiges de pompage
équipements à gaz d’activation (gas lift), les têtes de puits
Pompes submersibles électriques
et arbres de Noël (Christmas trees)
Autre équipement d’activation assistée
Coins
Conduites, lignes de collecte, installations de terrain et Installations de stockage et de manutention du
unités de traitement sur le terrain pétrole brut fonctionnant à une
pression absolue totale inférieure à 0,45 MPa
(65 psi)
Matériel de traitement des eaux Installations de traitement des eaux fonctionnant
à une pression absolue totale inférieure à
0,45 MPa (65 psi)
Matériel d'injection d'eau et de rejet d'eau
Installations de traitement du gaz naturel —
Conduites de transport de liquides, gaz et Conduites de gaz conditionné pour un usage
fluides polyphasiques général commercial et domestique
Pour tous les équipements ci-dessus Composants chargés uniquement par
compression
a
Voir ISO 15156--2:2020, A.2.3.2.3 pour plus d'informations.
b
Voir l'ISO 15156--2:2020, A.2.3.2.1 pour plus d'informations.
c
Les lubrificateurs des câbles et les dispositifs de liaison des lubrificateurs ne sont pas exclus.
d
Pour les pompes à tiges de pompage et les tiges de pompage, se référer à la NACE MR0176.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 6507--1, Matériaux métalliques — Essai de dureté Vickers — Partie 1: Méthode d'essaid’essai
ISO 6508--1, Matériaux métalliques — Essai de dureté Rockwell — Partie 1: Méthode d'essaid’essai
ISO 6892--1, Matériaux métalliques — Essai de traction — Partie 1: Méthode d'essaid’essai à température
ambiante
ISO 10423, Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipement de forage et de production — Équipement
pour têtes de puits et arbres de Noël
ISO 11960, Industries du pétrole et du gaz naturel — Tubes d'acierd’acier utilisés comme tubes de cuvelage
ou tubes de production dans les puits
2 © ISO 2020 – Tous droits réservés
ISO 15156--1:2020, Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des
environnements contenant de l'hydrogènel’hydrogène sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de
gaz — Partie 1: Principes généraux pour le choix des matériaux résistant à la fissuration
ISO 15156--2:2020, Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des
environnements contenant de l'hydrogènel’hydrogène sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de
gaz — Partie 2: Aciers au carbone et aciers faiblement alliés résistants à la fissuration, et utilisation de
fontes
ASTM A747/A747M , Standard Specification for Steel Castings, Stainless, Precipitation Hardening
ASTM E29, Standard Practice for Using Significant Digits in Test Data to Determine Conformance with
Specifications
ASTM E562, Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count
EFC Publication 17, , Corrosion resistant alloys for oil and gas production: guidelines on general
requirements and test methods for H S service
NACE CORROSION/95 Paper 47, Test methodology for elemental sulfur-resistant advanced materials for
oil and gas field equipment
NACE TM0177:2016, Laboratory testing of metals for resistance to sulfide stress cracking and stress
corrosion cracking in H S environments
SAE AMS-2430 , Shot Peening
SAE — ASTM, Metals and alloys in the Unified Numbering System
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 15156--1, l'ISO 15156--2 ainsi
que les suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— — ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https://www.iso.org/obp
— — IEC Electropedia: disponible à l'adresse https://www.electropedia.org/
3.1
vieillissement
changement des propriétés métallurgiques qui se produit généralement lentement à la température
ambiante (vieillissement naturel) et plus rapidement à une température plus élevée (vieillissement
artificiel)
3.2
recuit
chauffage et maintien à une température appropriée d'un matériau spécifique et refroidissement à une
vitesse correcte, dans le but de réduire la dureté, d'améliorer l'aptitude à l'usinage ou d'obtenir des
propriétés souhaitées
www.astm.orgwww.astm.org
