Richtlinien für Druckbehälterstähle: Was Sie wissen müssen

Druckbehälterstähle sind spezielle Stähle, die für die Herstellung von Behältern ausgelegt sind, welche hohen Druck- und Temperaturbelastungen standhalten müssen und keine Risse oder andere Schäden aufweisen dürfen. Hier werfen wir einen Blick auf die strengen Regelwerke, welche die Anforderungen an Herstellung, Prüfung und Verwendung von Druckbehälterstählen festlegen.

Behälter, die unter Druck stehen, müssen aus einem Stahl hergestellt werden, der die erforderliche Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit besitzt, um die Sicherheit der Benutzer zu gewährleisten. Die Regelwerke für die Herstellung von Druckbehälterstählen beinhalten Vorschriften, die die Anforderungen an die Zusammensetzung, die Eigenschaften und die Herstellung von Stahl bestimmen, der für die Herstellung von Druckbehältern verwendet wird.

In den Regelwerken sind folgende Anforderungen an Druckbehälterstähle festgelegt:

• Chemische Zusammensetzung: Die chemische Zusammensetzung eines Stahls bestimmt seine Eigenschaften. Die Regelwerke legen daher bestimmte Grenzwerte für die Gehalte an Legierungselementen fest.
• Mechanische Eigenschaften: Die mechanischen Eigenschaften eines Stahls sind seine Druckfestigkeit, Bruchdehnung und Zähigkeit. Die Regelwerke legen daher Mindestwerte für diese Eigenschaften fest.
• Herstellungsverfahren: Die Herstellungsverfahren von Druckbehälterstählen müssen so sein, dass die erforderlichen Eigenschaften des Stahls erreicht werden. Die Regelwerke legen daher bestimmte Anforderungen an die Herstellungsverfahren fest.
• Prüfung: Die Prüfung von Druckbehälterstählen ist erforderlich, um sicherzustellen, dass die erforderlichen Eigenschaften des Stahls erfüllt sind. Die Regelwerke legen daher bestimmte Anforderungen an die Prüfung fest.

Die Einhaltung der Regelwerke für die Herstellung von Druckbehälterstählen ist gesetzlich vorgeschrieben. Die Hersteller von Druckbehältern müssen daher sicherstellen, dass die verwendeten Stähle den Anforderungen der Regelwerke entsprechen.

International anerkannte Standards

In den USA sind die ASME-Regelwerke von Bedeutung, wie beispielsweise die ASME Boiler and Pressure Vessel Code (ASME BPVC). Dieser Code definiert Standards für die Konstruktion, Herstellung und Prüfung von Druckbehältern und Druckbehälterkomponenten. Wenn Stahl in die USA exportiert wird, kommen Stahlsorten wie SA516Gr60, SA516Gr65 und SA516Gr70, SA537CL1 sowie warmfeste Varianten wie SA387Gr11CL2 und SA387Gr22CL2 zum Einsatz.

Für Europa sind die EN-Normen der Europäischen Kommission relevant. Diese Normen legen die Anforderungen an Werkstoffe für die Herstellung von Druckbehältern fest und decken verschiedene Stahlsorten ab, die für unterschiedliche Betriebsbedingungen und Temperaturen geeignet sind.

Die EN 10028-Serie ist eine europäische Norm für die Festlegung der chemischen Zusammensetzung und der mechanischen Eigenschaften von Stahlsorten für Druckbehälter für Flacherzeugnisse. Sie umfasst die einzelnen Kapitel

• Allgemeine Anforderungen
• Unlegierte und legierte Stähle mit festgelegten Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen
• Schweißgeeignete Feinkornbaustähle, normalgeglüht
• Nickellegierte kaltzähe Stähle
• Schweißgeeignete Feinkornbaustähle, thermomechanisch gewalzt
• Schweißgeeignete Feinkornbaustähle, vergütet
• Nichtrostende Stähle

Zertifizierung für Druckgeräte nach DGRL (PED)

