ПНСТ 488-2020 Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Болтовые соединения из легированной и нержавеющей стали для эксплуатации в условиях высокого давления. Технические условия

        ПНСТ 488-2020

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Нефтяная и газовая промышленность

СИСТЕМЫ ПОДВОДНОЙ ДОБЫЧИ

Болтовые соединения из легированной и нержавеющей стали для эксплуатации в условиях высокого давления. Технические условия

Petroleum and natural gas industry. Subsea production systems. Alloy-steel and stainless steel bolting for high pressure service. Specification

ОКС 75.020

Срок действия с 2021-08-01

до 2024-08-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Газпром 335" (ООО "Газпром 335")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 023 "Нефтяная и газовая промышленность"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 31 декабря 2020 г. N 104-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет ()

Введение

Создание и развитие отечественных технологий и техники для освоения шельфовых нефтегазовых месторождений должно быть обеспечено современными стандартами, устанавливающими требования к проектированию, строительству и эксплуатации систем подводной добычи. Для решения данной задачи Министерством промышленности и торговли Российской Федерации и Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии реализуется "Программа по обеспечению нормативной документацией создания отечественной системы подводной добычи для освоения морских нефтегазовых месторождений". В объеме работ программы предусмотрена разработка национальных стандартов и предварительных национальных стандартов, областью применения которых являются системы подводной добычи углеводородов.

Целью разработки настоящего предварительного национального стандарта является обеспечение безопасности эксплуатации систем подводной добычи за счет установления требований к крепежным изделиям из легированной и нержавеющей стали, применяемым в сосудах под давлением, клапанах, фланцах и фитингах, эксплуатирующимся в условиях высокого давления в системах подводной добычи углеводородов.

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на крепежные изделия из легированной и нержавеющей стали, применяемые в сосудах под давлением, клапанах, фланцах и фитингах оборудования и сооружений систем подводной добычи углеводородов в условиях с учетом [1].

1.2 Настоящий предварительный стандарт распространяется на крепежные изделия из легированных ферритных марок сталей и нержавеющих аустенитных марок сталей с обозначениями В5, В8 и т.д. Выбор материала крепежных изделий зависит от конструкции, условий эксплуатации, механических свойств и температурных характеристик.

1.3 Настоящий стандарт содержит дополнительные требования, которые при необходимости может предъявлять заказчик. Дополнительные требования должны применяться только при наличии указания в запросе, контракте или заказе.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 1497 (ИСО 6892-84) Металлы. Методы испытаний на растяжение

ГОСТ 9012 Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю

ГОСТ 9013 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу

ГОСТ 26007 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Методы испытания на релаксацию напряжений

ГОСТ 28473 Чугун, сталь, ферросплавы, хром, марганец металлические. Общие требования к методам анализа

ГОСТ ISO 898-1 Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Часть 1. Болты, винты и шпильки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы

ГОСТ Р ИСО 643 Сталь. Металлографическое определение наблюдаемого размера зерна

ГОСТ Р 54153 Сталь. Метод атомно-эмиссионного спектрального анализа

ПНСТ 485 Гайки из углеродистой стали и легированной стали для болтов для эксплуатации в условиях высокого давления и/или высоких температур. Технические условия

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

3.2 отжиг на твердый раствор (solution annealing): Термообработка, предусматривающая нагрев до заданной температуры, выдержку при этой температуре, длительность которой должна быть достаточной для перехода одного или нескольких компонентов в твердый раствор, и последующее охлаждение, скорость которого должна быть достаточной для того, чтобы эти компоненты остались в твердом растворе.

3.3 деформационное упрочнение (strain hardening): Увеличение прочностных свойств материала в результате пластических деформаций при температурах ниже температуры рекристаллизации.

3.4 отпуск (tempering): Термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла.

4 Сокращения

В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:

ПТФЭ - политетрафторэтилен;

ASME (American society of mechanical engineers) - Американское общество инженеров-механиков;

UNS (Unified numbering system) - Универсальная система обозначений металлов и сплавов.

