A350 LF2: Technische Daten Stahl

01Einführung und allgemeine Merkmale

Die Spezifikation ASTM A350/A350M (im Bereich Boiler & Pressure Vessel als ASME SA-350 übernommen) legt für LF2-Schmiedestücke die zulässigen Erschmelzungs- und Schmiedeverfahren fest, ebenso die erlaubten Wärmebehandlungen - Normalglühen, Normalglühen und Anlassen, Vergüten - sowie die Prüfungen von chemischer Analyse, Zugversuch, Härte und Kerbschlagzähigkeit, die die Eigenschaften im Betrieb bei Temperaturen unter null sicherstellen.

Kennzeichnend für die Sorte ist die zwingende Anforderung an die Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen: Für die CL1 wird der Kerbschlagbiegeversuch bei -46 °C (-50 °F) geführt, mit Mindestwerten der Kerbschlagarbeit, die einen Sicherheitsabstand gegen Sprödbruch sichern. Damit eignet sich der LF2 für Prozessapparate in kalten Klimazonen und für Rohrleitungssysteme bei tiefen Temperaturen, in denen er mit Rohren aus ASTM A333 Gr.6 und Fittings aus ASTM A420 WPL6 zusammengeführt wird, damit mechanische Eigenschaften und Kerbschlagzähigkeit über den gesamten Kreislauf hinweg zusammenpassen.

1.1Unterschiede zum A105 und zu Stählen für den allgemeinen Einsatz

Gegenüber Schmiedestücken für den allgemeinen Einsatz wie ASTM A105 ist der LF2 für kalte Umgebungen ausgelegt: Er verlangt den Nachweis der Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen und schreibt Wärmebehandlungszustände vor, die auf Zähigkeit ausgerichtet sind. Der A105, der für Raumtemperatur oder höhere Temperaturen konzipiert ist, kennt keinen vorgeschriebenen Kerbschlagbiegeversuch bei tiefen Temperaturen.

In der Praxis bedeutet das ein zum Kalten hin erweitertes Einsatzfenster (bis -46 °C für die CL1) und eine nachgewiesene Zähigkeit. Wesentlich ist sie dort, wo ein üblicher Kohlenstoffstahl einen kritischeren Zäh-Spröd-Übergang zeigen würde. Aus diesem Grund gehört der LF2 zur gleichen funktionalen Familie wie die Werkstoffe für tiefe Temperaturen im Rohrleitungssystem (A333 Gr.6, A420 WPL6), was eine stimmige Auswahl über Flansche, Armaturen und Fittings hinweg erleichtert.

1.2Anwendungsgebiete und Einsatzgrenzen

Der funktionale Vorteil des LF2 ist die bei tiefen Temperaturen gewährleistete Zähigkeit: Der für die CL1 bei -46 °C vorgeschriebene Kerbschlagbiegeversuch liefert einen Sicherheitsabstand gegen Versprödung im Betrieb. Verwendet wird der Werkstoff im Bereich Oil & Gas in kalten Klimaregionen, in gekühlten Chemie- und Prozessanlagen sowie in der Energieerzeugung, mit einem typischen Einsatztemperaturbereich von -46 °C bis etwa +425 °C (800 °F).

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen dem Einsatz bei tiefen Temperaturen und dem kryogenen Einsatz: Für die Temperaturen von LNG (≈ -162 °C) ist der LF2 nicht geeignet, dort kommen Stähle mit 9 % Ni oder austenitische nichtrostende Stähle zum Einsatz. In LNG-Anlagen darf der LF2 deshalb auf den Leitungen bei Umgebungstemperatur und tiefer Temperatur ohne kryogenen Kontakt eingesetzt werden, nicht aber an Bauteilen im kryogenen Betrieb.

Die Verfügbarkeit der Klassen CL1/CL2 und die funktionale Entsprechung zu A333 und A420 vereinfachen die Qualifizierung der Rohrleitung und verringern das Risiko, dass einzelne Bauteile in der Leistung nicht zueinander passen.

1.3Bezugsnormen und Zertifizierungen

Maßgebend ist in erster Linie die Spezifikation ASTM A350/A350M (ASME SA-350), die Anwendungsbereich, chemische und metallurgische Anforderungen, Wärmebehandlungen sowie die Prüfungen der mechanischen Eigenschaften und der Kerbschlagzähigkeit festlegt.

