SY/T 7864.3-2025 石油天然气工业 含硫化氢环境用承压件材料的选择和评价 第3部分：金属密封件材料

ICS 75.180.01 CCS E 90

中华人民共和国石油天然气行业标准

SY/T 7864.3—2025

石油天然气工业含硫化氢环境用承压件材料的选择和评价

第3部分：金属密封件材料

Petroleum and natural gas industries—Selection and evaluation of pressure-

containing parts materials for use in H₂S-containing environments—

Part 3:Metal materials for seals

2025-12-18发布 2026—06-18实施

国家能源局发布

目次

前言 Ⅱ

引言 Ⅲ

1 范围 1

2 规范性引用文件 1

3 术语和定义 1

4 略缩语 2

5 选材流程 2

6 抗硫化氢开裂材料的选择 3

6.1 通用要求 3

6.2 腐蚀介质 3

6.3 材料类型 3

6.4 材料推荐 3

6.5 碳钢和低合金钢 4

6.6 奥氏体不锈钢 4

6.7 固溶镍基合金 4

7 金属密封件性能要求 4

7.1 化学成分 4

7.2 硬度 4

8 耐蚀堆焊层性能评定 5

8.1 通用要求 5

8.2 试样 7

8.3 化学成分 7

8.4 导向弯曲 7

8.5 硬度 7

8.6 力学性能 7

9 耐蚀堆焊层抗硫化氢开裂性能评价 7

10 试验评价报告 8

参考文献 9

I

前言

本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

本文件是SY/T 7864《石油天然气工业含硫化氢环境用承压件材料的选择和评价》的第3部分。SY/T 7864已经发布了以下部分：

——第1部分：金属承压件材料;

——第2部分：橡胶密封件材料;

——第3部分：金属密封件材料。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由石油工业标准化技术委员会石油管材专业标准化技术委员会(CPSC/TC5) 提出并归口。

本文件起草单位：中国石油集团工程材料研究院有限公司、中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司、中国石油集团渤海石油装备制造有限公司、宝鸡石油机械有限责任公司、河北华北石油荣盛机械制造有限公司、中国石油大学(北京)、东营天锦石油科技开发有限公司、德州联合石油科技股份有限公司、广汉华油钻采设备制造有限公司、江苏金石机械集团有限公司。

本文件主要起草人：吉楠、冯少波、王鹏、魏军会、刘艳梅、张宝、张志、刘福东、张川、申彪、李鸿江、卢俊安、屈志明、国聪、胀永峰、王伟、武胜男、李敏、杨成永、汪成元、常和林。

Ⅱ

引言

石油天然气工业领域中，用于含硫化氢环境的承压材料种类较多，且不同类别材料之间性能差异较大。为了有效指导文件使用者，依据材料类型划分，SY/T 7864《石油天然气工业含硫化氢环境用承压件材料的选择和评价》拟由三个部分构成。

——第1部分：金属承压件材料。目的在于给出适用于含硫化氢(H₂S) 环境服役的碳钢、低合金钢、不锈钢、镍基合金承压件材料的选择和评价方法。

——第2部分：橡胶密封件材料。目的在于给出适用于含硫化氢(H₂S) 环境服役的橡胶密封件材料的选择和评价方法。

——第3部分：金属密封件材料。目的在于给出适用于含硫化氢 (H₂S) 环境服役的碳钢、不锈钢、镍基合金及其他耐蚀合金金属密封件材料、耐蚀堆焊层的选择和评价方法。

本文件作为SY/T 7864的第3部分，与其他部分为并列关系，分属不同类型的石油天然气工业含硫化氢环境用承压件材料，将有效指导使用者进行科学选材。

Ⅲ

石油天然气工业含硫化氢环境用承压件材料的选择和评价第3部分：金属密封件材料

警告：本文件试验涉及剧毒硫化氢气体，本文件并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施。

1 范围

本文件规定了含硫化氢( H₂S) 环境服役用金属密封件的选材流程、抗硫化氢材料选择、金属密封件性能要求、耐蚀堆焊层性能评定、耐蚀堆焊层抗硫化氢开裂性能评价和试验评价报告要求。

本文件适用于井口装置、采油/气树、钻通设备中耐蚀堆焊层，以及端部和出口连接用金属密封件的选择和评价。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 230.1—2018 金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法

GB/T 4340.1—2024 金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法

GB/T 11170 不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)

GB/T 20174 石油天然气钻采设备钻通设备

GB/T 20972.2 石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第2部分：抗开裂碳钢、低合金钢和铸铁

GB/T 20972.3 石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料第3部分：抗开裂耐蚀合金和其他合金