5 Общие требования

В заказе на поставку изделий по настоящему стандарту должно быть указано следующее:

- количество (масса или количество штук);

- наименование изделия (прутки, болты, шпильки, винты);

- марка и класс (см. приложение Б);

- размеры, нормативный документ на размеры;

- указание на необходимость поставки гаек (см. раздел 8);

- требования к покрытию (при необходимости);

- дополнительные требования согласно приложению А.

6 Материал

Химический состав сталей для изготовления крепежных изделий в соответствии с [2] должен соответствовать требованиям, указанным в приложении Б.

7 Изготовление

7.1 Требования к выплавке стали для крепежных изделий указаны в [3].

7.2 Прутки для изготовления крепежных изделий должны быть горячедеформированными и в дальнейшем могут быть обработаны бесцентровым шлифованием или холодным волочением.

7.3 Прутки из ферритных сталей должны пройти термическую обработку по режиму закалки с отпуском. Закалку нужно проводить с отдельного нагрева (не допускается проводить закалку прутков с прокатного или ковочного нагрева). Минимальная температура отпуска должна соответствовать значениям, указанным в приложении В.

7.4 После высадки или нарезания резьбы крепежные изделия из ферритных сталей не должны подвергаться закалке.

7.5 В случаях, когда материал крепежного изделия подвергается холодному волочению, за исключением случаев, указанных в 7.7, должен быть проведен отжиг для снятия напряжений после холодного волочения. Минимальная температура отжига для снятия напряжений должна быть ниже температуры отпуска, но не более чем на 55°С. Испытания для определения механических свойств должны быть проведены после отжига для снятия напряжений.

7.6 Изделия из марок В6 и В6Х следует выдерживать при температуре отпуска в течение не менее 1 ч.

7.7 Изделия из марки В6Х можно поставлять в состоянии непосредственно после проката и отпуска. Холодная деформация после термообработки допускается для материала марки В6Х при условии, что его окончательная твердость отвечает требованиям, указанным в приложении В.

7.8 Если не указано иное, материал крепежных изделий марки В7 может быть подвергнут термообработке в индукционной печи или в электрической печи сопротивления.

7.9 Заготовки марки В16 должны быть нагреты до температуры от 925°С до 955°С и подвергнуты закалке в масле. Минимальная температура отпуска должна соответствовать значениям, указанным в приложении В.

7.10 Все аустенитные нержавеющие стали должны быть подвергнуты отжигу на твердый раствор с учетом особенностей, указанных в 7.11-7.18.

7.11 В соответствии с видом термической обработки крепежные изделия и прутки из аустенитных нержавеющих сталей разделяют на классы:

- класс 1 - отжиг на твердый раствор;

- класс 1A - отжиг на твердый раствор на готовом изделии;

- классы 1B и 1C - отжиг на твердый раствор азотосодержащих нержавеющих сталей;

- класс 1D - отжиг на твердый раствор посредством быстрого охлаждения с прокатного нагрева;

- классы 2, 2B и 2C - отжиг на твердый раствор и деформационное упрочнение.

7.12 Классы 1, 1B, 1C (только марки B8R и B8S), 2, 2B и 2C можно использовать для изготовления прутков и окончательно обработанных крепежных изделий.

7.13 Класс 1A (все марки) и класс 1C (только марки B8RA и B8SA) можно использовать для изготовления окончательно обработанных крепежных изделий.

7.14 Класс 1D используют только для прутков и окончательно обработанных элементов крепежных изделий, которые механически обрабатывают из прутка класса 1D без последующей горячей или холодной обработки.

7.15 Крепежные изделия, изготовленные из классов 1 и 1B всех марок и классов 1C марок B8R и B8S после проката прутка, ковки или высадки, проведенные в горячем или в холодном состоянии, должны пройти отжиг на твердый раствор.

7.16 Катаные или кованые прутки марок класса 1D марок B8, B8M, B8P, B8LN, B8MLN, B8N, B8MN, B8R и B8S должны быть быстро охлаждены непосредственно после горячей деформации при температуре выше 955°С, таким образом, чтобы карбиды по границам зерен остались в растворе. Применение крепежных изделий класса 1D должно быть ограничено температурой 455°С.

