Lasoverlay met nikkellegeringen: bekleding van koolstofstaal voor corrosiebestendigheid

Lasoverlay -, ook wel lasbekleding of hardfacing genoemd - is een beproefde, aan de code-conforme methode voor het aanbrengen van een corrosie-bestendige nikkellegeringslaag op een substraat van koolstofstaal of- laaggelegeerd staal. Het resultaat: de mechanische sterkte en lage kosten van koolstofstaal, gecombineerd met de corrosieweerstand van nikkellegeringen - tegen 40-60% lagere materiaalkosten dan constructies van massieve nikkellegeringen. In dit artikel wordt uitgelegd wanneer een lasoverlay de juiste keuze is, welke nikkellegeringen worden gebruikt, welke normen van toepassing zijn en hoe u de overlay correct specificeert.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Lasoverlay met nikkellegeringen is de -standaardoplossing in de sector voor drukvaten, warmtewisselaars en leidingonderdelen die bestand moeten zijn tegen corrosie door zuur gas (H₂S), chloriden, zuren en oxidatie bij hoge- temperaturen - zonder de kosten van de productie van vaste legeringen.

Lassen is het proces waarbij een of meer lagen van een corrosie-bestendige legering (doorgaans op nikkel-basis) worden aangebracht op het oppervlak van een goedkoper basismetaal (doorgaans koolstofstaal of laag-gelegeerd staal) met behulp van booglasprocessen. De deklaag - is doorgaans 3–6 mm dik - en fungeert als een barrière tussen de corrosieve procesvloeistof en het structurele basismetaal.

Waarom een overlay gebruiken in plaats van een massieve legering?

Tafel. Vergelijking van kosten en prestaties - Massieve legering versus constructie met gelaste overlay


Parameter	Massieve nikkellegering	Koolstofstaal + Ni--legeringsoverlay	Kostenbesparingen	Prestatie
Materiaalkosten ($/kg, typisch)	$35–60	$8–12 (CS) + $15–25 (overlay)	40-60% lager	Equivalente corrosieweerstand
Fabricage tijd	Langer (moeilijk te lassen)	Korter (CS las gemakkelijk)	20-30% sneller	Zelfde levensduur
Naleving van de ontwerpcode	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	Dezelfde	Dezelfde
Typische dikte van de overlay	N.v.t. (vast)	3–6 mm (2–3 lagen)	N/A	Corrosietoeslag inbegrepen
Reparatie en onderhoud	Moeilijk (crack-gevoelig)	Gemakkelijker (overlay kan opnieuw-worden toegepast)	Lagere levenscycluskosten	Langere levensduur
Gewicht	Hoger (dichtheid 8,4–8,9 g/cm³)	Lager (CS-dichtheid 7,85 g/cm³)	5–10% lichter	Zelfde drukwaarde

Bron: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023); ASME B31.3 Procesleidingen (2022); Special Metals Corporation 'Welding Products Catalogus' (2023); Haynes International 'Corrosie-bestendige legeringen' Technische gegevens; JN Alloys interne kostenanalyse voor 2024-2025.

Voor vaten met een grote- diameter, warmtewisselaarschalen en leidingspoelen waarbij de corrosie beperkt blijft tot het interne oppervlak, levert een lasoverlay dezelfde corrosieprestaties als een massieve legering, tegen 40-60% lagere materiaalkosten.

Niet alle nikkellegeringen zijn geschikt voor lasoverlay. Het overlaymateriaal moet lasbaar zijn, compatibel met koolstofstaalverdunning en bestand tegen de specifieke corrosieve omgeving. Twee legeringen domineren de industrie: legering 625 (UNS N06625) en legering C-276 (UNS N10276).

