Selezione dei materiali per le tubazioni del petrolio e del gas: gradi di acciaio inossidabile e leghe di nichel conformi a NACE MR0175

Cosa copre effettivamente la NACE MR0175 / ISO 15156?

È lo standard di produzione di petrolio e gas per la scelta dei metalli che resistono alla fessurazione causata dall'H2S. Copre solo le fessurazioni, non la corrosione generale o la vaiolatura.

NACE MR0175 e ISO 15156 sono lo stesso testo tecnico pubblicato sotto due nomi. NACE International fa ora parte di AMPP, che mantiene il numero MR0175. Lo standard è composto da tre parti: la Parte 1 fornisce i principi generali, la Parte 2 riguarda gli acciai al carbonio e bassolegati e le ghise, e la Parte 3 riguarda le leghe resistenti alla corrosione (CRA) e altre leghe. Gli acciai inossidabili e le leghe di nichel rientrano nella Parte 3.

La Parte 3 affronta tre meccanismi di cracking:cracking da stress da solfuro (SSC), tensocorrosione (SCC)ECracking da stress da idrogeno indotto galvanicamente (GHSC). La sua stessa dichiarazione sull'ambito afferma che la perdita di materiale dovuta a corrosione generale o localizzata non viene affrontata. Si afferma inoltre che il documento non è necessariamente adatto alla raffinazione o alle apparecchiature a valle, che rientra nel territorio della norma sorella NACE MR0103 / ISO 17945.

Infine, la norma integra, ma non sostituisce, i requisiti relativi ai materiali previsti dalle norme di progettazione. Un tubo deve comunque soddisfare ASME B31.3, B31.4, B31.8 o le specifiche di progetto e, soprattutto, soddisfare MR0175.

Quando un sistema di tubazioni conta come "servizio acido"?

Il servizio acido inizia quando la pressione parziale di H2S raggiunge circa 0,3 kPa (0,05 psi). La metrica è la pressione parziale, non le parti per milione.

Per gli acciai al carbonio, la norma ISO 15156-2 afferma che al di sotto di 0,3 kPa di pressione parziale di H2S normalmente non sono necessarie precauzioni. Al di sopra di esso si applicano le regole relative al materiale e alla durezza. Per gli acciai inossidabili e le leghe di nichel, la Parte 3 stabilisce quindi i limiti per la pressione parziale effettiva di H2S, la temperatura, il contenuto di cloruro e il pH.

Pressione parziale=pressione assoluta totale × frazione molare di H2S.Esempio pratico: una linea di gas a 100 bar assoluti con 0,5 mol% di H2S ha 100 × 0.005=0.5 bar, che è50 kPadi H2S. Questo valore è molto al di sopra di 0,3 kPa, quindi la linea è aspra, ed è anche al di sopra dei limiti di 10-20 kPa che si applicano ai gradi duplex (vedi sotto). I sistemi in cui l'H2S è disciolto solo in un liquido necessitano prima del calcolo della pressione parziale della fase gassosa; la norma fornisce il metodo.

Come si confrontano i principali gradi della NACE MR0175?

Le qualità formano una scala che va dal 316L fino alle leghe di nichel, ma la scala non viene semplicemente ordinata da PREN. PREN prevede la vaiolatura, mentre i limiti MR0175 sono stabiliti dal comportamento alla fessurazione.

Il PREN (numero equivalente di resistenza alla vaiolatura) è calcolato come %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. I gradi duplex hanno un PREN elevato, ma la pressione di H2S consentita è bassa, poiché la fase ferritica è più sensibile al cracking da idrogeno rispetto alle strutture completamente austenitiche. La tabella mostra i requisiti principali per i gradi più spesso specificati per i tubi di petrolio e gas.

Fonte: Rolled Alloys, "Hydrogen Sulfide – NACE MR0175/ISO 15156 & NACE MR0103" (condizioni e riferimenti alle tabelle); Scheda tecnica Alleima SAF 2205 (limiti 2205); Carta di prova ospitata da AMPP su hyper-duplex (20 kPa per PREN 40–45); Commento interpretativo ISO 15156 (limiti 316); Valori PREN calcolati dall'EETA dalla composizione tipica. I limiti indicati sono valori principali; il testo normativo è l'Allegato A della norma ISO 15156-3 nell'edizione dell'ordine d'acquisto.