7.17 Окончательно обработанные крепежные изделия класса 1A и класса 1C марок B8RA и B8SA должны быть подвергнуты отжигу на твердый раствор после завершения всех операций прокатки, ковки, высадки или нарезания резьбы. Данные обозначения не применимы к исходным материалам, таким как прутки.

8 Механические свойства

8.1 Объем испытаний

8.1.1 Прутки для изготовления крепежных изделий должны пройти испытание на растяжение на одном образце от партии, состоящей из прутков одной плавки, одного диаметра, одной садки термообработки.

8.1.2 Если термическую обработку прутков проводят в печах непрерывного действия, то испытание на растяжение должно быть проведено на двух образцах из партии массой не более 9000 кг, состоящей из прутков одной плавки, одного диаметра, прошедших термообработку. Должно быть проведено одно дополнительное испытание на растяжение на каждые дополнительные 4500 кг прутков в партии.

8.1.3 Крепежные изделия должны проходить испытания партиями. Партия должна комплектоваться из крепежных изделий одной плавки, одной марки с одним номинальным диаметром. Максимальный размер партии для крепежных изделий различного диаметра должен соответствовать таблице 1.

Таблица 1 - Размеры партии

8.1.4 Для шпилек, болтов, винтов одно испытание на растяжение должно быть проведено для каждой партии.

8.1.5 Испытания на растяжение не требуются для болтов, винтов, шпилек, которые изготовлены из термообработанных прутков, поставленных в соответствии с требованиями настоящего стандарта и испытанных в соответствии с 8.1.1-8.1.2, при условии, что они не подвергаются последующей термообработке.

8.1.6 Одно крепежное изделие из партии болтов и винтов с головкой классов 2, 2B и 2C с диаметром стержня не более 35 мм и длиной стержня не менее, чем в три раза превышающей диаметр, и изготовленного с использованием высадки или ковки (горячей или холодной), должно быть подвергнуто испытанию на растяжение полноразмерных крепежных изделий в дополнение к основному испытанию образцов на растяжение.

8.1.7 Одно крепежное изделие из партии винтов с головками с внутренним шестигранником, с шестигранными, квадратными, шестигранными с фланцем или двенадцатигранными с фланцем головками должно пройти испытание на растяжение на косой шайбе.

8.1.8 Измерение твердости должно быть проведено на двух изделиях из партии.

8.1.9 Болты и шпильки марки В7М должны быть подвергнуты контролю твердости на каждом изделии.

8.2 Испытание на растяжение

8.2.1 Результаты испытания на растяжение при комнатной температуре должны соответствовать требованиям, указанным в приложении В.

8.2.2 При испытании на растяжение полноразмерных образцов разрыв должен происходить в стержне или на участке с резьбой без разрушения или признаков разрушения (трещин) в месте соединения головки и стержня.

8.2.3 Если результаты испытаний на полноразмерных крепежных изделиях противоречат результатам испытаний образцов на растяжение, результаты испытаний полноразмерных образцов должны иметь преимущественную силу.

8.2.4 Минимальная прикладываемая нагрузка при испытании на растяжение на полноразмерных образцах на косой шайбе должна быть равна:

8.3 Твердость должна отвечать требованиям, указанным приложении В.

8.4 Если результаты механических испытаний любой партии не отвечают указанным требованиям, производитель может повторно подвергнуть данную партию термической обработке, но не более двух раз. В таком случае, для подобной партии должны быть проведены дополнительные требуемые испытания на удвоенном количестве образцов, все результаты которых должны отвечать требованиям, указанным в приложении В.

9 Требования к гайкам

Болты, шпильки следует поставлять с гайками, если это указано в заказе на поставку. Гайки должны соответствовать ПНСТ 485.

10 Методы испытаний

10.1 Испытания на растяжения термически обработанных прутков следует проводить по ГОСТ 1497 или другому аналогичному стандарту. Испытания болтов, винтов и шпилек следует проводить по ГОСТ ISO 898-1 или другому аналогичному стандарту.