Legeringselectie op basis van corrosieomgeving

Tafel. Overlaymaterialen van nikkellegeringen - Selectiegids per corrosieomgeving


Legering (UNS)	Belangrijke legeringselementen	Primaire corrosieweerstand	Typische overlay-toepassingen	Lasproces	ASME P-Nummer
Legering 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Oxidatie, chlorideputvorming, H₂S, zeewater	Bronapparatuur, onderzeese connectoren, drukvaten	GTAW, GMAW, FCAW, ZAAG	P-Nee. 43
Legering C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Reducerende zuren, HCl, H₂SO₄, chloor, zuur gas	Chemische reactoren, wassers, FGD-systemen, zuurleidingen	GTAW, GMAW, FCAW, ZAAG	P-Nee. 44
Legering C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Ernstige gemengde zuren, hypochloriet, nat chloor	Farmacie, pulp & papier, afvalverbranding	GTAW, GMAW	P-Nee. 44
Legering 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Zuurgas (H₂S), zwavelzuur/fosforzuur	Buisleidingen in het boorgat, gasverwerking, warmtewisselaars	GTAW, GMAW	P-Nee. 45
Legering 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Oxidatie bij hoge-temperaturen, nitreren, bijtend	Ovencomponenten, warmtebehandelingsmanden	GTAW, GMAW	P-Nee. 43
Legering X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Oxidatie bij 1100–1200 graden, carburatie	Verbrandingskamers, gasturbinecomponenten	GTAW, GMAW	P-Nee. 43
Legering 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Extreem reducerende zuren, HCI, H₂SO₄ mengsels	Chemisch proces, bestrijding van vervuiling	GTAW, GMAW	P-Nee. 44

Bron: gegevensbladen 'INCONEL® Alloy 625' en 'INCONEL® Alloy 725' van Special Metals Corporation (2023); Haynes International 'HASTELLOY® C-276 legering' technische gegevens (2023); ASME Ketel- en drukvatcode Sectie IX (2023) QW-422 P-nummergroepering; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Vergelijking van chemische samenstelling

Tafel. Chemische samenstelling van gebruikelijke overlaymaterialen van nikkellegeringen (gewichtspercentage, typisch)


Legering (UNS)	Ni	Cr	ma	Fe	W	Nb	Ti	C (max.)
Legering 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Kleiner dan of gelijk aan 5	-	3.15–4.15	Kleiner dan of gelijk aan 0,4	0.10
Legering C-276 (N10276)	Evenwicht	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Legering C-22 (N06022)	Evenwicht	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Legering 825 (N08825)	38–46	19.5–23.5	2.5–3.5	22 minuten	-	-	0.6–1.2	0.05
Legering 600 (N06600)	72 min	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Legering X (N06002)	Evenwicht	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Legering 59 (N06059)	Evenwicht	22–24	15–16.5	Kleiner dan of gelijk aan 1,5	-	-	-	0.01

Bron: ASTM B443 (Legering 625); ASTM B575 (legering C-276, C-22, 59); ASTM B425 (Legering 825); ASTM B168 (Legering 600); ASTM B435 (Legering X); Gegevensbladen van Special Metals en Haynes International (2023).

Legering 625 is de standaardkeuze voor zeewater-, chloride- en zuurgas (H₂S)-toepassingen. Legering C-276 is de standaardkeuze voor het reduceren van zuren (HCl, H₂SO₄) en zware chemische omgevingen. Raadpleeg voor grensgevallen NACE MR0175 / ISO 15156-3 en voer corrosietests uit.

De keuze van het lasproces heeft invloed op de kwaliteit van de overlay, de verdunningssnelheid, de afzettingssnelheid en de kosten. Voor kritische drukapparatuur zijn GTAW (TIG) en GMAW (MIG) de meest voorkomende keuzes. Voor bekleding van grote- oppervlakken bieden FCAW en SAW een hogere productiviteit.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Procesvergelijking voor overlay van nikkellegering

Tafel. Lasprocessen voor overlays van nikkellegeringen - Vergelijking op basis van kwaliteit en productiviteit


Proces	Verdunningssnelheid	Afzettingspercentage	Beste applicatie	Positie	Vaardigheidsniveau	Kosten
GTAW (TIG)	10–25%	0,5–1,5 kg/u	Eerste laag, wortelpas, dunne overlay, kleine diameter	Alle posities	Hoog	Hoog
GMAW (MIG)	20–30%	2–4 kg/u	Vul- en deklagen, overlay van gemiddelde- dikte	Plat, horizontaal	Medium	Medium
FCAW (Flux-met kern)	20–35%	3–6 kg/u	Grote-overlay, niet-kritieke applicaties	Plat, horizontaal	Medium	Laag
SAW (ondergedompelde boog)	30–50%	5–15 kg/u	Grote schepen, zware bekleding, hoge productiviteit	Alleen plat	Medium	Laagste
PAW (plasmaboog)	5–15%	1–3 kg/u	Precisie-overlay, geautomatiseerde systemen	Plat, gemechaniseerd	Hoog	Hoog
Laserbekleding	5–10%	1–5 kg/u	Precisiereparatie, dunne overlay, minimale verdunning	Plat, gemechaniseerd	Hoog	Zeer hoog

Bron: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 'Structurele lasvoorschriften - roestvrij staal'; Speciale metalen 'Lasrichtlijnen voor nikkellegeringen' (2023); Technische gids 'Nikkellegering lasproducten' van Lincoln Electric (2023).

Verdunningsbeheer is van cruciaal belang voor de prestaties van overlays

Verdunning treedt op wanneer het basismetaal (koolstofstaal) smelt en zich vermengt met het vulmetaal (nikkellegering). Overmatige verdunning vermindert de corrosieweerstand van de overlay door het kritische legeringsgehalte (Cr, Mo, Nb) te verlagen. Voor de Alloy 625-overlay moet het ijzergehalte in de eerste laag onder de 10% worden gehouden; voor C-276, minder dan 7%.

Tafel. Maximaal toegestane verdunning - Limieten ijzergehalte per legering


Legering	Maximale Fe in overlay (gew.%)	Minimale Cr in overlay (gew.%)	Minimale maand in overlay (gew.%)	Aanbevolen proces
Legering 625	Minder dan of gelijk aan 10%	Groter dan of gelijk aan 18%	Groter dan of gelijk aan 7%	GTAW of GMAW voor eerste laag; FCAW/SAW voor vulling
Legering C-276	Minder dan of gelijk aan 7%	Groter dan of gelijk aan 14%	Groter dan of gelijk aan 14%	GTAW voor eerste laag; GMAW/FCAW voor vulling
Legering C-22	Minder dan of gelijk aan 6%	Groter dan of gelijk aan 19%	Groter dan of gelijk aan 11%	GTAW of GMAW voor alle lagen
Legering 825	Minder dan of gelijk aan 15%	Groter dan of gelijk aan 20%	Groter dan of gelijk aan 2,5%	GTAW of GMAW
Legering 600	Minder dan of gelijk aan 10%	Groter dan of gelijk aan 14%	N/A	GTAW of GMAW

Bron: Special Metals 'Welding Guidelines for INCONEL® Alloy 625' (2023); Haynes International 'Lassen en fabricage van HASTELLOY® C-276-legering' (2023); ASME Sectie IX QW-404.12 'Verdunning van vulmetaal'; AWS A5.14/A5.14M:2018 'Specificatie voor naakte laselektroden en -staven van nikkel en nikkellegeringen.'

Gebruik GTAW (TIG) voor de eerste laag om verdunning te minimaliseren en te voldoen aan de chemische normen. Gebruik GMAW, FCAW of SAW voor volgende lagen om de productiviteit te verhogen. Controleer altijd de chemie van de overlay via PMI (Positive Material Identification) of laboratoriumanalyse.

De minimale overlaydikte wordt bepaald door de corrosietolerantie, verdunningsdiepte, lasprocesmogelijkheden en normvereisten. Voor de meeste drukvaten en leidingen is 3–6 mm (2–3 lagen) standaard. Dunnere overlays riskeren een doorbraak; dikkere overlays verhogen de kosten en kunnen problemen met restspanning veroorzaken.

Dikte ontwerprichtlijnen

Tafel. Overlaydikte Ontwerp - Aanbevolen waarden per toepassing


Sollicitatie	Ernst van de corrosie	Minimale dikte (mm)	Typische lagen	Codereferentie	Opmerkingen
Drukvaten (algemeen)	Matig (geen H₂S)	3.0	2 lagen	ASME VIII Div. 1 UG-16	1,5 mm min na bewerking
Zuurgasdienst (H₂S)	Ernstig (NACE MR0175)	4.0–5.0	2-3 lagen	NACE MR0175 / ISO 15156	Controleer de hardheid Minder dan of gelijk aan 22 HRC
Zeewater-warmtewisselaars	Hoge Cl⁻ putjes	4.0	2-3 lagen	ASME VIII + gebruikersspecificatie	Gebruik Legering 625 of 825
Absorptiekolommen voor zuur gas	Ernstig (HCl, H₂SO₄)	5.0–6.0	3 lagen	ASME VIII + gebruikersspecificatie	Gebruik legering C-276 of C-22
Onderzeese putmondapparatuur	Ernstig + HPHT	5.0–6.0	3 lagen	API6A, API17D	Gebruik Alloy 625, verifieer met PMI
FGD (rookgasontzwaveling)	Ernstig (natte SO₂, HCl)	5.0	3 lagen	Gebruikersspecificatie	Gebruik legering C-276 of C-22
Katalytische hervormers	Oxidatie bij hoge- temperatuur	4.0	2-3 lagen	API 560 / gebruikersspecificatie	Gebruik Legering 600 of X

Bron: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16 'Minimale wanddikte'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 'Petroleum- en aardgasindustrieën - Materialen voor gebruik in H₂S-houdende omgevingen'; API 6A (21e editie, 2024) 'Bron- en boomapparatuur'; API 17D (3e editie, 2021) 'Ontwerp en bediening van onderzeese productiesystemen'.

Berekening van de corrosietoeslag

De dikte van de overlay moet het volgende omvatten: (1) corrosietoeslag (typisch 1,5–3,0 mm voor een levensduur van 10–20 jaar), (2) bewerkingstoeslag (0,5–1,0 mm voor oppervlakteafwerking) en (3) dikte van de verdunningszone (1,0–1,5 mm voor de eerste laag).

Tafel. Verdeling van de dikte van de overlay - Corrosietoeslag en productietoleranties


Diktecomponent	Typisch bereik (mm)	Doel	Controlemethode	Standaardreferentie
Corrosietoeslag	1.5–3.0	Materiaalverlies gedurende de ontwerplevensduur	Procesontwerpspecificatie	ASME VIII UG-25
Bewerkingstoelage	0.5–1.0	Oppervlakteafwerking, NDE-voorbereiding	Bewerkingstolerantie	ASME B46.1
Verdunningszone	1.0–1.5	Eerste laag gemengd met basismetaal	Lasprocedure (PQR)	ASME IX QW-404
Minimaal degelijk metaal	0.5–1.0	Veiligheidsmarge boven verdunning	UT- of RT-keuring	ASME V Artikel 4
Totale ontwerpdikte	3.5–6.5	Som van bovenstaande componenten	Technisch ontwerp	Projectspecificatie

Bron: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UG-25 'Corrosietoeslag'; ASME B46.1-2019 'Oppervlaktetextuur (oppervlakteruwheid, golving en ligging)'; ASME Sectie V Artikel 4 'Ultrasone onderzoeksmethoden voor lassen'; ASME Sectie IX 'Kwalificaties voor lassen, solderen en smelten'.

Conclusie:Voor de meeste toepassingen dient u na de bewerking een minimale overlaydikte van 3,0 mm op te geven. Voor omgevingen met ernstige corrosie (zure gassen, zuren, zeewater) specificeert u 4,0–5,0 mm. Neem altijd een corrosietoeslag op in de ontwerpspecificatie.

Omdat de deklaag dun is (3–6 mm) en de corrosieweerstand afhangt van nauwkeurige chemie, is kwaliteitscontrole belangrijker dan bij constructies van massieve legeringen. Elke overlay moet worden geverifieerd door middel van positieve materiaalidentificatie (PMI) en geïnspecteerd door middel van ultrasone tests (UT) of radiografische tests (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Inspectievereisten voor lasoverlays

