Schweissen neuer 13-iger Chromstahle fur den On- und Offshore-Bereich

摘要

In den letzten Jahren wurden die Werkstoffe der sogenannten "Supermartensitischen 13%-igen Chromstahle" in vielen nationalen und internationalen Forschungsprogrammen intensiv untersucht. 1999 fand in Brussel eine Tagung statt, auf der ausschliesslich uber diese Werkstoffgruppe berichtet wurde [1,2,3,4], und in diesem Jahr wird dort die Folgeveranstaltung durchgefuhrt. Die chemische Zusammensetzung dieser Werkstoffe und die daraus resultierenden Werkstoffeigenschaften machen die 13%-igen Cr- Stahle fur die Ol- und Gasindustrie als Rohrwerkstoff im On- und Offshore-Bereich ausserst interessant. Sie eignen sich sowohl fur den Transport von Sussgas wie auch fur Gas mit moderaten H_2S-Gehalten [5,6]. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihrer Korrosionseigenschaften stellen sie eine kostengunstige Alternative zu den teueren Duplexwerkstoffen dar [7]. Ebenso konnen sie wegen ihrer Korrosionsbestandigkeit unlegierte Rohrwerkstoffe ersetzen. Unter bestimmten Voraussetzungen mussen Rohrleitungen aus C-Stahl mit Inhibitoren betrieben werden, um den Korrosionsabtrag auf der Rohrinnenseite zu reduzieren und somit die Leitungslebensdauer zu verlangern. Der Gebrauch dieser Zusatze ist kostenintensiv und unter Umweltaspekten kritisch zu betrachten. Beim Einsatz von 13%-igen supermartensitischen Chromstahlen als Rohrwerkstoffe konnen diese Zusatze entfallen, wodurch die Betriebskosten einer solchen Leitung erheblich sinken wurden [7]. Ein weiterer Vorteil dieser neuen Werkstoffe ist ihr niedriger C-Gehalt von max. 0,015%. Dadurch besitzen sie eine ausgezeichnete Schweisseignung und mussen nach dem Schweissen nicht notwendigerweise warmebehandelt werden. Der erste Offshoreeinsatz, bei dem 13%-ige supermartensitische Chromstahle verlegt wurden, erfolgte 1995 in der Nordsee im Gullfaks- und Asgard-Feld durch Statoil [8]. Hier wurden Flow lines, dies sind Verbindungsleitungen, in denen "nasses Gas" von der Forderstelle hin zur Prozessorstation gepumpt wird, mit Hilfe der Reel-Ship Methode verlegt. Bei der Reel- Ship Verlegung werden zunachst einzelne Rohre von 12 m Lange zu einem einzigen langen Rohrsegment von ca. 900 m verschweisst. Anschliessend werden mehrere dieser Rohrstrange zu einer einzigen Leitung verschweisst und an einer Rohrspulstation auf eine grosse Rohrtrommel (Innendurchmesser ca. 15 m) aufgespult. Diese befindet sich auf einem Rohrverlegungsschiff. Die Gesamtlange des aufgespulten Rohrs ist abhangig von den Rohrabmessungen (Rohrdurchmesser, Isolierungsdicke und Wandstarke). Langen von bis zu 15 km pro Spule sind jedoch moglich. Die Verlegung mit Hilfe der Reel-Ship Methode stellt an die eingesetzte Schweisstechnik und insbesondere an die Schweisszusatzwerkstoffe hohe Anforderungen. Bei dem Auf- bzw. beim Abspulen des langen Rohrstrangs erfolgt aufgrund der auftretenden Rohrbiegungen jeweils eine plastische Verformung der Rohre von bis zu max. 2%. Um zu verhindern, dass diese Verformung auch im Schweissgut der Verbindungsnahte erfolgt, muss das Schweissgut das Kriterium des "Yield Strength Overmatching" erfullen. Zusatzlich ist es wegen der schnellen Rohrstrangherstellung, pro Werkstattnaht stehen nur 10 Minuten zur Verfugung, und der sehr begrenzten Temperaturbestandigkeit, der dicht neben der Schweissnaht liegenden dicken Isolierung, nicht moglich, eine Warmebehandlung dieser Verbindungsnahte von ublicher Dauer durchzufuhren. Wenn uberhaupt, verbleiben hierfur max. 5 Minuten Zeit. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse der aktuellen Entwicklung aus der Sicht eines Herstellers von Schweisszusatzwerkstoffen und eines Rohrherstellers wiedergegeben.