10.2 Измерение твердости

10.2.1 Измерение твердости по Бринеллю нужно проводить по ГОСТ 9012 или эквивалентному стандарту.

10.2.2 Измерение твердости по Роквеллу нужно проводить по ГОСТ 9013 или эквивалентному стандарту.

10.2.3 Определение твердости следует проводить на торце болта или шпильки. В случае, если это невозможно, определение твердости следует проводить в иных местах. Поверхности испытуемого болта или шпильки должны быть очищены от посторонних веществ. Также при подготовке поверхности испытуемого болта или шпильки необходимо принять меры, предотвращающие возможное изменение твердости испытуемого болта или шпильки вследствие нагрева.

10.2.4 Допускается использование электромагнитного (вихретокового) метода измерения твердости для болтов и шпилек марки В7М в качестве альтернативы определению твердости по отпечатку. В этом случае каждая контролируемая партия должна быть исследована электромагнитным методом в 100%-ном объеме по согласованной с заказчиком методике. После измерений твердости электромагнитным методом пробы в количестве, как минимум, 100 шт. из каждой партии, отобранные произвольно, должны быть подвергнуты измерению твердости методом вдавливания. Для осуществления приемки партии все пробы должны соответствовать требованиям к твердости, указанным в приложении В. Если любая из проб выходит за пределы указанных максимального или минимального значений твердости, партия должна быть отбракована и подвергнута повторной термической обработке и повторному отбору проб либо испытана в 100%-ном объеме для определения твердости методами вдавливания.

10.3 Определение химического состава

10.3.1 Химический анализ стали выполняют методами, установленными в ГОСТ Р 54153, ГОСТ 28473, или другими методами, обеспечивающими требуемую точность измерений и аттестованными в установленном порядке.

11 Размеры

11.1 Головки болтов рекомендуется изготавливать в соответствии с размерами, приведенными в [4].

11.2 Если в заказе на поставку не указано иное, болты с шестигранной головкой нужно использовать для номинального диаметра стержня меньше или равного 30 мм. Для диаметра стержня более 30 мм нужно использовать болты с шестигранной высокой головкой. Диаметр стержня и радиус галтели головки для размеров винтов и болтов с высокими шестигранными головками под ключ, которые не указаны в соответствующих таблицах в [4], могут быть отражены в таблицах для винтов и болтов с шестигранной головкой под ключ, соответственно.

11.3 Винты или болты с головкой с внутренним шестигранником рекомендуется изготавливать согласно [5].

12 Сертификат

Сертификат на крепежные изделия должен содержать размеры, режим термообработки, результаты анализа химического состава, результаты механических испытаний.

13 Маркировка

При маркировке крепежных изделий следует учитывать обозначения производителя, классы и символы марки в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 - Маркировка крепежных изделий

Приложение А

(справочное)

Дополнительные требования

Одно или несколько из следующих дополнительных требований необходимо применять только при указании их заказчиком в запросе, контракте или заказе. Подробная информация по данным дополнительным требованиям должна быть согласована в письменном виде между производителем и заказчиком. Дополнительные требования не должны отменять какие-либо требования настоящего стандарта.

А.1 Испытания при высокой температуре

При указании в заказе дополнительного требования А.1 должны быть проведены дополнительные испытания для определения механических свойств при повышенных температурах. Методы проведения испытаний и критерии приемки должны быть согласованы производителем и заказчиком.

А.2 Испытания на ударный изгиб по Шарли

При указании в заказе дополнительного требования А.2 должны быть проведены испытания на ударный изгиб по Шарпи. Температура испытания, методы проведения испытаний и критерии приемки должны быть согласованы производителем и заказчиком.

А.3 Определение твердости в 100%-ном объеме для марки B7M

При указании в заказе дополнительного требования А.3 твердость каждого болта или шпильки марки B7M должна быть определена методом вдавливания и должна отвечать требованиям, указанным в приложении В.

А.4 Определение твердости для марки B16

При указании в заказе дополнительного требования А.4 для болтов или шпилек размером меньше или равным 65 мм марки B16 должна быть измерена твердость по Бринеллю или по Роквеллу (шкала С). Значения твердости должны быть в диапазоне 253-319 HBW или 25-34 HRC.

А.5 Маркировка изделия

При указании в заказе дополнительного требования А.5 идентификационные символы марки и производителя должны быть нанесены на один торец шпильки и на головки болтов и винтов всех размеров. Если доступный участок является неподходящим по размеру, символ марки может быть указан на одном торце, а идентификационный символ производителя - на другом. Для болтов и винтов диаметром менее 6 мм и шпилек диаметром менее 10 мм, а также для шпилек диаметром менее 6 мм, имеющих в сумме более 3 символов обозначений, маркировка должна быть согласована между заказчиком и производителем.

А.6 Снятие напряжений

При указании в заказе дополнительного требования А.6 должен быть проведен отжиг для снятия напряжений после правки после термообработки. Минимальная температура отжига для снятия напряжений должна быть на 55°С ниже температуры отпуска. Испытания для определения механических свойств должны быть проведены после отжига для снятия напряжений.

А.7 Магнитопорошковая дефектоскопия

При указании в заказе дополнительного требования А.7 прутки для изготовления крепежных изделий должны быть подвергнуты магнитопорошковой дефектоскопии в соответствии с согласованным между производителем и заказчиком стандартом. Прутки с индикациями глубиной более 3% диаметра прутка отбраковывают.

А.8 Испытание на релаксацию напряжений

При указании в заказе дополнительного требования А.8 должно быть проведено испытание на релаксацию напряжений в соответствии с ГОСТ 26007 или иным стандартом, согласованным между производителем и заказчиком. Испытание следует проводить при температуре 455°С в течение 100 ч. Исходное напряжение должно быть равно 345 МПа. Остаточное напряжение через 100 ч должно быть не менее 120 МПа.

А.9 Измерение твердости крепежных изделий класса 2 для применения в соответствии с ASME

При указании в заказе дополнительного требования А.9 твердость должна быть не более 35HRC. Твердость должна быть измерена на внутреннем диаметре резьбы на плоской площадке с поперечным размером как минимум 3 мм, подготовленной посредством удаления витков резьбы, и без удаления материала более, чем это необходимо для подготовки плоских площадок. Измерения твердости следует проводить с той же периодичностью, что и испытания на растяжение.

А.10 Нарезание резьбы

При указании в заказе дополнительного требования А.10 резьба должна быть нарезана после термообработки. Применение данного дополнительного требования для марки B7M и для марок, перечисленных в 7.13, запрещено.

А.11 Испытание на длительную прочность для марки B16

При указании в заказе дополнительного требования А.11 должно быть проведено одно испытание для каждой термообработанной партии крепежных изделий из марки B16 диаметром более 12 мм. Испытание должно быть проведено с использованием комбинированных образцов для испытаний в соответствии с [6]. Разрыв должен происходить на гладком участке каждого образца для испытаний. Испытание должно быть проведено при температуре 600°С и нагрузке 140 МПа. Испытание должно быть продолжено до разрушения образца. Время до разрушения образца должно быть не менее 25 ч.

А.12 Покрытия крепежных изделий

Покрытия крепежных изделий не предусматриваются за исключением случаев, когда это предусматривается дополнительным требованием заказчика. При указании в заказе дополнительного требования А.12 крепежные изделия поставляют с покрытием. Заказчик указывает в заказе ссылку на соответствующие технические условия на покрытия, тип, толщину и другие требования к покрытиям. Крепежные изделия с цинковым покрытием должны быть промаркированы буквами ZN после символа марки. Крепежные изделия с покрытием на основе ПТФЭ должны иметь буквы PTFE в маркировке после символа марки.

Приложение Б

(обязательное)

Химический состав сталей

Приложение В

(обязательное)

Требования к механическим свойствам

Таблица В.1 - Требования к механическим свойствам крепежных изделий из ферритных сталей

Таблица В.2 - Требования к механическим свойствам крепежных изделий из аустенитной стали

Библиография