ASME/ASTM A/SA 387 Grade 12 Class 2 – Druckbehälterstahl

Einleitung & Positionierung

A/SA 387 Grade 12 Class 2 ist ein 0.5 % Cr / 0.5 % Mo niedriglegierter Chrom‑Molybdän‑Druckbehälterstahl, entwickelt für erhöhte Betriebstemperaturen (bis ca. 450–500 °C), bei denen Warmfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit, maßhaltige Kriechfestigkeit und gute Schweißeignung gefordert sind. Die Class‑2‑Variante bietet gegenüber Class 1 höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit und ist damit die bevorzugte Wahl bei anspruchsvolleren Temperatur‑/Drucklastfällen.

Typische Einsatzgebiete: Raffinerien, petrochemische Reformer, chemische Reaktoren, Wärmetauscher, Heißöl‑/Heißgasleitungen, Druckbehälter im Elevated‑Temperature‑Service.

Normen, Regelwerke & Zertifikate

ASTM A387/A387M & ASME SA‑387/SA‑387M – Alloy Steel, Chromium‑Molybdenum, für hochtemperaturbeständige Druckbehälter.
ASTM/ASME A20/A20M – General Requirements (inkl. UT‑Optionen A435/A577/A578, Toleranzen, Probenahmen, Zusatztests).
EN 10204 – 3.1 / 3.2 je nach Projekt; Third‑Party (TÜV, DNV, BV, LR) möglich.
Sour‑Service‑Option: NACE MR0103/ISO 17945 (Refining); MR0175/ISO 15156 nur bedingt, abhängig von Medienspezifikation.

Lieferhinweis: Grade 12 wird überwiegend in Class 2 spezifiziert, da hier das mechanische Mindestniveau den praktischen Anforderungen besser entspricht.

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Chemische Charakteristik & Metallurgie

Typische Analysebereiche:

Cr: ca. 0.4–0.7 %
Mo: ca. 0.4–0.6 %
C: typ. 0.05–0.17 %
Mn: 0.40–0.65 %
Si: bis ca. 0.50 %
P/S: ≤ 0.025 % (Low‑P/S für Zähigkeit & Herstellungssicherheit)

Metallurgische Wirkung:

Cr: Oxidationsbeständigkeit, erhöhte Warmfestigkeit.
Mo: Kriechstabilisierung bei heißem Dauerbetrieb, Verminderung des Wasserstoffangriffs.
Wärmebehandlung (N+T): Erzeugt fein‑ bis feinstkörniges Ferrit‑Perlit‑/Bainit‑Gefüge.

Mechanische Eigenschaften – Class 2

Streckgrenze ReH: ca. 275–310 MPa
Zugfestigkeit Rm: ca.450–585 MPa
Bruchdehnung: ≥ 18–22 %
Zähigkeit/KV: projektspezifisch, Charpy‑Temperatur nach Bestellung (häufig RT, −20 °C oder +20 °C).

Interpretation: Class 2 bietet ein deutlich höheres Festigkeitsniveau als Class 1 und erlaubt geringere Wandstärken oder höhere Temperaturreserven.

Lieferzustände & Wärmebehandlung

N + T – Normalized & Tempered (Standardzustand):
- Normalisieren: Kornfeinung & Homogenisierung.
- Anlassen: ≥ ≈ 620–700 °C zur Einstellung von Zähigkeit & Spannungsabbau.
Q + T – Quenched & Tempered: fallweise möglich, jedoch bei Gr. 12 weniger gebräuchlich als N+T.
PWHT – Post‑Weld‑Heat‑Treatment: In der Regel zwingend, abhängig von Wandstärke, Medium und Code‑Vorgaben (z. B. ASME VIII‑1 / UCS / Mandatory PWHT‑Charts).
UT‑Optionen: A435/A577/A578 – häufig Level C für kritische Hochtemperatur‑Bauteile.

Schweißen, WPS/WPQR & Sour-Service-Tauglichkeit

Schweißeignung: gut – bei kontrollierter Wärmeeinbringung, definiertem Vorwärmen und Interpass‑Temperaturführung.

Vorwärmung: abhängig von t (Dicke), typ. 100–200 °C.
Interpass: ≤ ≈ 150–200 °C (projektabhängig).
Prozesse: SMAW (E7018 / low‑H), GTAW (ER70S‑x), SAW/FCAW low‑H.
PWHT nach Schweißen: Pflicht bei Cr‑Mo‑Stählen → Reduktion von Härte & Eigenspannungen, HAZ‑Stabilisierung.

NACE‑Hinweise:

Härtebegrenzung i. d. R. ≤ ~22 HRC (≈ 237 HBW) an Grundmaterial/Schweißgut/HAZ.
HIC‑/SOHIC‑Tests nach NACE TM0284 bei kritischer Mediumsspezifikation.
WPS/WPQR mit Härteverlauf & kontrollierter Wärmeeinbringung.

Branchen, Einsatzzwecke & ausführliche Verwendungen

Raffinerie & Petrochemie: Heißgas‑/Heißöl‑Druckbehälter, Kolonnen‑Heizabschnitte, Reformer‑Peripherie, Separatoren.
Chemische Industrie: Reaktoren, erhitzte Prozessströmungsbehälter, Hochtemperatur‑Verdampfer & Spaltreaktoren.
Kraftwerke & Energie: Überhitzer‑/Heißdampfteile, Heißöl‑Wärmetauscher, Speichermedienbehälter, Salzschmelze‑/Thermoöl‑Systeme.
Apparate‑ & Wärmetauscherbau: Mantel‑Rohr‑Apparate, Rohrböden, Kanaldeckel, Heißgas‑Verteiler.

Vorteile, Grenzen & Alternativen

Vorteile:

Gute Warmfestigkeit für moderate Elevated‑T‑Bereiche.
Deutlich höhere Festigkeit durch Class 2.
Gute Schweißeignung im N+T‑Zustand.
Kosteneffizienter als höher legierte Cr‑Mo‑Güten.

Grenzen:

Für deutlich höhere Temperaturen/Kriechbereiche: A/SA 387 Gr. 22 (2.25Cr‑1Mo) oder Gr. 5 (5Cr‑0.5Mo).
Sour‑Service nur bedingt und mit strengen Härte‑/PWHT‑Vorgaben.

Alternativen: