Materialauswahl für Öl- und Gasleitungen: NACE MR0175-konforme Edelstahl- und Nickellegierungssorten

Was deckt eigentlich NACE MR0175 / ISO 15156 ab?

Dabei handelt es sich um den Öl- und Gasproduktionsstandard für die Auswahl von Metallen, die einer durch H2S verursachten Rissbildung standhalten. Es deckt nur Rissbildung ab, nicht jedoch allgemeine Korrosion oder Lochfraß.

Bei NACE MR0175 und ISO 15156 handelt es sich um denselben technischen Text, der unter zwei Namen veröffentlicht wurde. NACE International ist jetzt Teil von AMPP, das die Nummer MR0175 behält. Die Norm besteht aus drei Teilen: Teil 1 enthält allgemeine Grundsätze, Teil 2 behandelt Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle sowie Gusseisen und Teil 3 behandelt korrosionsbeständige Legierungen (CRAs) und andere Legierungen. Edelstähle und Nickellegierungen fallen unter Teil 3.

Teil 3 befasst sich mit drei Cracking-Mechanismen:Sulfidspannungsrissbildung (SSC), Spannungsrisskorrosion (SCC)UndGalvanisch induzierte Wasserstoffspannungsrissbildung (GHSC). In der eigenen Erklärung zum Anwendungsbereich heißt es, dass Materialverluste durch allgemeine oder örtliche Korrosion nicht behandelt werden. Außerdem heißt es, dass das Dokument nicht unbedingt für Raffinerie- oder nachgeschaltete Anlagen geeignet sei, was in den Anwendungsbereich der Schwesternorm NACE MR0103 / ISO 17945 fällt.

Schließlich ergänzt die Norm die Materialanforderungen der Konstruktionsvorschriften, ersetzt sie jedoch nicht. Ein Rohr muss weiterhin ASME B31.3, B31.4, B31.8 oder der Projektspezifikation entsprechen und darüber hinaus MR0175 erfüllen.

Wann gilt ein Rohrleitungssystem als „Sauerbetrieb“?

Der saure Betrieb beginnt, wenn der H2S-Partialdruck etwa 0,3 kPa (0,05 psi) erreicht. Die Maßeinheit ist Partialdruck, nicht Teile pro Million.

Für Kohlenstoffstähle besagt ISO 15156-2, dass unter 0,3 kPa H2S-Partialdruck normalerweise keine Vorsichtsmaßnahmen erforderlich sind. Darüber hinaus gelten Material- und Härteregeln. Für Edelstähle und Nickellegierungen legt Teil 3 dann Grenzwerte für den tatsächlichen H2S-Partialdruck, die Temperatur, den Chloridgehalt und den pH-Wert fest.

Partialdruck=absoluter Gesamtdruck × H2S-Molenbruch.Arbeitsbeispiel: Eine Gasleitung bei 100 bar absolut mit 0,5 Mol-% H2S hat 100 × 0.005=0.5 bar, also50 kPavon H2S. Das liegt weit über 0,3 kPa, die Grenze ist also sauer, und es liegt auch über den 10–20 kPa-Grenzwerten, die für Duplex-Qualitäten gelten (siehe unten). Bei Systemen, bei denen H2S nur in einer Flüssigkeit gelöst ist, muss zunächst der Partialdruck der Gasphase ermittelt werden; Die Norm gibt die Methode vor.

Wie vergleichen sich die Hauptklassen unter NACE MR0175?

Die Sorten bilden eine Leiter von 316L bis hin zu Nickellegierungen, aber die Leiter wird nicht einfach von PREN bestellt. PREN sagt Lochfraß voraus, während MR0175-Grenzwerte durch das Rissverhalten festgelegt werden.

PREN (Äquivalentzahl des Lochfraßwiderstands) wird als %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N berechnet. Duplex-Sorten haben einen hohen PREN, ihr zulässiger H2S-Druck ist jedoch niedrig, da die Ferritphase empfindlicher gegenüber Wasserstoffrissen ist als vollständig austenitische Strukturen. Die Tabelle zeigt die Hauptanforderungen für die am häufigsten für Öl- und Gasrohre angegebenen Qualitäten.

Quelle: Rolled Alloys, „Hydrogen Sulfide – NACE MR0175/ISO 15156 & NACE MR0103“ (Zustand und Tabellenreferenzen); Alleima SAF 2205 Datenblatt (Grenzwerte 2205); Von AMPP gehostetes Testpapier zu Hyperduplex (20 kPa für PREN 40–45); Kommentar zur ISO 15156-Interpretation (316 Grenzwerte); Von EETA anhand typischer Zusammensetzung berechnete PREN-Werte. Die angezeigten Grenzwerte sind Überschriftenwerte; Der maßgebliche Text ist Anhang A von ISO 15156-3 in der Ausgabe auf Ihrer Bestellung.