Tafel. Kwaliteitscontroletests voor lasoverlays van nikkellegeringen


Test	Doel	Methode	Acceptatiecriteria	Frequentie	Standaard
PMI (positieve materiaal-ID)	Controleer de chemie van de overlay	XRF of OES	Cr, Mo, Nb binnen specificatie; Fe Kleiner dan of gelijk aan limiet	100% van het overlay-oppervlak	ASTM E1621
Ultrasoon testen (UT)	Detecteer gebrek aan fusie, porositeit	Rechte straal of hoekstraal	Geen indicaties > 20% DAC	100% van het overlaygebied	ASME V-kunst. 4, 5
Radiografische testen (RT)	Detecteer interne defecten	Röntgen-straling of gammastraling	Volgens ASME VIII UW-51	Spot of 100% zoals gespecificeerd	ASME V-kunst. 2
Vloeistofpenetrant (PT)	Detecteer oppervlaktescheuren	Zichtbare of fluorescerende kleurstof	Geen lineaire aanduidingen > 1,5 mm	100% van het overlay-oppervlak	ASME V-kunst. 6
Hardheidstest	Conformiteit met NACE MR0175 verifiëren	Draagbare hardheidsmeter	Minder dan of gelijk aan 22 HRC (zure service)	Volgens NACE MR0175 Tabel A.1	ASTM E10 / E18
Ferrietnummer (indien van toepassing)	Niet vereist voor overlay van Ni--legering	Ferriet meter	N.v.t. (austenitisch)	N/A	ASTM A342
Metallografisch onderzoek	Controleer microstructuur, verdunning	Dwars-doorsnede, ets	Geen scheuren, porositeit of overmatige verdunning	Per procedurekwalificatie	ASTM E3, E407

Bron: ASTM E1621-21 'Standaardgids voor elementaire analyse door golflengte-dispersieve X-straalfluorescentiespectrometrie'; ASME Ketel- en drukvatcode Sectie V (2023) Artikelen 2, 4, 5, 6; ASME Sectie VIII Div. 1 UW-51 'Radiografisch onderzoek van lassen'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Tabel A.1 'Hardheidseisen voor koolstof- en laaggelegeerde staalsoorten'.

Veelvoorkomende defecten en hun oorzaken

Tafel. Veel voorkomende defecten aan lasoverlays - Oorzaken en preventie


Defect	Verschijning	Oorzaak	Preventie	Detectiemethode
Gebrek aan fusie	Lineaire indicatie op interface	Onvoldoende warmte-inbreng, slechte techniek	Verhoog de stroomsterkte, juiste rijsnelheid	UT, RT
Porositeit	Ronde gaszakken in overlay	Verontreiniging (olie, vocht, oxide)	Maak het basismetaal schoon, gebruik droog vulmiddel en een geschikt gasscherm	RT, UT
Heet kraken	Intergranulaire scheuren in de overlay	Hoge terughoudendheid, onjuiste hielvolgorde	Controle van de warmte-inbreng, goed voegontwerp	PT, VT, metallografie
Overmatige verdunning	Lage Cr/Mo in overlay	Hoge warmte-inbreng, onjuiste techniek	Verminder de stroomsterkte, gebruik GTAW voor de eerste laag	PMI, chemische analyse
Wolfraam opname	Heldere deeltjes in overlay	GTAW-elektrodecontact met smeltbad	Zorg voor een goede afstand, gebruik de juiste elektrode	RT, VT
Slakken opname	Onregelmatige donkere vlekken	Onjuiste reiniging van de tussendoorgangen (FCAW, SAW)	Schoonmaken tussen passages, juiste fluxhantering	RT, UT
Ondersnijding	Groef bij de lasnaad	Overmatige stroom, onjuiste techniek	Verminder de stroomsterkte, juiste toortshoek	VT, PT

Bron: AWS D1.6/D1.6M-22 'Structurele lasvoorschriften - roestvrij staal'; Speciale metalen 'Lasrichtlijnen voor nikkellegeringen' (2023); ASME Sectie IX QW-190 'Onderzoek en reparatie van lassen'.

PMI-verificatie van overlay-chemie is verplicht voor elke taak. UT- of RT-inspectie bevestigt de integriteit van de verbinding. Voor zure service is een hardheidstest vereist volgens NACE MR0175. Alle inspectieresultaten moeten worden gedocumenteerd in het materiaaltestrapport.

Lasoverlay is geen 'alternatieve' methode - het wordt expliciet erkend en beheerst door ASME-ontwerpcodes. De deklaag kan worden meegeteld als corrosietolerantie, maar niet als drukvasthoudende dikte, tenzij specifiek gekwalificeerd en gedocumenteerd.

Codevereisten voor lasoverlay

Tafel. ASME-codevereisten voor de constructie van lasoverlays


Code	Paragraaf	Vereiste	Overlay-behandeling	Belangrijkste opmerkingen
ASME VIII-divisie. 1	UG-16, UW-42	Minimale dikte, lasprocedure	Overlay=corrosietoeslag	Overlay niet inbegrepen in drukontwerp
ASME VIII-divisie. 1	UCL-30 tot UCL-46	Beklede en gelaste overlay-schepen	Overlay kan worden opgenomen indien gekwalificeerd	Moet voldoen aan de UCL-30-vereisten
ASME VIII-divisie. 2	Deel D, artikel D.11	Beklede en gelaste overlay	Vergelijkbaar met Div. 1	Ontwerp-door-analyse vereist voor overlay
ASME B31.3	Para. 323.4.2	Beklede en gelaste overlay-leidingen	Overlay=corrosietoeslag	Overlay kan worden gebruikt voor druk, indien gekwalificeerd
ASME B31.3	Para. 328.5.1	Procedure voor het overlappen van lassen	Moet gekwalificeerd zijn volgens ASME IX	PQR vereist voor elk overlayproces
ASME IX	QW-214, QW-283	Kwalificatie van de lasoverlayprocedure	Overlay-PQR vereist chemische analyse	Moet verdunningscontrole aantonen
NACEMR0175	ISO 15156-3	Zure servicematerialen	Overlay aanvaardbaar voor CS-basis	Hardheid Minder dan of gelijk aan 22 HRC, gekwalificeerde procedure

Bron: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 tot UCL-46; ASME Ketel- en drukvatcode Sectie VIII Div. 2 (2023) Deel D Artikel D.11; ASME B31.3-2022 'Procesleiding' Paragrafen 323.4.2, 328.5.1; ASME-ketel- en drukvatcode Sectie IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Wanneer overlay kan worden opgenomen in de ontwerpdikte

Standaard behandelen ASME-codes de lasoverlay als corrosietoeslag - deze wordt niet opgenomen in de berekening van de druk-behouddikte. Als de overlay-procedure echter gekwalificeerd is om volledige metallurgische hechting aan te tonen en de ontwerpspecificatie dit expliciet toestaat, kan de dikte van de overlay (minus corrosietoeslag) worden gecrediteerd.

Tafel. Voorwaarden voor het opnemen van overlay in drukontwerp


Voorwaarde	Vereiste	Verificatie	Referentie
Volledige metallurgische binding	Geen gebrek aan fusie, volledige fusie op het grensvlak	UT-onderzoek, 100% dekking	ASME VIII UCL-30
Gekwalificeerde overlay-procedure	PQR met chemische analyse, mechanische tests	ASME IX QW-283-kwalificatie	ASME IX QW-214
Goedkeuring ontwerpspecificatie	De ingenieur moet het overlaykrediet goedkeuren	Schriftelijke specificatie vereist	ASME VIII UG-22
Corrosietoeslag afgetrokken	Alleen gezond metaal boven de corrosietoeslag wordt gecrediteerd	Corrosietoeslag per UG-25	ASME VIII UG-25

Bron: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UCL-30 'Clad and Weld-Metaal-Beklede vaten'; ASME Sectie IX QW-283 'Lasvariabelen voor corrosiebestendige overlay'; WRC Bulletin 447 'Richtlijnen voor het beoordelen van lasbekledingsbekleding in drukapparatuur' (1999).

De lasoverlay voldoet volledig aan de code-. Standaard wordt dit behandeld als corrosietoeslag en niet opgenomen in het drukontwerp. Als de ontwerpspecificatie dit toelaat, kan de overlay worden meegerekend voor de drukdikte -, maar hiervoor zijn gekwalificeerde procedures en expliciete technische goedkeuring vereist.

Lasoverlays met nikkellegeringen worden het meest gebruikt in industrieën waar de procesomgeving zeer corrosief is, maar de afmetingen van de apparatuur de constructie van massieve legeringen economisch onaantrekkelijk maken. De olie- en gasindustrie is de grootste gebruiker, gevolgd door chemische verwerking en energieopwekking.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Toepassingsvoorbeelden per branche

Tafel. Lasoverlay-toepassingen per industrie en serviceomgeving


Industrie	Apparatuur	Corrosiemodus	Typische legeringsoverlay	Dikte (mm)	Code/standaard
Olie en gas (stroomopwaarts)	Bron, X-boom, smoorkleppen	H₂S, CO₂, Cl⁻, zeewater	Legering 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Olie en gas (midstream)	Pijpleidingen, kleplichamen, pomphuizen	H₂S, CO₂, nat gas	Legering 625 of 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Olie en gas (downstream)	Hydrokraker, HDS-reactoren	H₂, H₂S, hoge temperatuur	Legering 625 of 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Petrochemisch	Reactorvaten, warmtewisselaars	Zuren, chloriden, H₂S	Legering C-276 of C-22	4–6	ASME VIII, gebruikersspecificatie
Chemisch proces	Zuurreactoren, wassers, leidingen	HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, Cl₂	Legering C-276 of C-22	5–6	ASME VIII, gebruikersspecificatie
Energieopwekking	FGD-absorbers, kanalen, ventilatoren	SO₂, HCl, natte wasser	Legering C-276 of C-22	4–6	ASTM, gebruikersspecificatie
Ontzilting	Buizenplaten voor warmtewisselaars	Zeewater, hoge temperatuur	Legering 625 of 825	3–4	ASTM, gebruikersspecificatie
Maritiem/offshore	Pompen, kleppen, zeewaterleidingen	Zeewater, biofouling	Legering 625	4–5	DNV, ABS, gebruikersspecificatie
Pulp & Papier	Vergisters, bleekwasmachines	NaOH, ClO₂, H₂SO₄	Alloy C-276 or C-22	4–6	TAPPI, gebruikersspecificatie

Bron: API 6A (21e editie, 2024) 'Wellhead and Tree Equipment'; API 17D (3e editie, 2021) 'Onderzeese productiesystemen'; API 934-A (3e editie, 2019) 'Materialen en fabricage van 2¼Cr-1Mo en 3Cr-1Mo stalen drukvaten met dikke muren voor hoge-waterstoftoepassingen onder hoge temperatuur'; NACE RP045-2003 'Overlay-lassen voor waterstofservice'; ASME B31.3-2022 'Procesleidingen'; DNVGL-OS-F101 (2021) 'Onderzeese pijpleidingsystemen'.

Casestudy: Overlay voor putmondapparatuur

Onderzeese putmondapparatuur en kerstbomen werken in enkele van de meest agressieve corrosieomgevingen: zeewater aan de buitenkant, zuur gas (H₂S) en pekel aan de binnenkant, en temperaturen tot 200 graden. Een constructie van massief gelegeerd 625 zou 5 à 8 x koolstofstaal kosten. Een lasoverlay van legering 625 op koolstofstaal of laag-gelegeerd staal (bijv. AISI 4130, F22) levert dezelfde corrosieweerstand op tegen 40-50% lagere kosten.

Tafel. Casestudy - Onderzeese bronhub: 625-overlay van legering op F22-staal


Parameter	Stevige legering 625	F22 + Legering 625-overlay	Besparingen	Opmerkingen
Basismateriaalkosten	$ 55/kg	$ 4/kg (F22)	90% lager	F22 is laag-gelegeerd Cr-Mo-staal
Overlay-kosten	N/A	$ 18/kg (625 vulmiddel + arbeid)	N/A	GTAW + GMAW-proces
Totale verzonnen kosten	$180,000	$95,000	47% lager	Volgens API 6A-specificatie
Levertijd	16 weken	10 weken	6 weken sneller	F22 last gemakkelijk, overlay is routine
Corrosieprestaties	Uitstekend	Uitstekend (equivalent)	Dezelfde	Overlay gekwalificeerd volgens API 6A
Naleving van de code	API6A, NACEMR0175	API6A, NACEMR0175	Dezelfde	Hardheid van de overlay Minder dan of gelijk aan 22 HRC

Bron: API 6A (21e editie, 2024) 'Wellhead and Tree Equipment'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; Interne projectgegevens van JN Alloys voor onderzeese bronhub vervaardigd in 2023; Gegevensblad 'INCONEL® Alloy 625' voor speciale metalen (2023).

Voor grote, dik-apparatuur waarbij de corrosie beperkt blijft tot het interne oppervlak, is een lasoverlay de economisch superieure keuze. Massieve legering moet worden gereserveerd voor kleine componenten (binnenwerk van kleppen, instrumentfittingen) waar overlay onpraktisch is.

De vulmetaalspecificatie (AWS-classificatie) bepaalt de chemie van de overlay en de corrosieweerstand. Gebruik voor een Alloy 625-overlay ERNiCrMo-3 of ERNiCrMo-4; gebruik ERNiCrMo-4 voor C-276-overlay. De -4-classificatie heeft een hoger Mo-gehalte en heeft de voorkeur voor sterk reducerende zuurbehandeling.

Classificaties van vulmetaal voor overlays van nikkellegeringen

Tafel. AWS-vulmetaalclassificaties voor lasoverlays van nikkellegeringen


AWS-classificatie	UNS	Bijpassende legering	Cr (%)	Maand (%)	Nb+Ta (%)	Primaire toepassing
ERNiCr-3	N06082	Legering 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Oxidatie bij hoge- temperaturen, ongelijksoortige lassen
ERNiCrMo-3	N06625	Legering 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Zeewater, H₂S, chloriden, algemene overlay
ERNiCrMo-4	N10276	Legering C-276	14.5–16.5	15–17	-	Vermindering van zuren, ernstige corrosie
ERNiCrMo-10	N06022	Legering C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Gemengde zuren, hypochloriet
ERNiCrMo-14	N06686	Legering 686	19–23	15–17	-	Extreme zuren, zeewater
ERNiFeCr-1	N08065	Legering 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Zuur gas, zwavelzuur
ERNiMo-7	N10665	Legering B-2, B-3	Kleiner dan of gelijk aan 1,0	26–30	-	Zoutzuur, reducerende omgevingen

Bron: AWS A5.14/A5.14M:2018 'Specificatie voor nikkel en nikkel-naakte laselektroden en -staven van gelegeerd materiaal'; AWS A5.11/A5.11M:2017 'Specificatie voor nikkel en nikkel-gelegeerde laselektroden voor afgeschermd metaalbooglassen'; Speciale metalen 'Welding Products Catalog' (2023); Haynes International 'Welding Filler Metals' technische gegevens (2023).

Selectie van vulmetaal per serviceomgeving

Tafel. Selectiegids voor vulmetaal - Nikkellegering-overlay door corrosieomgeving


Serviceomgeving	Corrosiemodus	Aanbevolen vulmiddel	Alternatief	Opmerkingen
Zeewater, pekel	Cl⁻ putjes, spleet	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 is standaard voor zeewater
Zuurgas (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 of ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Controleer de hardheid Minder dan of gelijk aan 22 HRC
Zoutzuur	Algemene corrosie	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 heeft de voorkeur voor HCl
Zwavelzuur	Algemene corrosie	ERNiCrMo-4 of ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 voor < 50% H₂SO₄
Gemengde zuren (HCl + H₂SO₄)	Ernstige corrosie	ERNiCrMo-4 of ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 of 686 voor extreme service
Oxidatie bij hoge- temperatuur	Oxidatie, carbonisatie	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Gebruik voor > 900 graden service
Bijtend (NaOH, KOH)	Bijtende scheuren	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Legering 600 vulmiddel voor bijtende stoffen
Ontzwaveling van rookgassen	SO₂, HCl, natte wasser	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 is standaard voor FGD

Bron: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 'Petroleum- en aardgasindustrieën-Materialen voor gebruik in H₂S--omgevingen'; Speciale metalen 'Selectiegids voor corrosiebestendige legeringen' (2023); Haynes International Technische brochure 'Corrosiegegevens' (2023); Outokumpu 'Corrosiehandboek voor roestvrij staal en nikkellegeringen' (2021).

ERNiCrMo-3 (Legering 625 vulmiddel) is de meest veelzijdige keuze voor algemene overlay-toepassingen. ERNiCrMo-4 (C-276 vulstof) heeft de voorkeur voor sterk reducerende zuurtoepassingen. Controleer altijd de chemie van de overlay met PMI om er zeker van te zijn dat het vulmetaal en de lasprocedure het vereiste Cr-, Mo- en Fe-gehalte opleveren.