www.efcweb.org www.efcweb.org
www.sae.orgwww.sae.org
3.3
austénite
phase cristalline cubique à faces centrées d'alliages ferreux
3.4
acier inoxydable duplex
acier inoxydable austénitique/ferritique
acier inoxydable (3.13(3.13)) dont la microstructure, à température ambiante, est principalement
constituée d'un mélange d'austénite (3.3(3.3)) et de ferrite (3.5(3.5))
3.5
ferrite
phase cristalline cubique centrée d'alliages ferreux
3.6
acier inoxydable ferritique
acier inoxydable (3.13(3.13)) dont la microstructure, à température ambiante, se compose
essentiellement de ferrite (3.5(3.5))
3.7
fissuration sous contrainte par l’hydrogène induite par couplage galvanique
GHSC (Galvanically induced Hydrogen Stress Cracking)
fissuration due à la présence d'hydrogène dans un métal, induite dans la cathode d'un couple galvanique,
et à une contrainte de traction (résiduelle et/ou appliquée)
3.8
martensite
solution solide, dure et sursaturée de carbone dans le fer caractérisée par une microstructure aciculaire
(en aiguilles)
3.9
acier martensitique
acier dans lequel une microstructure de martensite (3.8(3.8)) peut être obtenue par trempe à une vitesse
de refroidissement suffisamment rapide pour éviter la formation d'autres microstructures
3.10
indice de résistance aux piqûres
PREN
FPREN
nombre, développé pour refléter et prédire la résistance à la corrosion par piqûres d'un alliage ARC, basé
sur les proportions des éléments Cr, Mo, W et N dans la composition chimique de l'alliage
Note 1 à l'article : : Voir 6.36.3 pour d'autres informations.
3.11
environnement de production
les fluides produits d'origine naturelle sans contamination par des produits chimiques qui réduisent
temporairement ou continuellement le pH in situ
Note 1 à l'article : : Le reflux de produits chimiques à des fins de stimulation et d'élimination de la calamine peut
réduire temporairement le pH de manière significative et certains produits chimiques injectés en continu, tels que
les anti-incrustants, peuvent réduire le pH de manière continue.
3.12
solution solide
phase cristalline unique contenant deux éléments ou plus
4 © ISO 2020 – Tous droits réservés
3.13
acier inoxydable
acier contenant une fraction massique de 10,5 % ou plus de chrome et éventuellement d'autres éléments
ajoutés pour obtenir des propriétés particulières
4 Symboles et abréviations
ARC alliage résistant à la corrosion (corrosion-resistant alloy)
AYS limite réelle d'élasticité (actual yield strength)
bal équilibre de la composition jusqu'à 100 % (balance)
BOP bloc d'obturation de puits (blowout preventer)
CIC compressé isostatique à chaud (hot isostatically pressed)
CR éprouvette en C (c-ring)
DCB essai en double poutre [double cantilever beam (test)]
FPB essai de flexion à quatre points [four-point bend (test)]
GHSC fissuration sous contrainte par l’hydrogène induite par couplage galvanique (galvanically
induced hydrogen stress cracking)
HBW dureté Brinell (Brinell hardness)
HIC fissuration induite par l'hydrogène (hydrogen-induced cracking)
HRB dureté Rockwell, échelle B [Rockwell hardness (scale B)]
HRC dureté Rockwell, échelle C [Rockwell hardness (scale C)]
HSC fissuration sous contrainte par l’hydrogène (hydrogen stress cracking)
HV dureté Vickers (Vickers hardness)
NDS aucune information fournie (no data submitted)
pCO pression partielle de CO
2 2
pH S pression partielle de H S
2 2
PREN indice de résistance aux piqûres (pitting-resistance equivalent number)
PWHT traitement thermique après soudage (post-weld heat treatment)
RSRT essai par onde de déformation (rippled strain rate test)
S soufre élémentaire
SCC corrosion fissurante sous contrainte (stress-corrosion cracking)
SMYS limite d'élasticité minimale spécifiée (specified minimum yield strength)
SOHIC fissuration orientée sous contrainte induite par l'hydrogène (stress-oriented hydrogen-induced
cracking)
SSC fissuration sous contrainte induite par les sulfures (sulfide stress cracking)
SSRT essai à faible vitesse de déformation (slow strain rate test)
SZC fissuration des zones de plus faible dureté (soft-zone cracking)
