Der Druckgerätehersteller muss zur Vermeidung von Sprödbruch die Materialeigenschaften wie Zähigkeit und Duktilität unter vorhersehbaren Betriebsbedingungen bei seiner Gefahrenanalyse mit einbeziehen und daraus entsprechende Maßnahmen ableiten. Dabei kann er bei Stahlwerkstoffen, die eine ausreichende Duktilität aufweisen, d. h. bei denen keinen ausgeprägten Übergang vom Zähbruch zum Sprödbruch vorliegt, eine Ausnahme machen. Das sind zum Beispiel die Verwendung von austenitischen korrosionsbeständigen Stähle ISO 15608 Material Gruppe 8.1 im lösungsgeglühten Zustand..
Maßnahmen zur Vermeidung von Sprödbruch
Auswahl geeigneter Werkstoffe nach der EN 13445-2
Ausreichende Werte der Kerbschlagarbeit sind die typischste Form der Erfüllung der wesentlichen Sicherheitsanforderung an ausreichende Zähigkeit, die in Anhang I Punkt 4.1 a) und 7.5 spezifiziert sind.
Alle harmonisierte Werkstoffnormen enthalten Angaben zur spezifizierten Mindest Kerbschlagarbeit. Obwohl die Kerbschlagprüfung von Werkstoffen die allgemein akzeptierte Vorgehensweise ist, um nachzuweisen, dass Werkstoffe die spezifizierte Mindestzähigkeit besitzen, ist dies nicht der einzige Weg.
Anmerkung:
EN 13445-2 enthält in Tabelle E.2-1 alle geeigneten Werkstoff mit der max. Dicke gruppiert nach Produktformen
Weitere Maßnahmen können sein: Beschränkung der minimalen Betriebstemperaturen oder ergänzende Maßnahmen zur Bruchmechanik.
Anhang B der EN 13445-2: Anforderungen für die Vermeidung von Sprödbruch bei niedrigen Temperaturen
Alle harmonisierte Werkstoffnormen enthalten Angaben zur spezifizierten Mindest-Kerbschlagarbeit bei entsprechender Prüftemperatur TKV. Bei Angaben von Mindestwerten der Kerbschlagarbeit für verschiedene Temperaturen ist der Kerbschlagbiegeversuch bei jener Prüftemperatur durchzuführen, für die die Kerbschlagarbeit von 27 J festgelegt ist (dieser 27 J für die Kerbschlagarbeit ist als Mindestwert gemäß der Druckgeräterichtlinie Anhang I Nr. 7.5 festgelegt bei einer Prüftemperatur, die nicht höher sein darf als die vorgesehene tiefste Betriebstemperatur). Die harmonisierten Werkstoffmormen enthalten noch weitere Angaben zu den Prüfbedingungen wie Prüfnorm (EN ISO 148-1), Prüfumfang (Probensätze), Probenlage, Kerblage und Probenrichtung.
Der Hersteller muss die Prüftemperatur TKV nach Maßgabe der niedrigsten Werkstoff-Temperatur TM der jeweiligen Komponenten sowie nach eine der 3 Methoden nach Anhang B EN 13445-2 bestimmen.
Anmerkung 1: Anhang B EN 13445-2 gilt für Auslegungstemperaturen TM < 50 °C;
Anmerkung 2: Die Anforderungen gelten für Grundwerkstoffe, Schweißnähte (incl. WEZ und Schmelzlinie) sowie Schweißgut;
Anmerkung 3: Jedes der 3 Verfahren kann unabhängig angewendet werden. Es genügt, wenn die nach einem Verfahren aufgestellten Anforderungen erfüllt werden;
Anmerkung 4: Alle anwendbaren Kombinationen der Werkstoff-Mindesttemperatur TM und Temperaturzuschlag TS müssen berücksichtigt werden.
