DE19533743A1 - Titanlegierung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Titanlegierung. Titanlegierungen werden insbesondere für Rohre und Arma­ turen in küstenfernen Öl- und Gasförderanlagen sowie im chemischen Maschinenbau, bei Gaswaschanlagen und auf an­ deren Gebieten, wo aggressive Medien verwendet werden, be­ nutzt.

Diese sogenannten Offshore-Plattformen werden z. B. in der Nordsee und im Golf von Mexiko und vor der afrikani­ schen Westküste in großer Anzahl eingesetzt. Von den Bohrplattformen aus werden zunächst Bohrungen in größe­ rer Anzahl durch das Wasser bis zu den öl- oder gasfüh­ renden geologischen Schichten niedergebracht. Nachdem die entsprechenden Schichten angebohrt sind, werden dick­ wandige nahtlose Rohre mit einem Innendurchmesser von 100 bis 400 mm niedergebracht, wobei die einzelnen Rohr­ längen miteinander verschweißt werden, so daß bis zu 1500 m lange Rohrstrecken entstehen. Diese Rohrstrecken verlaufen nicht unbedingt senkrecht, sondern verlaufen von der Bohrplattform aus schräg nach außen.

Aufgrund dieser Anordnung sind die Rohrstrecken großen Belastungen durch Strömungen und Wellengang ausgesetzt, daneben sind sie an ihrer Außenwandung dem korrosiven Angriff des Meerwassers ausgesetzt und an ihrer Innen­ wandung dem unter Umständen korrosiven Angriff des ge­ förderten Rohöls, welches in der Regel Schwefel enthält, und eine Temperatur bis zu 150 bis 200°C aufweisen kann. Der Innendruck in den Rohrstrecken kann 200 bis 400 bar betragen.

Die Rohrstrecken müssen eine hohe Lebensdauer aufweisen, da Bohrplattformen bis zu 20 Jahren, d. h. bis zur wirt­ schaftlichen Erschöpfung des Feldes an ihrem Standpunkt verbleiben, und die Rohrstrecken nicht ausgewechselt wer­ den können.

Die Rohrstrecken müssen eine hohe Elastizität aufweisen, da sie durch die offene Wassertiefe verlaufen und dabei auch noch schräg bzw. gekrümmt angeordnet sind.

Nach dem Stand der Technik werden im praktischen Einsatz meist Titanlegierungen als Werkstoff für die Rohre und für die rohrplattformseitigen Armaturen eingesetzt, wo­ bei der hauptsächlich benutzte Werkstoff Ti 6Al-4V ELI mit einem Zusatz von 0,05% Palladium ist. Dieser Werk­ stoff hat eine Umformfestigkeit größer als 758 MPa und eine Bruchzähigkeit von mehr als 90. Die Rohre aus die­ sem Werkstoff werden durch Extrudieren oder Warmwalzen hergestellt.

Wenn sich auch die Rohre nach dem Stand der Technik im allgemeinen bewährt haben, so besteht doch das Bedürfnis nach höherer Korrosionsfestigkeit, besserer Formbarkeit und Verarbeitbarkeit und größerer Bruchzähigkeit. Außer­ dem ist nachteilig, daß die bekannten Rohre nicht durch Kaltwalzen herstellbar sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ti­ tanlegierung insbesondere für Rohre und Armaturen in küstenfernen Öl- und Gasförderungen bereitzustellen, die eine höhere Korrosionsfestigkeit, eine höhere Formbar­ keit und Verarbeitbarkeit und Bruchzähigkeit aufweisen, und die durch Kaltwalzen herstellbar sind.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Titanlegierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Titanlegierung enthält die Zusätze:
Aluminium (Al) 2,5-4,5%
Vanadium (V) 2,0-3,0%
Molybdän (Mo) 0,5-2,0%
Zirkonium (Zr) 0,5-2,0%
Sauerstoff (O) max. 0,15%
Stickstoff (N) max. 0,03%
Eisen (Fe) max. 0,20%.

Durch diese Zusammensetzung wird wegen des niedrigeren Gehalts an Aluminium und dem Vorhandensein von Molybdän und Zirkonium eine höhere Korrosionsfestigkeit erreicht.

Durch den niedrigeren Gehalt von Aluminium und durch das Vorhandensein von Molybdän wird außerdem eine höhere Formbarkeit, Verarbeitbarkeit und Bruchzähigkeit er­ reicht. Es ist möglich, den Werkstoff zu Rohren kalt zu walzen und damit eine ausgezeichnete Gefügestruktur und einen stabileren Wert für die Dauerfestigkeit zu erzeu­ gen.

Die Umformfestigkeit der erfindungsgemäßen Legierung ist mehr als 650 bis 680 MPa und genügt damit den Anforderun­ gen für die Rohre und Armaturen in küstenfernen Öl- und Gasförderungen, wenn sie auch nicht den Wert des Werk­ stoffs nach dem Stand der Technik erreicht.

Es ist vorteilhaft vorgesehen, für die Erhöhung des Anti­ korrosionseffektes (Beständigkeit bei der allgemeinen Korrosion und Spaltkorrosion) in der Titanlegierung Pal­ ladium oder Ruthenium in Höhe von
Palladium (Pd) 0,03-0,1%
Ruthenium (Ru) 0,06-0,3%
einzusetzen.

Claims (2)

1. Titanlegierung, insbesondere für Rohre und Armaturen für küstenferne Öl- und Gasförderung und für aggres­ sive Medien, gekennzeichnet durch die Zusätze:
Aluminium (Al) 2,5-4,5%
Vanadium (V) 2,0-3,0%
Molybdän (Mo) 0,5-2,0%
Zirkonium (Zr) 0,5-2,0%
Sauerstoff (O) max. 0,15%
Stickstoff (N) max. 0,03%
Eisen (Fe) max. 0,20%.

2. Titanlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie
Palladium (Pd) 0,03-0,1% und
Ruthenium (Ru) 0,06-0,3%
enthält.