GB/T 22513 石油天然气钻采设备井口装置和采油树

GB/T 36164 高合金钢多元素含量的测定 X 射线荧光光谱法(常规法)

NB/T 47014 承压设备焊接工艺评定

SY/T 7864.1—2025 石油天然气工业含硫化氢环境用承压件材料的选择和评价第1部分： 金属承压件材料

3 术语和定义

GB/T 22513、GB/T 20174界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

金属密封件 metal seal parts

在压缩载荷下通过弹塑性变形填充密封间隙以实现密封功能的一种金属材料。

1

3 .2

耐蚀合金 corrosion resistant alloy (CRA)

钛、镍、钴、铬、钼，其中任何一种元素的规定含量或总含量超过50%(质量分数)的非铁基合金。

[来源：GB/T 22513—2023,3.22] 3.3

奥氏体不锈钢 austenitic stainless steel

在室温下显微组织由奥氏体组成的不锈钢。

[来源：GB/T 20972.3—2008,3.4] 3.4

耐蚀垫环槽 corrosion-resistant ring groove

堆焊有耐蚀合金(3.2)或奥氏体不锈钢(3.3)耐腐蚀层用于安放和固定垫环的环槽。 3.5

堆焊 overlaying-welding

使用焊接方法形成金属熔敷层的过程。

[来源：GB/T 22652—2019,3.12] 3.6

承压件 pressure-containing part

当预期功能丧失时，会导致其封存流体泄漏的零件，包括本体、阀盖、阀杆、端部连接装置、法兰密封垫环及橡胶密封件。

4 略缩语

下列缩略语适用于本文件。

FPB: 四点弯曲试验(Four Point Bending Test)

GHSC: 电偶诱发的氢致开裂(Galvanically-induced Hydrogen Stress-cracking)

SCC: 应力腐蚀开裂( Stress Corrosion Cracking)

SSC: 硫化物应力开裂 (Sulfide Stress Cracking)

SZC: 软区开裂(Soft Zone Cracking)

5 选材流程

用于含硫化氢环境的金属密封件材料应符合GB/T 22513和GB/T 20174的要求。用户在按照本文件选材和评价之前，应对金属密封件的使用环境、材料使用现场经验及可能的失效类型进行调研、评估并以文件形式记录。应明确并记录影响硫化氢开裂行为的关键环境参数，包括但不限于H₂S 分压、 原位pH值、溶解的氯化物浓度和温度。

用户应按照本文件，根据金属密封件预期的使用环境及用途，首先根据第6章的要求选择对应的材料，然后按照第7章和第8章的要求分别对密封件材料与耐蚀堆焊层材料进行性能评价，评价合格的材料可在相应的环境中进行使用。第6章未列出的材料，由用户与制造商协定进行材料抗硫化氢性能评价，评价合格的材料再根据第7章和第8章的要求进行性能评价。如果认为耐蚀堆焊后的热处理会对耐蚀堆焊层的抗硫性能造成影响，可根据第9章的要求进行耐蚀对焊层的抗硫化氢性能评价。

2

6 抗硫化氢开裂材料的选择

6.1 通用要求

用于含硫化氢环境的不锈钢和镍基合金的金属密封件的材料制造工艺和使用环境应符合本章、 GB/T 20972.2和GB/T 20972.3的规定。

6.2 腐蚀介质

金属密封件主要接触油气产出流体环境，包括生产过程中接触的石油、天然气、水、H₂S 和CO₂ 等。对于碳钢和低合金钢，油气产出流体环境诱发的主要开裂失效机制为SSC; 对于不锈钢和CRA, 油气产出流体环境诱发的潜在开裂失效机制为SSC、SCC和 ( 或 )GHSC。主要的开裂机制与材料类型有关。

6.3 材料类型

应根据不同的腐蚀环境及金属承压件材料级别选择相应的金属密封件材料。材料选择应符合表1 的要求，酸性环境中使用的DD、EE、FF和HH 级材料还应同时符合第7章和第8章的规定。在符合力学性能要求的条件下，不锈钢和(或)CRA 可代替碳钢或低合金钢作为AA和 BB 级承压材料配套使用的金属密封件材料。同样，对于任何材料级别，CRA可代替不锈钢。不锈钢或低合金钢材料用于DD 级金属承压件时，应在表面堆焊CRA。