Il 316L è sufficiente per tubazioni di gas e petrolio acido?

Solo per servizio leggermente acido: il 316L ricotto è accettabile fino a 60 gradi a 100 kPa H2S, con un limite di durezza di 22 HRC e nessun rafforzamento mediante lavorazione a freddo.

Tutti gli acciai inossidabili austenitici della serie 300 condividono una tabella (Tabella A.2). Devono essere solubilizzati e temprati, privi di lavorazioni a freddo destinate ad aumentare la resistenza e non più duri22 HRC (237 HBW). La piastra standard ASTM A240 e il tubo A312 forniti allo stato ricotto normalmente soddisfano questo requisito, a condizione che la durezza riportata sia inferiore al limite. Alcune pagine dei distributori citano 23 HRC per il 316L; il limite austenitico previsto dalla norma è 22 HRC.

Il limite che solitamente decide la questione è la temperatura.

Al di sopra di circa 60 gradi la pressione consentita dell'H2S scende bruscamente e l'SCC guidato dal cloruro diventa il problema. Per le linee acide calde e contenenti cloruro, il 316L raramente è la risposta giusta; passare al duplex o a una lega superiore. I tubi piegati a freddo, i raccordi formati a freddo e le filettature incrudite su 316L necessitano di controlli di durezza per lo stesso motivo.

Quando dovresti passare al duplex o al super duplex?

Scegliere il duplex 22Cr quando l'H2S è basso (circa 10 kPa o meno) e i cloruri sono alti. Scegli il super duplex fino a circa 20 kPa. Oltre a ciò, passa alle leghe di nichel.

Gli acciai inossidabili duplex hanno una microstruttura bifase di austenite e ferrite. Per qualificarsi secondo lo standard, il materiale deve essere ricotto in soluzione35–65% ferrite, e PREN separa le due famiglie: circa da 30 a 40 per il duplex, oltre 40 per il super duplex. Il duplex offre circa il doppio del limite di snervamento del 316L e una resistenza al cloruro molto migliore, motivo per cui domina l'iniezione di acqua di mare, la linea di flusso e le tubazioni dei collettori.

Tre trappole catturano gli acquirenti:

• Il lavoro a freddo è penalizzato.La scheda tecnica di un produttore fornisce al 2205 circa 1,5 psi (10 kPa) di H2S quando ricotto e raffreddato rapidamente, ma solo 0,3 psi (2 kPa) nella condizione di lavorazione a freddo. Il tubo duplex piegato a freddo può quindi cadere fuori dai tavoli.
• I limiti super duplex non sono un numero.La ricerca pubblicata sul super duplex 25Cr mostra che i lotti all'interno dello stesso intervallo UNS possono differire nelle prestazioni di servizio acido. Laddove il servizio non rientra nelle tabelle, il percorso riconosciuto è il test secondo la guida della Federazione europea contro la corrosione (pubblicazione EFC 17).
• Contano le saldature.Il metallo saldato deve inoltre mantenere un livello di ferrite bilanciato e soddisfare i requisiti di durezza, pertanto la qualificazione della procedura di saldatura dovrebbe includere entrambi.

Quando le leghe di nichel sono la scelta giusta?

Utilizzare leghe di nichel in soluzione solida come 625, 825 e C-276 quando la pressione di H2S, la temperatura, il pH basso o lo zolfo elementare superano quanto consentito dal duplex.

Queste leghe non hanno fase ferritica e hanno un contenuto di nichel molto elevato, quindi mantengono la loro resistenza alla rottura anche nelle condizioni più difficili. I produttori notano, ad esempio, che la lega ricotta 625 soddisfa la tabella A.13 senza che sia richiesto un rapporto sulla durezza e che 625 e 600 soddisfano lo standard di raffineria MR0103 a condizione che la durezza sia pari o inferiore a 35 HRC. La lega 625 è una scelta comune per linee di flusso acide e ricche di CO2, rivestimenti e rivestimenti di saldatura; Si sceglie C-276 dove sono presenti anche cloruri acidi o specie ossidanti; La lega 825 è adatta a flussi acidi con acidi di tipo solforico a temperature moderate.

