ASME/ASTM A/SA 387 Grade 11 Cl.1 + Cl.2 – Druckbehälterstahl

Einleitung & Positionierung

A/SA 387 Grade 11 ist ein Chrom‑Molybdän‑Druckbehälterstahl (≈ 1.25 % Cr / 0.5 % Mo) für erhöhte Betriebstemperaturen und Belastungen mit Anforderung an Warmfestigkeit, Oxidations‑ und Korrosionsbeständigkeit. Die Güte wird in zwei Klassen geliefert – Class 1 und Class 2 –, die chemisch identisch, jedoch mechanisch unterschiedlich ausgelegt sind (Class 2 = höheres Festigkeitsniveau). Typische Einsatzfelder sind Raffinerien, Petrochemie, Chemie, Energie sowie Apparate‑/Kessel‑und Wärmetauscherbau in Elevated‑Temperature‑Service.

Normen, Regelwerke & Zertifikate

ASTM A387/A387M bzw. ASME SA‑387/SA‑387M – „Pressure Vessel Plates, Alloy Steel, Chromium‑Molybdenum“.
ASTM/ASME A20/A20M – General Requirements (Toleranzen, Prüfungen, UT‑Optionen A435/A577/A578, Zusatzerfordernisse).
EN 10204 – Prüfbescheinigungen 3.1 / 3.2; Third‑Party auf Wunsch (Klassgesellschaften/TÜV).
Sour‑Service je nach Projekt: NACE MR0175/ISO 15156 (Upstream) und/oder NACE MR0103/ISO 17945 (Refining).

Hinweis: Class 1 und Class 2 unterscheiden sich primär in Streckgrenze/Zugfestigkeit; die Feinchemie bleibt gleich.

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Chemische Charakteristik & Metallurgie

Grundkonzept: niedrig kohlenstoffhaltiger Cr‑Mo‑Stahl mit ca. 1.00–1.50 % Cr und 0.45–0.65 % Mo (lieferanten-/spezifikationsabhängige Bandbreiten).
Gefüge: Im N+T‑Zustand fein‑bis feinstkörniges Ferrit‑Perlit/Bainit; Cr erhöht Oxidations‑/Hitzebeständigkeit, Mo steigert Kriechfestigkeit und mindert Wasserstoffangriff.
Feinkorn/beruhigt: übliche beruhigte Stahlerzeugung; Feinkorn durch geeignete Wärmebehandlung (Normalisieren + Anlassen) abgesichert.

Mechanische Eigenschaften – Class 1 und 2

Genaue Werte sind platten‑/dickenabhängig und den Lieferzeugnissen zu entnehmen.

Class 1:
- Streckgrenze (ReH): ≈ ≥240 MPa
- Zugfestigkeit (Rm): ≈ 415–585 MPa
- Bruchdehnung: ≈ ≥ 19–22 %
Class 2 (erhöhte Stärke):
- Streckgrenze (ReH): ≈ 310 MPa
- Zugfestigkeit (Rm): ≈ 515–690 MPa
- Bruchdehnung: ≈ ≥ 18–22 %
Zähigkeit/KV: projektspezifisch; Charpy‑Prüftemperaturen nach Bestellung/Normzusätzen.

Interpretation: Cl. 2 ermöglicht dünnere Wandstärken bzw. höhere Druck-/Temperaturreserven bei gleicher Chemie; Cl. 1 ist die ökonomische Wahl für weniger anspruchsvolle Lastfälle.

Lieferzustände & Wärmebehandlung

N + T – Normalized & Tempered (Standard für Gr. 11):
- Normalisieren (Luftkühlung) zur Kornverfeinerung und Homogenisierung.
- Anlassen ≥ ≈ 620 °C (typisch) zur Einstellung von Zähigkeit und Relaxation von Eigenspannungen.
Q + T – Quenched & Tempered: fallweise (werks-/projektabhängig) möglich; bei Gr. 11 üblicherweise N+T bevorzugt.
PWHT (Post‑Weld‑Heat‑Treatment): in der Regel gefordert (z. B. 620–700 °C, Haltezeit abhängig von Temperatur/Werkstoffklasse), insbesondere bei sour‑service‑kritischen Medien.
UT‑Optionen: nach A435/A577/A578 (z. B. Level C) für kritische Apparatezonen.

Schweißen, WPS/WPQR & Sour Service (NACE)

Schweißeignung: gut bei geeigneter Wärmeeinbringung; vorgegebene Vorwärm‑/Interpass‑Temperaturen und kontrollierter Abkühlverlauf zur HAZ‑Härteminimierung.
Verfahren & Zusatzwerkstoffe: SMAW (E7018/low‑H), GTAW (ER70S‑x), SAW/FCAW niedriger Wasserstoff, ggf. Ni‑haltige Drähte bei tiefer Einsatztemp.
PWHT nach dem Schweißen: zur Reduktion von Eigenspannungen, Härte und Wasserstoffversprödung obligatorisch/empfohlen (projektspezifisch).
NACE‑Konzepte:
- Härtebegrenzung an Grundmaterial/Schweißgut/HAZ (typ. ≤ ~22 HRC ≈ 237 HBW);
- ggf. HIC/SOHIC‑Prüfungen (z. B. NACE TM0284);
- WPS/WPQR mit Härteverlauf, angepasste Wärmeeinbringung und Wasserstoffmanagement (getrocknete Elektroden, beheizte Magazine).

Branchen, Einsatzzwecke & Beispiele

Raffinerie & Petrochemie: Reformer/Converter, Hot‑High‑Pressure‑Separatoren, Reaktoren, heißes Leitungszubehör, Kolonnen‑/Ofenabschnitte.
Chemische Industrie: Hochtemperatur‑Behälter, Verdampfer, Spaltreaktoren, Prozessleitungen in heißer, leicht oxidierender Atmosphäre.
Energie/Kraftwerk: Dampfüberhitzer‑/Zwischenüberhitzerkomponenten, Hochtemperatur‑Druckbehälter, Wärmespeicher/Salzsysteme.
Apparate‑ & Wärmetauscherbau: Mantel‑Rohr‑Gehäuse, Kanaldeckel, Knotenbleche, Rohrbodenplatten im Elevated‑Temperature‑Service.

Vorteile, Grenzen & Alternativen

Vorteile:

Hohe Warmfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit durch Cr‑Mo,
Cl. 2 bietet deutlich höhere Re/Rm bei identischer Chemie,
Gute Schweißeignung mit PWHT‑Konzept,
Weltweit Normen‑/Klassenabdeckung.

Grenzen:

Für noch höhere Temperaturen/Kriechbereiche ggf. A/SA 387 Gr. 22 (2.25Cr‑1Mo) oder Gr. 5 (5Cr‑0.5Mo) geeigneter.
Sour‑Service erfordert strikte Härte/PWHT‑Disziplin und ggf. HIC‑getestete Varianten.

Alternativen: