Schiffbau in Deutschland – Werften im Wandel - GL Group

OFFSHORE INDUSTRIE
Schweißtechniken
auf dem Prüfstand
Bei den Offshore-Anlagen der Öl- und Gasindustrie halten neue Stahlarten
Einzug. Damit die Systeme dauerhaft halten, müssen auch die Schweißtechniken
angepasst werden.
Die Anforderungen werden zusehends härter.
In immer tieferen Gewässern bohren die Öl-
und Gaskonzerne heute nach dem schwarzen
Gold, weil die Produktion angesichts der
hohen Weltmarktpreise selbst unter widrigsten
Bedingungen noch rentabel sein kann. In Tiefen
von mehr als 500 Metern stoßen die Ingenieure der
Offshore-Anlagen auf Bedingungen, die einen veränderten
Materialeinsatz erfordern. Das Risiko
von Schäden und Reparaturen muss drastisch
reduziert werden, weil es viel zu teuer wäre,
Pipelines und Pumpen zur Überholung an Land
noch einmal aus dem Meeresboden zu reißen.
Bislang setzten die Öl- und Gasgesellschaften, wo
immer es möglich ist, C-Stähle (Kohlenstoff-
Stahl) ein. Bei starken Konzentrationen an CO 2 ,
Chloriden und Sauergas sowie hohen Drücken
und Temperaturen von bis zu 200 Grad, wie sie im
tiefen Wasser häufig auftreten, ist das Material
aber zu rostanfällig. Deshalb müssen für
Produktions- und Bohrlochausrüstungen, Pipelines,
Rohrleitungen und Druckbehälter künftig
verstärkt Duplexstähle eingesetzt werden, die
gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
garantieren. Sie sollten ein ausgeglichenes
Gefüge aufweisen: aus dem Austenit, dem
Haupt-Gefüge-Bestandteil vieler nichtrostender
Edelstähle, und dem höherfesten Ferrit.
Der Duplex-Anteil liege heute erst bei rund
zwei Prozent der Stähle, allerdings „mit stark
steigender Tendenz“, so Johann Taferner. Der
Schweißfachingenieur und frühere Konstruktionsleiter
im Behälter- und Rohrleitungsbau ist heute
beim Germanischen Lloyd Oil and Gas für die
Bereiche Werkstoffe, Schweißen und Korrosion
verantwortlich. Seiner Einschätzung nach sind die
Ölfirmen, Anlagenbauer und Schweißbetriebe nur
unzureichend auf den Einsatz der Duplex-Stähle
vorbereitet. „Oft werden austenitisch-ferritische
Duplex-Stähle und austenitische Stähle in einen
Topf geworfen und Literaturhinweise von einem
Werkstoff auf den anderen übertragen mit katastrophalen
Folgen“, beobachtet Taferner.
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Die Schwachstelle der Duplex-Rohrleitungen seien
in der Regel die Schweißnähte, „bei deren Herstellung
viele Fehler möglich sind“, so der Experte.
Damit die mechanischen Eigenschaften sowie die
Korrosionsbeständigkeit von Schweißgut, Wärmeeinflusszone
und Grundwerkstoff übereinstimmen,
müssen Schweißzusätze speziell dosiert und
genauestens auf die Temperaturführung geachtet
werden. Dabei wird fälschlicherweise angenommen,
dass die Duplex-Stähle schweißtechnisch
wie austenitische Stähle behandelt werden sollten.
Bei hohen Abkühlgeschwindigkeiten, wie sie bei
Austeniten angestrebt werden, kann hier allerdings
ein Gefüge mit hohem Ferritanteil erzeugt
werden, das eine unzureichende Korrosionsbeständigkeit
und Zähigkeit besitzt. Dagegen ist bei
zu geringen Abkühlgeschwindigkeiten mit niedrigen
Festigkeitswerten und geringerer Beständigkeit
gegen Spannungsrisskorrosion zu rechnen.
Um die gewünschten Materialeigenschaften zu
erzielen, sollte ein Ferrit/Austenit-Verhältnis von
50/50 angestrebt werden. In der Wurzel- und
Decklage sei aber ein Ferritgehalt zwischen 30 und
70 Prozent akzeptabel, so Taferner.
Darüber hinaus sind die Anlauffarben in bezug
auf die Korrosion von besonderer Bedeutung.
Beim Schweißen wird die den Duplex bedeckende
Passivschicht aus Chromoxid in der Umgebung
der Schweißstelle zerstört und durch
andere eisenoxidreiche Schichten ersetzt. Diese
Schichten, die auch als Anlauffarben bezeichnet
werden, beeinflussen den Korrosionswiderstand
der Stähle. Durch Art und Führung der Schutzgase
lassen sie sich maßgeblich unterdrücken.
Ganz vermeiden lassen sich die Anlauffarben aber
nicht. Für bestimmte Anwendungsfälle seien nur
schwach gelbe Töne, die bei Temperaturen
bis circa 400 Grad entstehen, tolerierbar. „Alle
anderen, bei höheren Temperaturen auftretenden
Anlauffarben müssen entfernt werden“,
rät Taferner. ■ MPH
Weitere Informationen: Johann Taferner, Germanischer Lloyd Oil & Gas,
Tel.: +49 40 36149-7739, johann.taferner@gl-group.com