Sfumatura onesta su Alloy 718.Il 718 (e il 725) indurito per invecchiamento conferisce un'elevata resistenza alle parti interne delle valvole, ai supporti e ai bulloni piuttosto che ai tubi di linea.

I tappi di durezza pubblicati differiscono: un produttore cita 35 HRC per tubolari e packer per fondo pozzo, mentre una scheda tecnica di grado API 718 funziona a 40 HRC.

Il limite dipende dalla categoria dell'attrezzatura e dalla tabella applicabile, quindi confermarlo rispetto allo standard prima di ordinare.

Ricordare che MR0175 non valuta vaiolatura o corrosione generale. Una lega di nichel che superi le tabelle del servizio acido deve ancora essere scelta per il suo comportamento in termini di CO2, cloruro e acido. Consulta i nostri articoli su Hastelloy C276 vs C22 e Incoloy 825 nell'acido solforico.

Come si confrontano forza e costi tra questi gradi?

I gradi di lega più elevata costano di più per chilogrammo, ma il loro maggiore carico di snervamento può ridurre lo spessore delle pareti e compensare in parte il sovrapprezzo.

Quale grado dovresti selezionare per primo per una determinata condizione acida?

Iniziare dalla pressione parziale e dalla temperatura di H2S, quindi controllare le esigenze di cloruro, pH e corrosione. La tabella fornisce solo una prima schermata.

Cosa deve specificare un ordine di acquisto per dimostrare la conformità MR0175?

Denominare lo standard e l'edizione, indicare le condizioni acide, fissare le condizioni di trattamento termico e richiedere la durezza (e la ferrite per il duplex) nel rapporto di prova del materiale.

• Norma ed edizione:"ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-3, edizione in vigore alla data dell'OP, con Circolari Tecniche."
• Dati del servizio:Pressione parziale di H2S, temperatura di progetto, contenuto di cloruri, pH ed eventuale zolfo elementare.
• Condizione:soluzione ricotta e bonificata; nessun lavoro freddo per aumentare la forza; indicare eventuali formazioni a freddo consentite e i relativi limiti.
• Durezza:valore massimo, metodo di prova (HRC, HBW o HV con regola di conversione) e posizione di prova, inclusa la saldatura e la zona alterata dal calore sulle bobine fabbricate.
• Solo fronte-retro:contenuto di ferrite pari al 35–65% nel metallo base, più i limiti di ferrite di saldatura nella qualificazione della procedura di saldatura.
• Documenti:Certificato EN 10204 tipo 3.1, identificazione positiva del materiale (PMI) e registrazioni dei trattamenti termici.
• Dichiarazione di conformità:richiederlo per iscritto. Le cartiere spesso non stampano "MR0175" sui rapporti di prova, poiché la conformità deriva dalle specifiche e dalla durezza riportata.

"Conforme NACE" significa che il tubo non si corroderà?

N. MR0175 qualifica un materiale solo contro il cracking di H2S. Vaiolatura, corrosione interstiziale, corrosione da CO2 ed erosione necessitano ancora di controlli separati.

Una linea può soddisfare ogni tavolo MR0175 e immergersi ancora in acqua calda e ricca di cloruro. I progettisti quindi abbinano lo standard a test di vaiolatura come ASTM G48, screening PREN e regole di progetto come NORSOK M-001. La conformità pienamente qualificata dipende anche dal quadro complessivo di sollecitazione e ambiente dell'apparecchiatura, che definisce la valutazione del servizio da parte dell'utente.

È in arrivo una nuova edizione della NACE MR0175/ISO 15156?

SÌ. L'edizione ISO 2020 (pubblicata da ANSI/NACE come MR0175-2021) è attuale ed è in fase di sviluppo un'importante revisione ristrutturata.