表1金属密封件材料类型

材料级别

金属密封件材料最低要求

AA

一般使用

碳钢或不锈钢或CRA

BB

碳

钢或不锈钢或CRA

CC

不锈钢或CRA

DD

酸性环境

EE

FF

HH

CRA

6.4 材料推荐

6.4.1 可按照表2列出的材料选择金属密封件材料和耐蚀堆焊材料。

6.4.2 本章列出的不锈钢和 CRA, 若在GB/T 20972.3和本章给出的环境限制内使用，可不进行 SCC、SSC和GHSC试验评价，但用户有要求或制造商书面规范中规定的SCC、SSC和GHSC试验， 应按照GB/T 20972.3的规定进行试验并评价合格，同时报告试验结果。GB/T 20972.3列出但本章未列出的不锈钢和CRA, 应按照GB/T 20972.3的规定进行试验评价。

6.4.3 本章列出的碳钢和低合金钢可按照GB/T 20972.2的规定进行抗HIC、SOHIC或SZC 评价并出具试验报告。

3

表2用于含硫化氢环境金属密封件及耐蚀堆焊的常用金属材料

材料类别

UNS编号(通用名称)

H₂S限制

主要用途

碳钢

10号

不限制H₂S分压

金属密封件

奥氏体不锈钢

J92600(CF-8)

J92900(CF-8M)

S30400(304SS)

S30403(304LSS)

S31600(316SS)

S31603(316LSS)

固溶镍基合金

N08825(825)

N06625(625)

耐蚀堆焊层

N07725(725)

6.5 碳钢和低合金钢

用10号碳钢材料制造的金属密封件，在退火或正火状态下硬度不大于68HRB时，可在不限pH 值和H₂S分压酸性环境中使用。

6.6 奥氏体不锈钢

用锻造S30400、S30403、S31600或S31603 材料制造的金属密封件，在固溶退火状态下硬度不大于83HRB时，可在不限pH 值和H₂S分压酸性环境中使用。

用离心浇铸J92600或J92900材料制造的金属密封件，在固溶退火状态下硬度不大于83HRB时， 可在不限pH值和H₂S分压酸性环境中使用。

6.7 固溶镍基合金

用锻造固溶镍基合金N08825材料制造的金属密封件，在固溶退火状态下硬度不大于92HRB时， 可在不限制pH 值和H₂S分压酸性环境使用。

固溶镍基合金N06625和沉淀硬化镍基合金N07725可用于低合金钢或不锈钢本体、阀盖、端部和出口连接表面及垫环槽的耐蚀堆焊层材料，堆焊后应进行热处理或消除应力处理。

7 金属密封件性能要求

7.1 化学成分

金属密封件材料化学成分分析应按照GB/T 36164和 GB/T 11170的规定进行。试样应直接从金属密封件上切取。本文件列出的碳钢、奥氏体不锈钢和N08825固溶镍基合金的化学成分应分别符合表3、表4和表5的要求，其他CRA的化学成分应符合制造商书面规范或GB/T 20972.3的要求。

7.2 硬度

硬度试验应符合GB/T 230.1—2018的规定。应在金属密封件的上表面或下表面沿圆周方向等弧测量至少4处，可按照图1所示的位置进行试验。硬度的验收准则应符合表6的规定。

4

表3碳钢化学成分要求(质量分数，%)

材料牌号

C

Cr

Ni

Mn

Si

P

S

Cu

Fe

0.07~

0.13

≤0.15

≤0.30

0.35~

0.65

0.17~

0.37

≤0.035

≤0.25

其余

表4奥氏体不锈钢化学成分要求(质量分数，%)

通用名称

Mo

FPREN

Ni+2Mo

J92600

CF-8

≤0.08

18.0~ 21.0

8.0~ 11.0

≤1.50

≤2.00

≤0.04

一

18～21

8～11

J92900

CF-8M

9.0~ 12.0

24～31

13～18

S30400

304SS

18.0~ 20.0

8.0~ 10.5

≤1.00

≤0.045

≤0.03

18～20

8~ 10.5

S30403

304LSS

18.0~

20.0

8.0~

12.0

17～19

10～13

S31600

316SS

16.0~ 18.0

10.0~ 14.0

2.00

2.0~ 3.0

23～28

14～20

S31603

316LSS

10.0~

14.0

注1:PREN为点蚀当量。

注2:PREN=@c+3.3(wMo+0.5w.)+160N。

表5固溶镍基合金化学成分要求(质量分数，%)

Ti

Al

N08825

825

≤0.05

19.5~ 23.5

38.0~ 46.0

≤0.5

2.5~ 3.5

1.5~ 3.0

0.6~ 1.2

≤0.2

表6金属密封件材料硬度验收准则

材料

最大硬度

HRB

68

不锈钢

83

镍合金N08825

92

其他CRA

应符合制造商的书面规范

8 耐蚀堆焊层性能评定

8.1 通用要求

单件连接的垫环槽、整体端部和出口连接装置的垫环槽耐蚀堆焊、SY/T 7864.1中金属承压件的本体、阀盖和芯轴式悬挂器的耐蚀堆焊的性能评定应符合本章的规定。

5

a) 密封件表面试验位置

8

c ) 椭圆形截面

标引序号说明：

1——密封件表面试验位置1;