Ist 316L gut genug für saure Öl- und Gasleitungen?

Nur für leicht sauren Einsatz: Geglühter 316L ist bis zu 60 Grad bei 100 kPa H2S akzeptabel, mit einer Härtegrenze von 22 HRC und keiner Verstärkung durch Kaltumformung.

Alle austenitischen Edelstähle der Serie 300 teilen sich eine Tabelle (Tabelle A.2). Sie müssen lösungsgeglüht und abgeschreckt sein, dürfen keine Kaltverformung zur Erhöhung der Festigkeit aufweisen und dürfen nicht härter sein als22 HRC (237 HBW). Standardmäßige ASTM A240-Platten und A312-Rohre, die im geglühten Zustand geliefert werden, erfüllen dies normalerweise, vorausgesetzt, die angegebene Härte liegt unter dem Grenzwert. Einige Händlerseiten geben 23 HRC für 316L an; Die Austenitgrenze liegt in der Norm bei 22 HRC.

Der Grenzwert, der in der Regel die Frage entscheidet, ist die Temperatur.

Oberhalb von etwa 60 Grad fällt der zulässige H2S-Druck stark ab, und chloridbedingte SCC werden zum Problem. Für heiße, chloridhaltige saure Leitungen ist 316L selten die richtige Lösung; Steigen Sie auf Duplex oder eine höhere Legierung um. Aus dem gleichen Grund müssen kalt gebogene Rohre, kaltgeformte Fittings und kaltverfestigte Gewinde aus 316L einer Härteprüfung unterzogen werden.

Wann sollten Sie auf Duplex oder Superduplex upgraden?

Wählen Sie 22Cr-Duplex, wenn der H2S-Wert niedrig ist (ca. 10 kPa oder weniger) und die Chloride hoch sind. Wählen Sie Superduplex bis etwa 20 kPa. Gehen Sie darüber hinaus zu Nickellegierungen über.

Duplex-Edelstähle haben eine zweiphasige Mikrostruktur aus Austenit und Ferrit. Um die Anforderungen der Norm zu erfüllen, muss das Material lösungsgeglüht werden35–65 % Ferrit, und PREN trennt die beiden Familien: ungefähr 30 bis 40 für Duplex, über 40 für Superduplex. Duplex bietet etwa die doppelte Streckgrenze von 316L und eine viel bessere Chloridbeständigkeit, weshalb es bei der Meerwassereinspritzung, Fließleitung und Verteilerrohrleitung dominiert.

Drei Fallen fangen Käufer:

• Kaltarbeit wird bestraft.Ein Datenblatt eines Herstellers gibt für 2205 etwa 1,5 psi (10 kPa) H2S an, wenn es geglüht und schnell abgekühlt wird, aber nur 0,3 psi (2 kPa) im kaltverformten Zustand. Kalt gebogene Duplexrohre können daher aus den Tischen herausfallen.
• Super-Duplex-Grenzwerte sind keine einheitliche Zahl.Veröffentlichte Untersuchungen zu 25Cr-Superduplex zeigen, dass Chargen innerhalb des gleichen UNS-Bereichs in der Leistung im Sauerbetrieb unterschiedlich sein können. Wenn die Wartung außerhalb der Tabellen liegt, ist die Prüfung gemäß den Leitlinien der European Federation of Corrosion (EFC-Publikation 17) der anerkannte Weg.
• Schweißnähte zählen.Das Schweißgut muss außerdem einen ausgeglichenen Ferritgehalt aufweisen und die Härteanforderungen erfüllen, daher sollte die Qualifizierung des Schweißverfahrens beides umfassen.

Wann sind Nickellegierungen die richtige Wahl?

Verwenden Sie Nickellegierungen in fester Lösung wie 625, 825 und C-276, wenn H2S-Druck, Temperatur, niedriger pH-Wert oder elementarer Schwefel die für Duplex zulässigen Werte überschreiten.