La ISO 15156-3:2020 ha sostituito l'edizione del 2015 e la pagina di stato della ISO la elenca come soggetta a revisione con una bozza in fase di sviluppo. I documenti AMPP presentati nel marzo 2026 descrivono una riscrittura organizzata in tre nuove parti: requisiti di materiali e lavorazione, valutazione dell'ambiente di servizio e selezione dei materiali, verifica, qualificazione e votazione. Fino alla pubblicazione e adozione della nuova edizione, vige il testo 2020/2021. Specificare l'edizione su ogni ordine di acquisto in modo che non vi siano ambiguità.

Domande frequenti

Q: La NACE MR0175 è uguale alla ISO 15156?

A: SÌ. Sono lo stesso testo tecnico, pubblicato dall'ISO come ISO 15156 e dalla NACE (ora AMPP) come MR0175. Attualmente è in vigore l’edizione ISO 2020.

Q: Qual è il limite di durezza per 316L in servizio acido?

A: Il 316L ricotto è limitato a 22 HRC (237 HBW), non deve essere sottoposto a lavorazioni a freddo destinate ad aumentare la resistenza ed è limitato agli ambienti miti secondo la Tabella A.2.

Q: Il duplex 2205 può essere utilizzato al di sopra di 10 kPa H2S?

A: Non nelle tabelle generali della norma. Al di sopra di circa 10 kPa, scegliere il super duplex (fino a circa 20 kPa) o una lega di nichel, oppure qualificare il materiale testandolo per il servizio specifico.

Q: MR0175 si applica alle raffinerie?

A: No. Le apparecchiature di raffinazione e downstream rientrano nella NACE MR0103/ISO 17945, che ha i propri limiti di durezza (ad esempio 28 HRC per il duplex).

Q: Come si calcola la pressione parziale di H2S?

A: Moltiplicare la pressione assoluta totale per la frazione molare di H2S. A 100 bar assoluti e 0,5 mol% di H2S il risultato è 0,5 bar o 50 kPa.

Q: Un tubo conforme a MR0175 resiste alla vaiolatura?

A: Non automaticamente. Lo standard riguarda solo le fessurazioni, pertanto la vaiolatura e la corrosione generale necessitano di una valutazione separata.

Riferimenti

Leghe laminate. Solfuro di idrogeno – NACE MR0175/ISO 15156 e NACE MR0103.https://www.rolledalloys.com/articles/idrogeno-solfuro-nace-mr0175-iso-15156-nace-mr0103/

ISO 15156-3:2020, stato e campo di applicazione (Genorma).https://genorma.com/en/standards/iso-15156-3-2020

AMPP. ANSI/NACE MR0175-2021/ISO 15156-2020.https://content.ampp.org/standards/book/1139/ANSI-NACE-MR0175-Petroleum-and-Natural-Gas

Conferenza AMPP 2026. Aggiornamento alla NACE MR0175/ISO 15156.https://content.ampp.org/ampp/proceedings-abstract/CONF_MAR26/2026/1/107421

Allema. Scheda tecnica materiale SAF 2205.https://integration.alleima.com/cz/technical-center/material-datasheets/tube-and-pipe-seamless/saf-2205/

AMPP. Recenti test di corrosione H2S dell'acciaio inossidabile hyper duplex.https://store.ampp.org/recent-hs-corrosion-tests-of-hyper-duplex-stainless-steel

TWI. Test su acciaio inossidabile superduplex per servizio acido.https://www.twi-global.com/technical-knowledge/published-papers/testing-of-superduplex-stainless-steel-for-sour-service-march-2003

Clinica della corrosione. Domande e interpretazioni per NACE MR0175/ISO 15156.https://www.corrosionclinic.com/corrosion/programs-and-courses/continuing-education/courses/Questions%20and%20interpretations%20for%20NACE%20MR0175_ISO-15156.html

Neonichel. Scheda tecnica API della lega 718.https://www.neonickel.com/alloys/all-alloys/alloy-718-api