Bei Flanschbauteilen wird die Spezifikation in der Regel zusammen mit den Maßnormen ASME B16.5/B16.47 angewendet. Im Sour Service ist die Eignung nach NACE MR0175/ISO 15156 im Einzelfall nachzuweisen: Sie hängt davon ab, ob die Härtegrenzwerte für geschmiedete Kohlenstoffstähle eingehalten werden und welche Betriebsbedingungen vorliegen (Gehalt an H₂S, Druck, Temperatur). Der Nachweis ist auf MTC und PQR zu dokumentieren. Der von der Spezifikation vorgeschriebene Höchstwert von 197 HBW passt zu dieser Praxis, ist aber nicht als einziger fester Grenzwert der Basisspezifikation zu verstehen.

Verbindlich bleiben die Konformitätsdokumentation - in der Regel ein MTC nach EN 10204, dessen Art in der Bestellung festgelegt wird - und die Einhaltung der vorgeschriebenen Anforderungen an Zugversuch, Kerbschlagarbeit und Härte.

02Chemische Zusammensetzung

Der LF2 ist ein Kohlenstoffstahl bzw. niedriglegierter Stahl, dessen Grenzwerte für die einzelnen Elemente und für deren Summen in ASTM A350/A350M festgelegt sind. Die Zusammensetzung setzt auf niedrigen Kohlenstoff, begrenzte Gehalte an Begleitelementen (P, S) und mäßige Mn- und Si-Gehalte, um Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen und Schweißeignung zu sichern.

Die Anmerkungen der Norm schreiben auf die Schmelzenanalyse Σ(Cu+Ni+Cr+Mo+V) ≤ 1,00 % und (Cr+Mo) ≤ 0,32 % vor; blei- oder schwefellegierte Automatenstähle sind nicht zulässig. Das Kohlenstoffäquivalent ist nach der maßgebenden IIW-Formel begrenzt - CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 -, wobei der Grenzwert von 0,47 nur als Zusatzanforderung gilt, die in der Bestellung gefordert werden muss (0,48 über 50 mm Dicke); er ist die Schlüsselgröße für die Festlegung von Vorwärmen und einem etwaigen Spannungsarmglühen (PWHT) je nach Dicke.

Tabelle - Chemische Zusammensetzung ASTM A350 LF2 (Schmelzenanalyse, Massenanteile in %)

Hinweis: Bei einer Desoxidation mit Kohlenstoff im Vakuum (Zusatzanforderung S4) ist der Si-Gehalt auf ≤ 0,12 % begrenzt. Der CE-Grenzwert kann mit der größten Dicke des Werkstücks variieren. Prüfen Sie stets die Tabelle CE/Dicke in ASTM A350/A350M in der gültigen Ausgabe der Norm.

Der niedrige C-Gehalt und das begrenzte Kohlenstoffäquivalent begünstigen die Schweißeignung mit mäßigen Vorwärmtemperaturen; Mn und ein etwaiger Ni-Restgehalt stützen Kerbschlagzähigkeit und Gefügestabilität nach Normalglühen oder Vergüten - beides entscheidend dafür, dass der Kerbschlagbiegeversuch bei -46 °C (CL1) bestanden wird.

2.1Internationaler Werkstoffvergleich (orientierend)

Dem LF2 sind die UNS-Nummer K03011 und die Entsprechung ASME SA-350 LF2 für Anwendungen im Kesselbau und bei Druckgeräten zugeordnet. Die Entsprechung für Gussstücke, wenn das Verfahren gegossene statt geschmiedete Teile verlangt, ist ASTM A352 Gr. LCB, mit LCC als Variante mit höherem Mn-Gehalt.

Die gelegentlich genannten Entsprechungen zu europäischen Familien wie S355J2 (1.0577) oder dem historischen Fe510D / DIN St52-3N (1.0570) sind nur orientierend und nicht normativ: Die Rm-Bereiche überdecken sich zwar teilweise, die Mindeststreckgrenze weicht jedoch deutlich ab (LF2 ≈ 250 MPa gegenüber ≈ 355 MPa beim S355), und die Kerbschlagzähigkeit ist bei unterschiedlichen Temperaturen nachgewiesen - der S355J2 bei -20 °C mit 27 J, der LF2 bei -46 °C in Klasse 1. Den Baustählen fehlen zudem der Grenzwert für das Kohlenstoffäquivalent, die vorgeschriebene Wärmebehandlung nach N/NT/QT und die auf 197 HBW begrenzte Härte, die ASTM A350/A350M verlangt. Sie können den LF2 im Einsatz bei tiefen Temperaturen daher nicht ersetzen.