Diese Legierungen haben keine Ferritphase und einen sehr hohen Nickelgehalt, sodass sie ihre Rissbeständigkeit auch unter härteren Bedingungen beibehalten. Hersteller weisen beispielsweise darauf hin, dass die geglühte Legierung 625 die Tabelle A.13 erfüllt, ohne dass ein Härtebericht erforderlich ist, und dass 625 und 600 den Raffineriestandard MR0103 erfüllen, vorausgesetzt, die Härte liegt bei oder unter 35 HRC. Legierung 625 ist eine häufige Wahl für saure und CO2-reiche Fließleitungen, Plattierungen und Schweißüberzüge; C-276 wird gewählt, wenn auch Säurechloride oder oxidierende Spezies vorhanden sind; Alloy 825 eignet sich für saure Ströme mit schwefelhaltigen Säuren bei moderaten Temperaturen.

Ehrliche Nuance zu Alloy 718.Auslagerungsgehärteter 718 (und 725) bietet eine hohe Festigkeit für Ventilinnenteile, Aufhängungen und Schrauben und nicht für Leitungsrohre.

Die veröffentlichten Härtegrenzen unterscheiden sich: Ein Hersteller gibt 35 HRC für Bohrlochrohre und Packer an, während ein Datenblatt der API-Klasse 718 mit 40 HRC arbeitet.

Die Obergrenze hängt von der Gerätekategorie und der geltenden Tabelle ab. Überprüfen Sie sie daher vor der Bestellung anhand der Norm.

Denken Sie daran, dass MR0175 weder Lochfraß noch allgemeine Korrosion bewertet. Aufgrund ihres CO2-, Chlorid- und Säureverhaltens muss immer noch eine Nickellegierung ausgewählt werden, die die Sauer-Service-Tabellen erfüllt. Sehen Sie sich unsere Artikel über Hastelloy C276 vs. C22 und Incoloy 825 in Schwefelsäure an.

Wie sind Festigkeit und Kosten bei diesen Qualitäten vergleichbar?

Höher legierte Sorten kosten mehr pro Kilogramm, aber ihre höhere Streckgrenze kann die Wandstärke verringern und den Aufpreis teilweise ausgleichen.

Welchen Grad sollten Sie bei einem bestimmten sauren Zustand zuerst untersuchen?

Beginnen Sie mit dem H2S-Partialdruck und der H2S-Temperatur und prüfen Sie dann den Chlorid-, pH- und Korrosionsbedarf. Die Tabelle zeigt nur einen ersten Bildschirm.

Was muss in einer Bestellung angegeben werden, um die MR0175-Konformität nachzuweisen?

Benennen Sie den Standard und die Ausgabe, geben Sie die sauren Bedingungen an, legen Sie die Wärmebehandlungsbedingung fest und fordern Sie im Materialprüfbericht die Härte (und Ferrit für Duplex) an.

• Standard und Ausgabe:„ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-3, am PO-Datum gültige Ausgabe, mit technischen Rundschreiben.“
• Servicedaten:H2S-Partialdruck, Auslegungstemperatur, Chloridgehalt, pH-Wert und etwaiger elementarer Schwefel.
• Zustand:lösungsgeglüht und abgeschreckt; keine Kaltarbeit zur Steigerung der Kraft; Geben Sie die zulässige Kaltumformung und deren Grenzen an.
• Härte:Maximalwert, Prüfmethode (HRC, HBW oder HV mit Umrechnungsregel) und Prüfort, einschließlich Schweißnaht und Wärmeeinflusszone an gefertigten Spulen.
• Nur Duplex:Ferritgehalt 35–65 % im Grundmetall, zuzüglich Schweißferritgrenzen in der Schweißverfahrensqualifikation.
• Unterlagen:EN 10204 Typ 3.1-Zertifikat, positive Materialidentifikation (PMI) und Wärmebehandlungsaufzeichnungen.
• Compliance-Erklärung:bitte schriftlich darum. Mühlen drucken oft nicht „MR0175“ auf Testberichte, da sich die Einhaltung aus der Spezifikation und der angegebenen Härte ergibt.

Bedeutet „NACE-konform“, dass das Rohr nicht korrodiert?

Nr. MR0175 qualifiziert ein Material nur gegen H2S-Rißbildung. Lochfraß, Spaltkorrosion, CO2-Korrosion und Erosion bedürfen weiterhin gesonderter Kontrollen.

Eine Linie kann jeden MR0175-Tisch erfüllen und trotzdem in warmes, chloridreiches Wasser eintauchen. Designer kombinieren den Standard daher mit Lochfraßtests wie ASTM G48, PREN-Screening und Projektregeln wie NORSOK M-001. Die vollständige Einhaltung der Anforderungen hängt auch vom gesamten Belastungs- und Umgebungsbild des Geräts ab, das durch die Servicebewertung des Benutzers definiert wird.

Kommt eine neue Ausgabe von NACE MR0175 / ISO 15156?

