Öl- und Gasausrüstung: Korrosionsbeständige CNC-Bearbeitung

Die Korrosionsumgebung bestimmt jeden Werkstoffentscheid

In der Öl- und Gasindustrie ist Korrosion kein einzelner Mechanismus – es sind mindestens fünf: Süßgaskorrosion durch gelöstes CO2, Sauergaskorrosion durch H2S (Sulfidspannungsrissbildung), chloridinduzierte Lochfraß- und Spannungsrisskorrosion, galvanische Korrosion zwischen ungleichen Metallen und Erosionskorrosion durch mitgeführten Sand oder Hochgeschwindigkeitsströmung. Der Werkstoff für ein bestimmtes Teil hängt ausschließlich davon ab, welche dieser Umgebungen es sieht, bei welcher Temperatur und welchem Partialdruck, und für welche Auslegungslebensdauer.

Der häufigste Werkstofffehler ist die pauschale Angabe von 316-Edelstahl für jede korrosive Anwendung – und dann die Überraschung, wenn er in Chlorid-Umgebung über 60 C Lochfraß entwickelt. 316 beginnt in Meerwasser bei etwa 200-300 ppm Chlorid zu korrodieren, sobald die Temperatur über Raumtemperatur steigt. Für Subsea- oder heiße Sole-Einsätze sind Duplex, Superduplex oder Nickellegierungen erforderlich.

Werkstoffauswahl nach Einsatzbedingungen

Zerspanung von Duplex- und Superduplex-Edelstahl

Duplex 2205 ist der Standardwerkstoff moderner Subsea- und Sauergasausrüstung. Er ist nicht schwierig zu zerspanen, wenn man die Regeln beachtet. Er kaltverfestigt schneller als 316, aber nicht so aggressiv wie Inconel. Verwenden Sie scharfe Platten mit positiver Spanwinkelgeometrie, halten Sie Vorschübe über 0,1 mm/U, um Reibung zu vermeiden (die die Oberfläche kaltverfestigt und die Standzeit beim nächsten Schnitt zerstört), und richten Sie Hochdruckkühlmittel direkt auf die Schneide. Nicht im Schnitt verweilen.

Die Besonderheit im Sauergaseinsatz ist die NACE-Härtegrenze. Duplex-Edelstahl darf nach der Zerspanung und etwaiger Wärmebehandlung 28 HRC (ca. 290 HV) nicht überschreiten. Ein aggressiver Schnitt mit stumpfer Platte kann die Oberfläche über diese Grenze hinaushärten. Kontrollieren Sie die Schnittparameter, verwenden Sie eine scharfe Platte für den Schlichtschnitt bei 0,2 mm Schnitttiefe, und prüfen Sie die Oberflächenhärte an kritischen Teilen.

• Duplex 2205: 120-160 m/min mit Hartmetallplatten, positive Geometrie
• Superduplex 2507: auf 80-120 m/min reduzieren, steifere Aufspannung erforderlich
• Inconel 625/718: 30-50 m/min mit Hochtemperatur-Hartmetall oder Keramik zum Schruppen
• Immer: scharfe Platten, Hochdruckkühlmittel, kein Verweilen, kontrollierte Schlichtschnitttiefe
• Nach Bearbeitung: Oberflächenhärte an kritischen Flächen für NACE-Konformität prüfen

Dichtflächen und Druckgrenzen

Ring-Nut-Verbindungen (RTJ-Nuten) an Öl- und Gasflanschen erfordern Ra 1,6 oder besser ohne Werkzeugspuren, die das Nutenprofil queren. Bei korrosionsbeständigen Legierungen ist eine geratterte oder verkratzte Nut nicht nur ein Leckrisiko bei der Druckprüfung – sie ist ein potenzieller Startpunkt für Spaltkorrosion. Fördermedium, das in Oberflächendefekten unter dem Dichtring eingeschlossen ist, korrodiert unsichtbar bis zum Versagen.

Ich fertige RTJ-Nuten in Duplex- und Nickellegierungen mit Formwerkzeugen, die auf den exakten Nutwinkel geschliffen sind (23 Grad für BX-Ringe nach API 6BX). Nach der Bearbeitung werden alle Dichtflächen sorgfältig mit Lösungsmittel gereinigt, unter 10-facher Vergrößerung visuell geprüft und nach Vorschrift einer Farbeindringprüfung (PT) unterzogen.

NACE MR0175 / ISO 15156-Konformität

Teile im Sauergaseinsatz (H2S-Partialdruck über 0,3 kPa) müssen NACE MR0175 / ISO 15156 einhalten. Das ist keine reine Materialzeugnisfrage – es begrenzt Härte, Schweißverfahren, Kaltumformung und Wärmenachbehandlung. Der Werkstoff muss auf der NACE-Liste für den vorgesehenen Einsatz stehen, die Härte darf 22 HRC bei Kohlenstoffstählen, 28 HRC bei Duplex und 35-40 HRC bei ausscheidungshärtenden Nickellegierungen (je nach Sorte) nicht überschreiten.

Druckprüfung und Dokumentation

Öl- und Gas-Komponenten werden umfassend dokumentiert: EN-10204-3.1-Materialzeugnis mindestens (3.2 bei Kundenanforderung), dimensioneller Prüfbericht, Härteprüfprotokoll, ZfP-Berichte (PT/MT/UT) und Druckprüfzeugnisse. Wir halten +/-0,005 mm auf kritischen Maßen mit Zeiss-KMG-Messung, stellen FAI-Berichte zur Verfügung und führen Druckprüfungen beim 1,5-fachen Auslegungsdruck nach der anwendbaren Norm durch.

Frequently Asked Questions

• Kann ich 316-Edelstahl für Subsea-Komponenten verwenden?

  316-Edelstahl ist für den dauerhaften Subsea-Einsatz in Meerwasser generell nicht empfehlenswert. Der Chloridgehalt im Meerwasser (ca. 20.000 ppm) führt ab Temperaturen über 15-20 C zu Lochfraß und Spaltkorrosion. Duplex 2205, Superduplex 2507 oder 6Mo sind Standard für mediumberührte Subsea-Komponenten.

• Was ist NACE MR0175?

  NACE MR0175 / ISO 15156 ist die Norm für metallische Werkstoffe in öl- und gasfördernden Anlagen mit H2S (Sauergas). Sie legt zulässige Werkstoffe, Härtegrenzen und Wärmebehandlungsbedingungen zur Vermeidung von Sulfidspannungsrissbildung fest.

• Wie hoch ist die maximal zulässige Härte von Duplex im Sauergaseinsatz?

  Duplex-2205-Oberflächen dürfen nach NACE MR0175 28 HRC nicht überschreiten. Dies erfordert scharfe Werkzeuge, kontrollierte Vorschübe und die Vermeidung aggressiver Schnitte oder Verweilzeiten, die die Oberfläche kaltverfestigen.

• Welche Toleranz haben RTJ-Nuten?

  RTJ-Nuten nach API 6BX / ASME B16.5 erfordern eine Oberflächengüte von Ra 1,6 oder besser, einen Nutwinkel innerhalb +/-0,5 Grad und einen Nutdurchmesser innerhalb +/-0,1 mm je nach Größe und Druckstufe.

• Welche Dokumentation gehört zu einem Öl- und Gas-Teil?

  Typischerweise ein EN-10204-3.1-Materialzeugnis, KMG-Maßprotokoll, Härteprüfprotokoll, ZfP-Berichte (PT/MT je nach Spezifikation), ggf. Druckprüfzeugnis und FAI-Bericht für Erstmuster.