Anmerkung 5: Für die Festlegung der erforderlichen Prüftemperatur TKV des Kerbschlagbiegeversuchs ist die niedrigste aller Möglichen Auslegungsreferenztemperatur TR anzuwenden;
Anmerkung 6: Wenn eine Probendicke von mind. 5 mm nicht möglich ist, braucht der Werkstoffe keinen Kerbschlagbiegeversuch unterzogen zu werden;
Anmerkung 7: Die Auslegungsreferenztemperatur TR müssen aus den Werten der Werkstofftemperatur TM unter Verwendung des Temperaturzuschlags TS gemäß TR = TM + TS berechnet werden;
Tabelle 1: Geltungsbereich für die Verfahren zur Vermeidung des Sprödbruchs
| Verfahren | Werkstoffe | Anforderungen gem. EN 13445-2 Anhang B |
|---|---|---|
| Verfahren 1 | Gruppe 1: C-Stähle und CMn-Stähle mit Re ≤ 460 MPa; Gruppe 2: Ni-legierte Stähle (3% ≤ Ni ≤ 9%); austenitische Stähle; Schrauben und Muttern; | Verfahren 1 basiert auf Anforderungen, wie in den Werkstoffnormen festgelegt und der Annahme, dass die Mindesteigenschaften nach der Fertigung erhalten bleiben; bei Ni- legierte Stähle (3% ≤ Ni ≤ 9%) auf Basis von Betriebserfahrungen; Gruppe 1: Enthält Werkstofftabellen für Gruppe 1 mit den Auslegungsreferenztemperaturen TR und die max. Referenzdicke eB für jeweils den Zustand AW (as welded) und PWHT (spannungsarmgeglüht); TR = T27J, wie in den Werkstoffnormen festgelegt; Anforderungen müssen auch nach der Fertigung unter Berücksichtigung durch Einflüsse wie z. B. Schweißen, Umformen, Wärmebehandlungen, erfüllt werden ; Enthält eine Tabelle zur Berechnung des Temperaturzuschlags in Abhängigkeit der tatsächlichen Membranspannung (siehe Anmerkung 7); Gruppe 2: Enthält Werkstofftabellen für Gruppe 2 mit besonderen Hinweisen zum Kerbschlagbiegeversuch (Dickenbegrenzungen, max. Referenzdicken, niedrigste Werkstofftemperatur TM; Enthält für austenitische nichtrostende Stähle die niedrigste Werkstofftemperatur TM, bei der kein Kerbschlagbiegeversuch durchgeführt werden muss; |
| Verfahren 2 | Gruppe 1: C-Stähle und CMn-Stähle, Feinkornstähle, Ni-legierte Stähle (Ni ≤ 1,5%) mit Re ≤ 500 MPa; Gilt nicht für TM-Stähle mit Dicken über 35 mm; Gruppe 2: austenitische-ferritische Stähle mit Re ≤ 550 MPa; | Verfahren 2 basiert aus den Grundsätzen der Bruchmechanik und Betriebserfahrung; Größerer Dicken- und Temperaturbereich als Verfahren 1; Es ist möglich, dass eine niedrigere Auslegungsreferenztemperatur TR angewendet wird als bei Verfahren 1. Bei Verfahren 2 gilt nicht TR = TKV, sondern TKV muss in den Diagrammen in Abhängigkeit von der Referenzdicke eB und der Streckgrenze Re des Werkstoffs ermittelt werden; Die Referenzdicken eB sind nach Tabelle B.4-1 zu bestimmen; Verfahren für Materialdicken von weniger als 110 mm: Für PWHT-Nomogramme und für Wanddicken < 20 mm ist die Kurve für 20 mm zu verwenden. Gruppe 1: In Tabelle B.2-13 werden die Diagramme angegeben. die zur Bestimmung der geforderten Prüftemperatur TKV verwendet werden müssen; Gruppe 2: In Tabelle B.2-14 werden die Diagramme angegeben, die zur Bestimmung der geforderten Prüftemperatur TKV verwendet werden müssen; Tabelle B.2-15 enthält die geforderte Kerbschlagarbeit und max. Dicke; |
| Verfahren 3 | Alle gelisteten Werkstoffe nach EN 13445-2 | Verfahren 3 basiert auf eine bruchmechanische Analyse, wenn a) für Werkstoffe, die derzeit nicht in harmonisierten Normen enthalten sind b) in den Fällen, in denen die Anforderungen der Verfahren 1 und Verfahren 2 für Anwendungsfälle bei tiefen Temperaturen nicht erfüllt werden können c) falls bei der zerstörungsfreien Prüfung Fehlstellen entdeckt werden, die außerhalb des nach EN 13445-5 zulässigen Bereich liegen d) wenn vorgeschlagen wird, Werkstoffe in größeren Dicken zu verwenden, als nach den Anforderungen für den Einsatz bei tiefen Temperaturen zulässig ist |
Zusätzliche Anforderungen an Kerbschlagbiegeversuch für WPQR gemäß EN 15614-1
Für Schweißverfahrensprüfungen (WPQR) EN 15614-1 gelten hinsichtlich Kerbschlagprüfungen nachstehende zusätzliche Anforderungen (siehe EN 13445-4 ):
- Für ferritische und ferritisch-austenitische Stähle sind die Anforderungen nach EN 13445-2 Anhang B zu beachten
- für austenitische Stähle gilt: wenn die Materialtemperatur der Bauteile TM < –105°C die Kerbschlagarbeit für Schweißnähte und Wärmeeinflusszone (WEZ) soll mind. 40 J sein bei einer Prüftemperatur von –196 °C.
Anmerkung: Aus praktischen Gründen ist die Prüftemperatur von -196 °C für alle Prüfungen von austenitischem Stahl mit einer Auslegungstemperatur unter TM < –105 °C
Spannungsarmglühung
Für die Spannungsarmglühung (PWHT) gilt die Tabelle 11.1-1 EN 13445-4. PWHT kann auch an Stählen mit einer Dicke durchgeführt werden, die geringer ist als in Tabelle 11.1-1 angegeben. Zu diesen Fällen gehören Behälter, die für den Einsatz mit Fluiden vorgesehen sind, die zu Spannungsrisskorrosion führen können, oder zur Verhinderung von Sprödbruch
gemäß EN 13445-2:2021, Anhang B.
Produktion Arbeitsprüfungen
Zusätzlich zu den Anforderungen von EN 13445-4 Pkt. 9 müssen in den folgenden Situationen Kerbschlagprüfungen (gemäß EN 13445-2 Pkt. B.3 ) an einer Arbeitsprüfung gemäß EN 13445-4 Pkt. 9.2 durchgeführt werden.
- Ferritische Stähle und austenitisch-ferritische Stähle
Wenn die Materialstärke größer als 12 mm ist und die erforderliche Kerbschlagprüftemperatur TKV unter -10 °C liegt und die Kerbschlagprüftemperatur der Schweißverfahrensprüfung, mit der die Schweißnaht für die erforderliche Kerbschlagenergie qualifiziert wird, nicht mehr als 15 °C unter der TKV liegt.
Wenn die Materialstärke größer als 6 mm, aber kleiner oder gleich 12 mm ist und die erforderliche Kerbschlagprüftemperatur TKV unter –30 °C liegt und die Kerbschlagprüftemperatur der Schweißverfahrenksprüfung, die die Schweißnaht qualifiziert, um die erforderliche Kerbschlagenergie zu erreichen, nicht mehr als 15 °C unter TKV liegt.
TPQR = die bei der entsprechenden PQR verwendete Kerbschlagprüftemperatur, um die erforderliche Kerbschlagenergie zu erreichen.
TKV = die erforderliche Kerbschlagprüftemperatur gemäß EN 13445-2, Anhang B. - Austenitische Stähle
Wenn die niedrigste Materialtemperatur TM des Behälters weniger als TM < –105 °C beträgt, müssen die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone bei einer Prüfung bei TKV = –196 °C mindestens 40 J erfüllen.
Anmerkung:
Aus praktischen Gründen ist die Prüftemperatur TKV von -196 °C für alle Prüfungen von austenitischen Stahl mit einer Auslegungstemperatur unter TM < –105 °C
Konformitätsvermutung
Die Normenreihe EN 13445 ist das europäische Regelwerk für unbefeuerte Druckgeräte und als harmonisierte Norm kann der Druckgerätehersteller von der Konformitätsvermutung ausgehen.
Allerdings ist es notwendig, die Anforderungen des ausgewählten Regelwerks mit den wesentlichen Sicherheitsanforderungen zu vergleichen und eventuelle Abweichungen zu ermitteln und zu berücksichtigen. Dies erfordert vom Druckgerätehersteller ein gutes Verständnis der mit dem Regelwerk verbundenen Grundsätze.
Das heisst, der Druckgerätehersteller ist in der Pflicht, ausgehend von der Gefahrenanalyse, alle Aspekte zur vorgesehenen Verwendung zu berücksichtigen, um die grundlegenden Sicherheitsanforderungen des Anhang I der DGRL zu erfüllen und das keine druckbedingten Gefahren (auch bei niedrigen Temperaturen) von diesem Druckgerät ausgehen werden.
Weiterführende Informationn
Fachbeitrag „Sprödbruch Anforderungen nach DGRL„