CORROSIEVASTHEID VAN SUPER DUPLEX LASSEN
In de wereld van piping en drukvaten voor de off shore production platforms en FPSO’s heeft de toepassing van duplex UNS S31803 (22Cr) en super duplex UNS S32750 (25Cr) de laatste decennia een behoorlijke boost gekregen. Het materiaal is relatief sterk (hoge streksterkte) waardoor er lichter geconstrueerd kan worden en is relatief corrosiebestendig en slijtvast. In principe een gouden combinatie. Echter heeft de geschiedenis geleerd dat het verwerken en lassen van het materiaal niet zonder meer tot een succes zal leiden. Een praktijk case bij PMF Mechanical.
In Nederland is PMF Mechanical een van de bedrijven waar piping en (hoge)drukvaten in duplex en super duplex worden gemaakt. Om de bijzondere eigenschappen van dit materiaal in de genoemde producten te kunnen waarborgen is de beheersing van het lasproces belangrijk. Bij PMF is in de loop der jaren de kennis en de beheersing in de praktijk steeds verder uitgebreid en in samenwerking met (inter)nationale deskundigen van de vooraanstaande oliemaatschappijen steeds verder ontwikkeld.
In opdracht van ConocoPhillips vervaardigde PMF een viertal zogenaamde “cans” met een wanddikte van 25 mm en tien tallen pipe spools van 2” – 12” voor de nieuwe “Vertical Barrel Pumps” voor het Noorse olieveld Ekofisk. Op basis van de expertise met zowel ASME als Norsok (Noorse normen) in combinatie met de PED werd de opdracht gegund aan PMF. Op voorhand was de verwerking van super duplex in combinatie met de genoemde normen een uitdaging. Na leveringen aan grote projecten van Statoil en BP mag PMF Mechanical zich inmiddels reken tot de selecte groep van leveranciers van duplex en super duplex vaten en leidingwerk welke aan de gestelde eisen voor het lassen, de materialen, de verwerking en de coating kan voldoen.
In het project voor ConocoPhillips waren het de combinatie van eisen aan de lassen op het gebied van treksterkte (cross weld min 700 en 900N/mm2), kerfslagwaarde (min 27J bij -20 degC), hardheid (max 350 HV10), ferriet (30 en 70%) en corrosie resistentie (4 mmd) die een gedegen voorbereiding vergde van het laswerk.
Op voorhand leken de eisen aan de corrosie resistentie van de mediumzijde van de las welke wordt gecontroleerd door middel van de ASTM G48 Methode A het meest uitdagend. De controle van de corrosiebestendigheid uitgevoerd aan de hand van een proefstuk uit een las welke wordt bloot gesteld aan een zuuroplossing bij een temperatuur 40 graden, gedurende 48 uur. De maximale gewichtsafname mag op basis van de Norsok 4 mdd (mg/dm2/dag) en “no pitting” bedragen.
Het heeft de voorkeur om de laatste laslaag aan de corrosie zijde te lassen meestal de binnenkant pijp of de rompplaat. Dat is uiteraard bij kleinere diameters in dit project niet mogelijk. In dat geval is er een relatief dikke grondlaag gelegd met een heat input tussen de 2.0 en 2.5KJ/mm, en daarna relatief dunne vullagen met een heat-input van rond de 1KJ/mm.
Bij een te dunne grondlaag, gevolgd door een vullaag met hogere heat-input zal de grondlaag een geheel of gedeeltelijke warmtebehandeling krijgen met als gevolg dat het reeds aanwezige ferriet, austeniet uit zal scheiden Deze austeniet heeft niet de zelfde chemische samenstelling als de eerder gevormde ferriet en austeniet, op de interfase van deze beide structuren zal een ontmenging optreden met als gevolg een zeer lokale aantasting in een geschikt milieu, waardoor je materiaal de corrosie test niet zal doorstaan.
Voor de lasser is de genoemde grondlaag niet makkelijk te lassen, meestal zit men met een grondlaag tussen de 1 en 1.5KJ/mm. Een van de oplossingen die bijgedragen heeft is de neus van de laskant iets groter te maken ( 1.5- 2mm) zodat het wat makkelijker te beheersen wordt. Bijkomend voordeel is dat we meer opmenging van uit het basis materiaal hebben gecreëerd.
Omdat het lasmateriaal relatief veel Ni en wat Cu bevat, is het lasmateriaal dikker vloeibaar, (stroperig) vandaar dat openingshoek hebben vergroot van 60 maar 70 graden.
De structuur die vereist is volgens de Norsok M-601 moet uit 30 - 70% ferriet bestaan. Deze structuur zorgt voor de goede mechanische eigenschappen. Aan dit ferriet gehalte is voldaan door de interpass temperatuur niet verder te laten oplopen dan 70 tot 80°C. De beheersing van de interpass temperatuur is ook van belang ten aanzien van de corrosie eisen. Bij het lassen van een pijp met geringe diameter zal men hier rekening mee moeten houden bij elke laag. PMF heeft de rondnaden van small bore piping verdeeld in kwadranten welke met bepaalde tussenposen gelast zijn om zo de temperatuur te beheersen en onder de 70 a 80°C te houden.Vooral bij kleinere producten en geringe wanddikten niet eenvoudig te realiseren.
Om aan de zware eisen van de corrosie resistentie te voldoen zou men er voor kunnen kiezen om de grondlaag met een zuivere Ni lasdraad te lassen. Echter zullen dan de eisen op het gebied van een minimaal gehalte van ferriet van 30% niet worden gehaald. Een typisch voorbeeld van een oplossing voor het ene probleem welke andere eigenschappen van super duplex geweld aan doen. Om toch aan beide eisen te kunnen voldoen is een lastoevoegmateriaal gekozen waar Cu aan is toegevoegd. Daarnaast is om zo min mogelijk uittreding van stikstof uit de las te krijgen, zuiver stikstof als backinggas gekozen. Dit is conform vele klantspecificaties niet toegestaan. Een alternatief beschermgas is dan 98%Ar met 2% N2 om het verlies aan stikstof op te vangen. Hier schuilt echter het verlies aan ferriet. Met dit gas hebben we inmiddels binnen PMF positieve ervaring opgebouwd.
Na een gedegen voorbereiding van het laswerk voor deze klus is zonder problemen voldaan aan de op voorhand uitdagende combinatie van eisen. Alle testen en NDO op de producten zijn acceptabel gebleken en er is aan alle eerder genoemde criteria voldaan.