2——密封件表面试验位置2,与位置1约呈90°;

3——密封件表面试验位置3,与位置1对称;

4——密封件表面试验位置4,与位置2对称;

5——八角形密封件上表面试验位置;

6——八角形密封件下表面试验位置;

7——椭圆形密封件上表面试验位置;

8——椭圆形密封件下表面试验位置。

图 1 金属密封件硬度测试位置示意图

6

8.2 试样

耐蚀堆焊层性能评定试样应从焊接工艺评定试件上切取，取样位置、形状及尺寸应符合NB/T 47014的要求。

8.3 化学成分

耐蚀堆焊层化学成分分析应按照GB/T 36164和GB/T 11170的规定进行。垫环槽耐蚀堆焊层化学成分分析应在距母材表面3mm 或更小的堆焊层上进行，其他耐蚀堆焊应在制造商规定的完工件最小厚度位置的堆焊层上进行。本文件列出的N06625和N07725镍基合金的化学成分应符合表7的要求。 其他按照GB/T 20972.3选择的耐蚀堆焊材料，堆焊后的化学成分也应符合GB/T 20972.3的规定。

表7镍基合金化学成分要求(质量分数，%)

Nb

N07725

19.0~ 22.5

55.0~ 59.0

≤0.35

7.0~ 9.5

≤0.20

2.75~ 4.0

1.00~

1.70

≤0.015

≤0.010

bal

N06625

≤0.10

20.0~ 23.0

≤0.50

8.0~ 10.0

3.15~

4.15

≤0.40

≤5.0

注：bal表示剩余部分。

8.4 导向弯曲

本体、阀盖、芯轴式悬挂器的耐蚀堆焊层应按照NB/T 47014的要求进行导向弯曲试验。当试样弯曲到规定的角度后，在耐蚀堆焊层任何方向上不应有大于1.5 mm 的开口缺陷，在熔合区不应有大于3mm 的开口缺陷。

8.5 硬度

应按照GB/T 4340.1—2024规定的HV10或HV5, 或 GB/T 230.1—2018规定的15N 标尺的洛氏方法，在堆焊层和母材金属的横截面上进行硬度试验。试验位置应符合GB/T 20972.2的要求。镍基合金N06625堆焊层6次及以上试验结果的平均值应不小于92HRB,N07725 堆焊层6次及以上试验结果的平均值应不大于43HRC, 母材和热影响区的试验结果应符合SY/T 7864.1—2025中8.6的要求。

如果用户同意，额定工作压力不超过69 MPa的垫环槽堆焊材料可使用符合GB/T 20972.3要求的奥氏体不锈钢，6次及以上堆焊层硬度试验的结果平均值应不小于83HRB。

其他类型的耐蚀堆焊应按照GB/T 20972.3的要求进行堆焊层硬度试验，试验结果应符合GB/T 20972.3的规定。

8.6 力学性能

在堆焊和焊后热处理后，使用耐蚀堆焊层的母材应符合最低力学性能要求。试验结果应符合SY/T 7864.1—2025中对母材力学性能的验收要求。

9 耐蚀堆焊层抗硫化氢开裂性能评价

9.1 若进行热处理或消除应力处理，经制造商评估认为该过程可能会影响耐蚀堆焊层的性能时，可

7

按照9.2的规定进行抗SSC、SCC和GHSC实验室评价。

9.2 应按照GB/T 20972.3的规定进行CRA堆焊层的抗SSC、SCC 和 GHSC评价。应选用FPB 试样，FPB 试样应从具有CRA 堆焊层的低合金钢或不锈钢基体的端部由表面向内部方向切取。试样形式可以是完全CRA 覆盖层，也可以是包含下部基体金属的完整焊接接头，能够在评价CRA 覆盖层性能的同时，评价其下部基体金属界面的性能。

10 试验评价报告

试验评价报告中应至少包括以下内容：

a) 委托方和制造商的名称、材料牌号及批次号;

b) 耐蚀堆焊工艺信息;

c) 服役环境工况特征，包括H₂S 分压和温度;

d) 金属密封件性能评定结果;

e) 堆焊评价结果;

f) 评价结论;

g)试验人员和审核人员签名;

h) 报告日期。

参考 文献

[1] GB/T 22652—2019 阀门密封面堆焊工艺评定