In der Konstruktion empfiehlt es sich, auf MTC und Einkaufsunterlagen stets die vollständige Bezeichnung anzugeben - ASTM/ASME, Sorte, Klasse und etwaige Zusatzanforderungen - sowie die UNS-Nummer K03011, um Verwechslungen mit benachbarten Werkstoffen zu vermeiden, die nicht für tiefe Temperaturen bestimmt sind.

03Mechanische Eigenschaften

Für LF2-Schmiedestücke sind Zugversuch und Kerbschlagbiegeversuch nachzuweisen, die Duktilität und Zähigkeit im Betrieb unter null in den zulässigen Lieferzuständen (N, NT, QT) sichern. Bei Raumtemperatur gelten als Abnahmeanforderungen Rm 485-655 MPa, eine Dehngrenze Rp0,2 von mindestens 250 MPa, eine Bruchdehnung von mindestens 22 % und eine Brucheinschnürung von mindestens 30 %. Die Unterscheidung zwischen CL1 (Charpy-V bei -46 °C) und CL2 (Charpy-V bei -18 °C) betrifft die Anforderungen an die Kerbschlagarbeit, nicht die des Zugversuchs, die für beide Klassen gleich sind.

3.1Lieferzustände und metallurgischer Zustand

Den Zustand geglüht sieht die Spezifikation als Lieferzustand nicht vor: Die Abnahmeanforderungen (Zugfestigkeit, Streckgrenze, A%, Z%) beziehen sich auf die Zustände normalgeglüht, normalgeglüht und angelassen oder vergütet, die für Zähigkeit und ein gleichmäßiges Gefüge gewählt sind. Etwaige Glühzyklen dienen als Zwischenbehandlung im Prozess, nicht als bescheinigter Endzustand.

3.2Eigenschaften im vergüteten Zustand und im Lieferzustand

Sowohl im vergüteten als auch im normalgeglühten und angelassenen Zustand muss der LF2 bei Raumtemperatur Rm 485-655 MPa, Rp0,2 ≥ 250 MPa, A% ≥ 22 und Z% ≥ 30 erfüllen - eine duktile Grundlage, die für drucktragende Bauteile und Schraubverbindungen ausreicht. Zu den zulässigen Zyklen gehören das Vergüten mit einem Anlassen ≥ 590 °C (1100 °F) bis zur unteren Umwandlungstemperatur oder ein Normalglühen mit anschließendem Anlassen ≥ 590 °C. Diese Anforderungen passen zur Einbindung in Leitungen mit A333 Gr.6 und A420 WPL6.

Tabelle - Abnahmeanforderungen an mechanische Eigenschaften und Kerbschlagarbeit ASTM A350 LF2

Hinweis: Für Proben mit verringertem Querschnitt (< 10×10 mm) legt die Spezifikation selbst die gleichwertigen Energiewerte fest, Größe für Größe von der 3/4- bis zur 1/4-Probe, wobei lineare Interpolation zulässig ist. Die Spezifikation verlangt zudem eine zweite Anpassung, die stärker wiegt als die erste: Ist die Breite entlang der Kerbe im Verhältnis zum Werkstück zu klein, wird nicht bei der Temperatur der Klasse geprüft, sondern bei einer niedrigeren - bei der Probe mit 1/4 der Größe bis zu 28 °C darunter, bei einem LF2 der Klasse 1 also etwa -74 °C statt -46 °C. Die beiden Klassen haben dieselben Anforderungen an den Zugversuch: Der Unterschied liegt im Paar aus Prüftemperatur und Kerbschlagarbeit.

3.3Härte nach der Wärmebehandlung

Die Härte ist eine Anforderung der Spezifikation, kein Richtwert: höchstens 197 HBW nach der Wärmebehandlung, geprüft an mindestens zwei Schmiedestücken je Charge. Sie ist auf dem MTC zu prüfen und zu bestätigen, wenn die Bestellung NACE MR0175/ISO 15156 in Bezug nimmt. Die erreichte Härte hängt vom Wärmebehandlungszyklus ab (Anlasstemperatur, maßgebende Dicke, Abschreckintensität), der so einzustellen ist, dass gleichzeitig der Härtegrenzwert und die vorgeschriebene Kerbschlagarbeit erfüllt werden.

3.4Kerbschlagzähigkeit und Zähigkeit bei tiefen Temperaturen

Für die CL1 ist der Kerbschlagbiegeversuch Charpy-V bei -46 °C mit einer mittleren Kerbschlagarbeit von mindestens 20 J (15 ft·lbf) am Satz aus drei Proben gefordert, für die CL2 liegt die Prüftemperatur bei -18 °C mit mindestens 27 J (20 ft·lbf) im Mittel. Das Abnahmekriterium wird über den Mittelwert und den kleinsten Einzelwert des Satzes bewertet und ist in der Spezifikation ASTM A350/A350M selbst festgelegt. Aus dem durch die Wärmebehandlung verfeinerten Gefüge (Normalglühen oder Vergüten) und der beherrschten Zähigkeit ergibt sich die Grundlage für den Einsatz an Flanschen, Fittings und Armaturengehäusen in Anlagen für tiefe Temperaturen.

3.5Ermüdung und dynamisches Verhalten

Die Spezifikation ASTM A350/A350M legt für den LF2 keine Wöhlerlinien (S-N-Kurven) und keine Dauerfestigkeitswerte fest: Der Ermüdungsnachweis druckführender Systeme stützt sich auf die anwendbaren Regelwerke (z. B. ASME) und auf die Qualifizierung der Konstruktion, unter Berücksichtigung von Gefüge, Oberflächenzustand und Spannungskonzentrationen. Die bei -46/-18 °C nachgewiesene Kerbschlagzähigkeit senkt das Risiko eines Sprödbruchs unter zyklischer Last und bei Temperaturtransienten in kalter Umgebung, die Schwingfestigkeit bleibt jedoch vom konstruktiven Detail abhängig und ist durch eigene Versuche und Nachweise zu bestätigen.

04Physikalische Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften entsprechen denen üblicher Kohlenstoffstähle für tiefe Temperaturen; ASTM A350/A350M schreibt sie nicht vor, sie sind als Richtwerte zu verstehen. Die Nenndichte liegt bei etwa 7,85-7,86 g/cm³, was für die Berechnung von Gewichten und Lasten nützlich ist. Der E-Modul bei 20 °C beträgt etwa 210 GPa (≈ 30×10⁶ psi). Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich 20-100 °C liegt in der Größenordnung von 10,4-11,5 μm/m·°C, ein Wert, der für Verbindungen, Schrauben und Toleranzen an Flanschbauteilen von Bedeutung ist. Die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur wird je nach Konvention zwischen ≈ 34 und 50 W/(m·K) angegeben. Die spezifische Wärmekapazität liegt bei ≈ 0,46-0,50 kJ/(kg·K) (≈ 0,11-0,12 Btu/lb·°F).

Tabelle - Typische physikalische Eigenschaften von ASTM A350 LF2 (bei Raumtemperatur)

Für die thermomechanische Analyse dient ΔL = α·L₀·ΔT der Abschätzung der Längenänderungen und ihrer Auswirkungen auf Flanschverbindungen; Festpunkte und Kompensatoren werden passend zu den Mindest- und Betriebstemperaturen des Einsatzes festgelegt. Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit beeinflussen außerdem die Temperaturverläufe beim Schweißen und Vorwärmen sowie die Wärmeabfuhr bei der Zerspanung. Für die Gewichte von Rundstahl steht das Werkzeug Stabgewicht berechnen bereit.

05Wärmebehandlungen

Der LF2 ist in einem der folgenden Zustände zu liefern: normalgeglüht (N), normalgeglüht und angelassen (NT) oder vergütet (Härten und Anlassen, QT). Das Normalglühen umfasst ein vollständiges Austenitisieren und die Abkühlung in ruhender Luft; für die Zyklen NT und QT verlangt die Spezifikation ein Anlassen bei mindestens 1100 °F (590 °C), mit einer Haltedauer von mindestens 30 min je 25 mm (1 Zoll) größter Dicke - in jedem Fall aber nicht unter 30 min - und anschließender Abkühlung in Luft. Eine Austenitisierungstemperatur schreibt die Spezifikation nicht vor; sie ist mit dem Schmiedebetrieb je nach Querschnitt zu vereinbaren.

Zusammenfassung der zulässigen Parameter

• Normalglühen: vollständiges Austenitisieren bei einer mit dem Schmiedebetrieb vereinbarten Temperatur, Abkühlung in Luft.
• Normalglühen + Anlassen: Anlassen ≥ 590 °C, Haltedauer ≥ 30 min/25 mm, Abkühlung in Luft.
• Härten + Anlassen: austenitisieren, in einem geeigneten flüssigen Abschreckmittel abschrecken (Öl oder Polymerlösung), zwischen 590 °C und der unteren Umwandlungstemperatur anlassen, Haltedauer ≥ 30 min/25 mm, Abkühlung in Luft.

5.1Härten: Temperaturen und Verfahren

Im QT-Zyklus wird das Werkstück vollständig austenitisiert und anschließend in einem flüssigen Mittel abgeschreckt (Öl oder Polymerlösung); das darauffolgende Anlassen ist zwingend, um Zähigkeit bei tiefen Temperaturen und Gefügestabilität einzustellen. Die Spezifikation lässt auch mehrstufige Abläufe zu (teilweises erneutes Austenitisieren mit anschließendem Abschrecken), sofern das Ergebnis einem vollständigen Härten gleichwertig ist und die Anforderungen an mechanische Eigenschaften und Kerbschlagarbeit erfüllt sind. Die Bedingungen sind so abzustimmen, dass Festigkeit und Zähigkeit zusammengehen, ohne Härtewerte zu erreichen, die die Schweißeignung und die Konformität im Betrieb beeinträchtigen.

5.2Anlassen: Parameter

Das Anlassen ist auf ≥ 590 °C (1100 °F) festgelegt, mit einer Haltedauer von mindestens 30 min/25 mm (in jedem Fall ≥ 30 min) und Abkühlung in Luft, sowohl in der Folge NT als auch nach dem Abschrecken im QT-Zyklus. Die untere Grenze sichert ausreichende Zähigkeit im Einsatz bei tiefen Temperaturen und damit die Kerbschlagarbeit der CL1/CL2 sowie die Gefügestabilität. Temperatur innerhalb des zulässigen Bereichs und Dauer über dem Mindestwert richten sich nach der maßgebenden Dicke und den mechanischen Zielwerten. Die Rückverfolgbarkeit der Zyklen (Zeit-Temperatur-Verlauf, Ofenqualifizierung, Gleichmäßigkeit der Charge) ist fester Bestandteil der Qualitätskontrolle.

5.3Normalglühen: Bedingungen und Anwendungen

Das Normalglühen umfasst das Austenitisieren und die Abkühlung in Luft und ist sowohl als Endzustand als auch als Zwischenschritt mit anschließendem Anlassen (NT) zulässig. Die Wahl zwischen N, NT und QT richtet sich nach Dicke, Geometrie und Zielwert der Kerbschlagarbeit: N und NT haben Vorrang bei mittleren bis dünnen Querschnitten oder dort, wo Maßhaltigkeit nach der Behandlung und Schweißeignung im Vordergrund stehen. QT dient dagegen anspruchsvolleren Querschnitten oder strengeren mechanischen Anforderungen, weil die Einhärtungstiefe über den Querschnitt größer ist (Durchhärtung).

5.4Qualitätskontrolle der Wärmebehandlungen

Die Qualitätskontrolle umfasst Zugversuche bei Raumtemperatur, den Kerbschlagbiegeversuch bei der Temperatur der Klasse (-46 °C für CL1, -18 °C für CL2) und Härteprüfungen, jeweils passend zum angegebenen Zustand. Die Behandlungszyklen im Ofen und die Einhaltung der wesentlichen Parameter (Anlassen ≥ 590 °C, Mindestdauer je Dicke, Abkühlung in Luft) sind aufzuzeichnen, rückverfolgbar zu halten und den Ergebnissen der Charge zuzuordnen. Bei geschweißten Bauteilen wird ein Spannungsarmglühen (PWHT) nur angewendet, wenn die Konstruktion es fordert, und es ist im Hinblick auf die Zähigkeit zu bewerten. Spannungsarmglühen an geschweißten, normalgeglühten LF2-Bauteilen kann die Kerbschlagarbeit verringern - ein Punkt, der über WPS/PQR-Qualifizierungen und eigene Versuche zu beherrschen ist.