Hersteller, die Druckgeräte in einem Land der europäischen Union in Verkehr bringen wollen, benötigen dazu eine Konformitätsbescheinigung durch eine Notifizierte Stelle entsprechend der Europäischen Druckgeräte-Richtlinie (Richtlinie 2014/68/EU) – im Deutschen als Druckgeräterichtlinie (DGRL), im Englischen als Pressure Equipment Directive (PED) bezeichnet. Dies trifft auf folgende Druckgeräte und Baugruppen zu:

• Dampfkessel
• Druckbehälter
• Ausrüstungsteile mit Sicherheitsfunktion
• Druckhaltende Ausrüstungsteile
• Druckgeräte-Baugruppen

Die Druckgeräterichtlinie besagt, dass zur Herstellung von Blechen in einem Werk eine Zulassung gemäß PED 2014/68/EU erforderlich ist. Zusätzlich müssen die im Druckbehälter verwendeten Stahlteile, darunter Flansche, Rohre, Bleche, Mantelschüße, Klöpperböden usw., gemäß einer harmonisierten Norm hergestellt werden.

Allerdings wird die PED 2014/68/EU in einigen EU-Ländern als unzureichend oder nicht streng genug angesehen. Deshalb gelten teilweise länderspezifische Regelwerke. In Frankreich beispielsweise wird der CODAP (Code de construction des appareils à pression) verwendet, während in Großbritannien Druckbehälter gemäß BS 5500 (Specification for unfired, fusion welded pressure vessels) hergestellt werden.

AD-2000 – wichtigstes Regelwerk in Deutschland

Das AD-2000 Regelwerk ist das in Deutschland am weitesten verbreitete Regelwerk für die Herstellung und Prüfung von Druckbehältern. Es konkretisiert alle grundlegenden Sicherheitsanforderungen, die es gemäß Druckgeräterichtlinie zu beachten gilt. AD-2000 ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit der Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter mit Arbeitskreisen aus Verbänden wie FDBR, DGUV, VCI, VDMA, VDEh, VGB Power Tech und VdTÜV.

Im Regelwerk AD-2000 werden verschiedene Werkstoffeigenschaften abgedeckt. In AD2000W0 werden die allgemeinen Eigenschaften festgelegt, während AD2000W1 Flacherzeugnisse aus unlegierten und legierten Stählen behandelt.

Der Abschnitt 2.1 dieses Regelwerks beschäftigt sich mit Stählen gemäß EN 10025-2:2019-10, speziell Baustählen wie S235JR+N (1.0038), S235J2+N (1.0117), S355J2+N (1.0577) und S355K2+N (1.0596). Interessanterweise können diese Stähle bis zu einer Temperatur von 300 °C in unbefeuerten Druckbehältern verwendet werden, allerdings mit reduzierter Streckgrenze und bestimmten Beschränkungen bezüglich Innendruck und Durchmesser.

Der Abschnitt 2.3 in AD2000W1 widmet sich den Blechqualitäten gemäß EN 10028-2:2017-10 für Druckbehälterstähle. Hierbei sind Stähle wie P265GH (1.0425), P295GH (1.0481), P355GH (1.0473) aufgeführt. Für legierte Stähle wie 16 Mo3 (1.5415), 13CrMo4-5 (1.7335) und 10CrMo9-10 (1.7380) ist eine zusätzliche Verwechslungsprüfung erforderlich.

Im Abschnitt 2.4 des AD2000W1 werden Flacherzeugnisse aus Druckbehälterstählen nach DIN EN 10028-3:2017-10 beschrieben. Diese beinhalten Stähle wie P355N (1.0562), P355NH (1.0565), sowie kaltzähe Varianten wie P275NL2 (1.1104), P355NL1 (1.0566), P355NL2 (1.1106) und P460NL2 (1.8918), die auch bei höheren Beanspruchungen mit erhöhter Kerbschlagarbeit zugelassen sind. Hier ist ein Zeugnis nach EN 10204 3.2 erforderlich.

Im Jahr 2020 neu aufgenommen wurden thermomechanisch gewalzte Varianten (Abschnitt 2.6 nach EN 10028-5:2017-10) sowie vergütete Stähle mit einer maximalen Streckgrenze von 500 MPa im Abschnitt 2.7 gemäß DIN EN 10028-6:2017-10.