UNS système de numérotation unifié (des alliages) [unified (alloy) numbering system]
UT traction uniaxiale (essai) [(uniaxial tensile (test)]
ZAT zone affectée thermiquement (heat-affected zone)
5 Facteurs affectant la résistance à la fissuration des alliages résistant à la
corrosion (ARC) et d'autres alliages dans les milieux contenant de l'hydrogène
sulfuré (H S)
Le comportement des alliages ARC et d'autres alliages en milieux contenant de l'hydrogène sulfuré (H S)
peut être affecté par des interactions complexes entre les paramètres suivants:
— — composition chimique, résistance, traitement thermique, microstructure, méthode de fabrication
et état fini du matériau;
— — pression partielle de l'hydrogène sulfuré (H S) ou concentration équivalente en phase aqueuse;
— — acidité (pH in situ) de la phase aqueuse;
— — concentration en ions chlorures ou autres ions halogénures;
— — présence d'oxygène, de soufre ou d'un autre oxydant;
— — température d'exposition;
— — résistance à la corrosion par piqûres du matériau dans l'environnement de service;
— — effets galvaniques;
— — contrainte de traction totale (appliquée plus résiduelle) ;);
— — temps d'exposition.
Ces facteurs doivent être pris en compte lorsque le présent document est utilisé pour la sélection de
matériaux adaptés aux milieux contenant de l'H S dans les systèmes de production de pétrole et de gaz.
6 Qualification et sélection des alliages ARC et des autres alliages par rapport au
risque de fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), de
corrosion fissurante sous contrainte (SCC) et de fissuration sous contrainte
par l'hydrogène induite par couplage galvanique (GHSC) dans les milieux
contenant de l'H S
6.1 Généralités
Les alliages ARC et les autres alliages doivent être sélectionnés pour leur résistance à la fissuration sous
contrainte induite par les sulfures (SSC), à la corrosion fissurante sous contrainte (SCC) et/ou à la
fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite par couplage galvanique (GHSC) en fonction de ce qui
est nécessaire pour le service prévu.
La conformité au présent document d'un alliage ARC ou d'un autre alliage implique la résistance à la
fissuration dans les limites définies dans l'environnement de service. Ces limites dépendent du type de
matériau ou de l'alliage individuel.
Il peut être nécessaire pour l'acheteur de l'équipement de fournir au fournisseur des informations sur les
conditions d'exposition proposées pour permettre la qualification et/ou la sélection des alliages ARC et
des autres alliages.
Pour définir la sévérité des milieux contenant de l'H S, les expositions qui peuvent se produire au cours
de fonctionnements perturbés ou d'arrêts du système doivent également être considérées. Ces
expositions peuvent inclure de l'eau condensée non tamponnée et à faible pH. Les limites données dans
les tableaux de l'Annexe Al'Annexe A concernent les environnements de production et ne couvrent pas
6 © ISO 2020 – Tous droits réservés
les conditions survenant lors de l'injection ou du reflux de produits chimiques susceptibles de réduire le
pH in situ.
Les alliages ARC et les autres alliages doivent être sélectionnés en utilisant l'Annexe Al'Annexe A ou après
une qualification par des essais réussis en laboratoire conformément à l'Annexe Bl'Annexe B. Une
qualification fondée sur une expérience sur le terrain satisfaisante est également acceptable. Une telle
qualification doit satisfaire à l'ISO 15156--1.
À l'Annexe Al'Annexe A,, les matériaux sont identifiés par groupes de matériaux. Dans chaque groupe, les
alliages sont identifiés par type de matériau (dans les limites de la composition) ou en tant qu'alliages
individuels. Les conditions métallurgiques et les limites environnementales acceptables dans lesquelles
il est prévu que les alliages résistent à la fissuration sont indiquées. Les limites environnementales sont
données pour la pression partielle d'H S, la température, la concentration en chlorures et le soufre
élémentaire.
Un alliage ARC ou un autre alliage peut être qualifié par des essais pour une utilisation dans des
conditions d'exploitation qui sont plus sévères que les limites environnementales indiquées à
l'Annexe Al'Annexe A. De plus, un alliage ARC ou un autre alliage peut être qualifié pour l'utilisation dans
des conditions métallurgiques différentes (résistance plus élevée, autre traitement thermique, etc.) de
celles indiquées à l'Annexe Al'Annexe A.
La documentation des qualifications effectuées conformément à l'Annexe Bl'Annexe B doit satisfaire aux
exigences de l'ISO 15156--1:2020, Article 9.
L'utilisateur de l'équipement doit vérifier les qualifications (voir B.2.2B.2.2)) et conserver la
documentation appuyant les choix de matériaux effectués.
6.2 Évaluation des propriétés des matériaux
6.2.1 Dureté des métaux de base
Si des mesures de dureté sur le métal de base sont précisées, suffisamment d'essais de dureté doivent
être effectués pour établir la dureté réelle de l'alliage ARC ou autre examiné. Les lectures individuelles de
dureté Rockwell C (HRC) dépassant la valeur permise par le présent document peuvent être considérées
comme acceptables si la moyenne de plusieurs lectures proches de celles-ci ne dépasse pas la valeur
permise par le présent document et qu'aucune lecture individuelle ne dépasse la valeur acceptable de
plus de 2 unités de l'échelle de dureté Rockwell HRC. Des exigences équivalentes doivent s'appliquer aux
autres méthodes de mesurage de la dureté lorsque celles-ci sont spécifiées dans le présent document ou
qu'il y est fait référence dans une spécification de fabrication.
La conversion des valeurs de dureté vers ou à partir d'autres échelles dépend du matériau. L'utilisateur
peut établir les tableaux de conversion nécessaires.
NOTE Le nombre et l'emplacement des zones d'essais de dureté sur les métaux de base ne sont pas spécifiés
dans l'ISO 15156 (toutes les parties).
6.2.2 Propriétés de résistance à la fissuration des soudures
6.2.2.1 Généralités
Les modifications métallurgiques qui se produisent durant le soudage d'alliages ARC et d'autres alliages
peuvent modifier leur sensibilité à la fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), à la
corrosion fissurante sous contrainte (SCC) et/ou à la fissuration sous contrainte par l'hydrogène induite
par couplage galvanique (GHSC). Les raccords soudés peuvent présenter une sensibilité à la fissuration
supérieure à celle du ou des matériaux de base raccordés.
L'utilisateur de l'équipement peut laisser la sensibilité à la fissuration des soudures régir les limites des
conditions de service sûres d'un système fabriqué.
Il convient de choisir les procédés et les consommables utilisés pour le soudage selon les règles de l'art
et de manière à obtenir les résistances à la corrosion et à la fissuration requises.
Le soudage doit être exécuté conformément aux codes et normes appropriés convenus entre le
fournisseur et l'acheteur. Les spécifications des modes opératoires de soudage (WPS, welding procedure
specifications) et les dossiers de qualification de ces modes opératoires (PQR, procedure qualification
records) doivent être mis à disposition de l'utilisateur de l'équipement pour inspection.
Les dossiers PQR de soudage doivent comprendre des preuves appuyées par des documents démontrant
une résistance à la fissuration satisfaisante dans des conditions au moins aussi sévères que celles de
l'application proposée. De telles preuves doivent se baser sur au moins l'un des éléments suivants:
— — la conformité aux exigences et aux recommandations pour le groupe de matériaux spécifique de
l'Annexe Al'Annexe A (6.2.2.2 (6.2.2.2 et 6.2.2.36.2.2.3) ;);
— — des essais de qualification pour la résistance à la fissuration des soudures conformément à
l'Annexe Bl'Annexe B ;;
— — une expérience sur le terrain appuyée par des documents, sur le modèle de celle spécifiée pour
les métaux de base dans l'ISO 15156--1.
Les exigences et les recommandations indiquées à l'Annexe Al'Annexe A peuvent ne pas être appropriées
pour toutes les combinaisons de métaux de base et du métal fondu utilisés pour la fabrication de
l'équipement et des composants. L'utilisateur de l'équipement peut demander des preuves de la réussite
d'un essai de résistance à la fissuration, intégré à la qualification des modes opératoires de soudage, pour
s'assurer que les soudures produites confèrent une résistance adéquate à la fissuration sous contrainte
induite par les sulfures (SSC), à la corrosion fissurante sous contrainte (SCC) et à la fissuration sous
contrainte par l'hydrogène induite par couplage galvanique (GHSC) pour l'application.
6.2.2.2 Qualification des modes opératoires de soudage conformément à l'Annexe Al'Annexe A,,
basée sur la dureté
6.2.2.2.1 Généralités
La qualification des modes opératoires de soudage pour le service en milieu H S doit, si elle est spécifiée
à l'Annexe Al'Annexe A,, comprendre des essais de dureté conformément aux
Paragraphes 6.2.2.2.2Paragraphes 6.2.2.2.2, 6.2.2.2.3, 6.2.2.2.3 et 6.2.2.2.46.2.2.2.4.
6.2.2.2.2 Méthodes d'essais de dureté pour une qualification des modes opératoires de soudage
Sauf approbation contraire de l'utilisateur, les essais de dureté pour les dossiers de qualification des
modes opératoires de soudage doivent être effectués à l'aide des méthodes Vickers HV 10 ou HV 5
conformément à l'ISO 6507--1 ou Rockwell 15 N conformément à l'ISO 6508--1.
NOTE Pour les besoins du présent document, l'ASTM E384 est équivalente à l'ISO 6507--1 et l'ASTM E18 est
équivalente à l'ISO 6508--1.
6.2.2.2.3 Inspections de dureté pour une qualification des modes opératoires de soudage
Les inspections de dureté pour les soudures bout à bout, les soudures d'angle, les soudures de réparation
et à pénétration partielle et les soudures de recouvrement doivent être effectuées comme décrit dans
l'ISO 15156--2:2020, 7.3.3.3.
6.2.2.2.4 Critères d'acceptation pour la dureté des soudures
Les critères d'acceptation relatifs à la dureté des soudures pour les alliages ARC ou les autres alliages,
indiqués à l'Annexe Al'Annexe A,, doivent s'appliquer aux alliages sélectionnés en utilisant
l'Annexe Al'Annexe A.
Les critères d'acceptation de dureté peuvent également être établis à partir d'essais de résistance à la
fissuration réussis sur des échantillons soudés. Les essais doivent être conformes à
l'Annexe Bl'Annexe B.
8 © ISO 2020 – Tous droits réservés
6.2.2.3 Qualification des modes opératoires de soudage conformément à l'Annexe Al'Annexe A,,
avec d'autres moyens d'essai
Lorsque cela est approprié, les exigences et recommandations pour s'assurer d'une résistance à la
fissuration adéquate des soudures, en utilisant d'autres moyens d'essais, sont fournies dans les groupes
de matériaux de l'Annexe Al'Annexe A.
6.2.3 Propriétés de résistance à la fissuration associées à d'autres méthodes de fabrication
Pour les alliages ARC et les autres alliages qui sont sujets à des modifications métallurgiques provoquées
par des méthodes de fabrication autres que le soudage, les essais de qualification de résistance à la
fissuration du matériau affecté par la fabrication doivent être spécifiés dans la qualification du processus
de fabrication.
Les essais de qualification doivent être spécifiés en tant que partie intégrante de la qualification du
procédé d'oxycoupage si une quelconque zone affectée thermiquement (ZAT) reste dans le produit final.
Les exigences et les critères d'acceptation en 6.2.26.2.2 doivent s'appliquer aux essais de qualification des
méthodes de fabrication et des procédés d'oxycoupage, sous réserve de l'interprétation correcte des
exigences d'inspections de dureté en 6.2.2.2.36.2.2.2.3 pour la méthode de fabrication ou le procédé
d'oxycoupage.
La forme et l'emplacement des échantillons utilisés pour l'évaluation et les essais doivent avoir fait l'objet
d'un accord avec l'utilisateur de l'équipement.