Ja. Die ISO-Ausgabe 2020 (veröffentlicht von ANSI/NACE als MR0175-2021) ist aktuell und eine umfassende, umstrukturierte Überarbeitung befindet sich in der Entwicklung.

ISO 15156-3:2020 ersetzte die Ausgabe 2015 und wird auf der Statusseite der ISO als zur Überarbeitung fällig mit einem in Entwicklung befindlichen Entwurf aufgeführt. Die im März 2026 vorgelegten AMPP-Papiere beschreiben eine Neufassung, die in drei neue Teile gegliedert ist: Material- und Verarbeitungsanforderungen, Bewertung der Serviceumgebung und Materialauswahl sowie Überprüfung, Qualifizierung und Abstimmung. Bis zur Veröffentlichung und Verabschiedung der Neuauflage gilt der Text 2020/2021. Geben Sie bei jeder Bestellung die Edition an, damit es keine Unklarheiten gibt.

Häufig gestellte Fragen

Q: Ist NACE MR0175 dasselbe wie ISO 15156?

A: Ja. Es handelt sich um denselben technischen Text, der von ISO als ISO 15156 und von NACE (jetzt AMPP) als MR0175 veröffentlicht wurde. Derzeit ist die ISO-Ausgabe 2020 in Kraft.

Q: Was ist die Härtegrenze für 316L im sauren Betrieb?

A: Geglühter 316L ist auf 22 HRC (237 HBW) begrenzt, muss frei von Kaltverformung zur Erhöhung der Festigkeit sein und ist gemäß Tabelle A.2 auf milde Umgebungen beschränkt.

Q: Kann Duplex 2205 über 10 kPa H2S verwendet werden?

A: Nicht unter den allgemeinen Tabellen der Norm. Über etwa 10 kPa wählen Sie Superduplex (bis etwa 20 kPa) oder eine Nickellegierung oder qualifizieren Sie das Material durch Tests für den spezifischen Einsatz.

Q: Gilt MR0175 für Raffinerien?

A: Nein. Raffinations- und nachgeschaltete Ausrüstung fällt unter NACE MR0103 / ISO 17945, die ihre eigenen Härtegrenzen hat (z. B. 28 HRC für Duplex).

Q: Wie berechne ich den H2S-Partialdruck?

A: Multiplizieren Sie den absoluten Gesamtdruck mit dem H2S-Molenbruch. Bei 100 bar absolut und 0,5 Mol-% H2S beträgt das Ergebnis 0,5 bar oder 50 kPa.

Q: Ist ein MR0175-konformes Rohr resistent gegen Lochfraß?

A: Nicht automatisch. Die Norm befasst sich nur mit der Rissbildung, sodass Lochfraß und allgemeine Korrosion gesondert bewertet werden müssen.

Referenzen

Walzlegierungen. Schwefelwasserstoff – NACE MR0175/ISO 15156 & NACE MR0103.https://www.rolledalloys.com/articles/hydrogen-sulfide-nace-mr0175-iso-15156-nace-mr0103/

ISO 15156-3:2020, Status und Geltungsbereich (Genorma).https://genorma.com/en/standards/iso-15156-3-2020

AMPP. ANSI/NACE MR0175-2021/ISO 15156-2020.https://content.ampp.org/standards/book/1139/ANSI-NACE-MR0175-Petroleum-and-Natural-Gas

AMPP-Konferenz 2026. Aktualisierung auf NACE MR0175/ISO 15156.https://content.ampp.org/ampp/proceedings-abstract/CONF_MAR26/2026/1/107421

Alleima. Datenblatt zum Material SAF 2205.https://integration.alleima.com/cz/technical-center/material-datasheets/tube-and-pipe-seamless/saf-2205/

AMPP. Aktuelle H2S-Korrosionstests von Hyper-Duplex-Edelstahl.https://store.ampp.org/recent-hs-corrosion-tests-of-hyper-duplex-stainless-steel

TWI. Prüfung von Superduplex-Edelstahl für den sauren Einsatz.https://www.twi-global.com/technical-knowledge/published-papers/testing-of-superduplex-stainless-steel-for-sour-service-march-2003

Korrosionsklinik. Fragen und Interpretationen zu NACE MR0175/ISO 15156.https://www.corrosionclinic.com/corrosion/programs-and-courses/continuing-education/courses/Questions%20and%20interpretations%20for%20NACE%20MR0175_ISO-15156.html

Neon-Nickel. Datenblatt zur Legierung 718 API.https://www.neonickel.com/alloys/all-alloys/alloy-718-api