6.3 PREN
Pour déterminer la conformité aux exigences du présent document, toutes les limites de F spécifiées
PREN
dans le présent document doivent être considérées comme des limites absolues telles que définies dans
la norme ASTM E29. Avec la méthode absolue, une valeur observée ou une valeur calculée ne doit pas
être arrondie, mais doit être comparée directement à la valeur limite spécifiée. La conformité ou la non--
conformité à la spécification est fondée sur cette comparaison.
Le calcul de F est fondé sur la composition réelle et non sur la composition nominale. La composition
PREN
nominale est uniquement utilisée pour la classification générale.
Le PREN (F ) doit être calculé comme indiqué dans la Formule (1)Formule (1) ::
PREN
(1)
𝐹𝐹 =𝑤𝑤 +3,3(𝑤𝑤 +0,5𝑤𝑤 )+16𝑤𝑤 (1)
PREN Cr Mo W N
où
wCr est la fraction massique du chrome dans l'alliage, exprimée en fraction massique en
pourcentage de la composition totale;
w est la fraction massique du molybdène dans l'alliage, exprimée en fraction massique en
Mo
pourcentage de la composition totale;
w est la fraction massique du tungstène dans l'alliage, exprimée en fraction massique en
W
pourcentage de la composition totale;
w est la fraction massique de l'azote dans l'alliage, exprimée en fraction massique en
N
pourcentage de la composition totale.
NOTE Il existe plusieurs variantes du PREN. Elles ont toutes été développées pour refléter et prédire la
résistance à la corrosion par piqûres des alliages ARC au Fe/Ni/Cr/Mo en présence de chlorures et d'oxygène
dissous, par exemple dans l'eau de mer. Bien qu'utiles, ces indices n'indiquent pas directement la résistance à la
corrosion dans un environnement de champs de pétrole contenant de l'H S.
7 Informations d'achat et marquage
7.1 Informations qu'il est recommandé de fournir pour l'achat de matériaux
7.1.1 La préparation des spécifications pour l'achat de matériaux peut nécessiter la coopération et des
échanges de données entre l'utilisateur de l'équipement, le fournisseur de l'équipement et le fabricant de
matériaux afin de garantir que les matériaux achetés répondent aux exigences de l'ISO 15156--1 et du
présent document.
7.1.2 Les renseignements suivants doivent être fournis:
— — préférence pour des types et/ou grades de matériaux (s'ils sont connus) ;);
— — type d'équipement (s'il est connu) ;);
— — la référence au présent document, c'est-à-dire l'ISO 15156-3:2020;
— — bases d'acceptation pour la sélection de matériaux en fonction de la résistance à la fissuration,
voir l'Article 6l'Article 6.
7.1.3 L'utilisateur de l'équipement et le fournisseur de l'équipement et/ou le fabricant de matériaux
peuvent convenir que des alliages ARC et d'autres alliages, autres que ceux décrits et/ou répertoriés à
l'Annexe Al'Annexe A,, soient sélectionnés, sous couvert d'essais de qualification appropriés.
Si l'acheteur a l'intention de faire usage de tels accords, extensions et qualifications, les informations
complémentaires appropriées doivent être clairement indiquées dans la spécification de commande des
matériaux. Ces renseignements incluent les éléments suivants:
— — des exigences pour les essais à la fissuration sous contrainte induite par les sulfures (SSC), à la
corrosion fissurante sous contrainte (SCC) et/ou à la fissuration sous contrainte par l'hydrogène
induite par couplage galvanique (GHSC) (voir l'Article 6l'Article 6 et l'Annexe Bl'Annexe B) ;);
— — des conditions de service pour une application en milieu H2S particulière.
7.1.4 Les renseignements requis pour l'achat de matériaux doivent être indiqués dans les fiches
techniques appropriées. Des exemples de formats sont indiqués à l'Annexe Cl'Annexe C.
7.2 Marquage, étiquetage et documentation
Les matériaux conformes au présent document doivent être rendus traçables, de préférence
...
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