5.5Häufige Fehler und Korrekturmaßnahmen

Die häufigsten Abweichungen in den Behandlungszyklen und die zugehörigen Korrekturmaßnahmen:

• Härterisse oder Verzug (QT): Typische Ursachen sind ungleichmäßiges Austenitisieren, ein zu scharfes Abschreckmittel oder kritische Geometrien. Abhilfe schaffen eine gleichmäßigere Erwärmung, ein milderes Abschreckmittel, eine optimierte Chargierung und - bei empfindlichen Querschnitten - der Vorzug für NT mit normgerechtem Anlassen.
• Unzureichende Kerbschlagarbeit (Charpy-V): Zu prüfen ist, ob das Anlassen bei ≥ 590 °C mit einer Dauer von ≥ 30 min/25 mm und Abkühlung in Luft erfolgt ist. Wurden die Parameter nicht eingehalten, sind Anlassen und Prüfungen zu wiederholen; bleibt die Zähigkeit zu gering, folgt ein Normalglühen mit normgerechtem Anlassen und die Charge wird neu qualifiziert.
• Zu hohes Anlassen (Abfall von Rm/Rp0,2): die tatsächliche Werkstücktemperatur und die Gleichmäßigkeit des Ofens kontrollieren, das Anlassen in den vorgeschriebenen Bereich zurückführen, die Dauer auf das wirksame Minimum verkürzen und das Ergebnis über Härte und Kerbschlagbiegeversuch bestätigen.
• Ungleichmäßige Härte an dicken Querschnitten: die Temperaturgleichmäßigkeit erhöhen, ein zweifaches Anlassen erwägen und bei massiven Geometrien QT den Vorzug geben; die Härte an mehreren Stellen prüfen und mit den Ergebnissen des Kerbschlagbiegeversuchs abgleichen.
• Randentkohlung beim Austenitisieren: eine geeignete Ofenatmosphäre oder einen geeigneten Schutz einsetzen und die entkohlte Randschicht vor den Prüfungen durch eine minimale Bearbeitung entfernen, damit Härte und Eigenschaften nicht verfälscht werden.

Jede Korrekturmaßnahme ist rückverfolgbar zu dokumentieren und durch vollständige mechanische Prüfungen zu belegen (Zugversuch, Härte, Kerbschlagbiegeversuch bei der Temperatur der Klasse), um die Wiederherstellung der Eigenschaften nachzuweisen.

06Industrielle Anwendungen

Der LF2 ist für geschmiedete Bauteile von Rohrleitungssystemen ausgelegt, die einen Kerbschlagbiegeversuch bei tiefen Temperaturen verlangen - Flansche, Fittings und Armaturengehäuse - mit nachgewiesener Kerbschlagarbeit bei -46 °C (CL1) oder -18 °C (CL2). Für Leitungen bei tiefen Temperaturen im Bereich Oil & Gas, in der Chemie und in der Energieerzeugung ist er eine bewährte Wahl, da dort die Vermeidung von Sprödbruch eine kritische Sicherheitsanforderung ist. Die funktionale Verträglichkeit mit Rohren nach A333 und Fittings nach A420 hält die Leistung über die Leitung hinweg gleichmäßig. Die Sorte gehört zur Kategorie Stähle für Armaturen.

6.1Branchen, in denen der Einsatz nicht üblich ist

Für Bauteile im Fahrzeugbau oder für Bauteile von Werkzeugmaschinen ist der LF2 keine erste Wahl: Er ist für den Rohrleitungsbau und für Prozessapparate bei tiefen Temperaturen entstanden, nicht für Anforderungen an Verschleißwiderstand, Maßhaltigkeit oder Einsatz bei hohen Temperaturen, wie sie andere Stähle erfüllen. In besonderen Fällen kommt er für Verbindungen oder Flanschanschlüsse in kalter Umgebung in Betracht, wenn eine nachgewiesene Zähigkeit gefordert ist; üblicherweise decken das jedoch eigens dafür bestimmte Sorten ab. Jeder Einsatz außerhalb des Bereichs Rohrleitungsbau/Armaturen erfordert eine eigene Validierung in der Konstruktion.

6.2Maschinenbau und verfahrenstechnischer Anlagenbau

Im Anlagenbau wird der LF2 für geschmiedete Flansche, Armaturengehäuse und Fittings in Rohrleitungen für Fluide bei tiefen Temperaturen eingesetzt, wobei der Kerbschlagbiegeversuch für die Abnahme der Charge gefordert ist. Zu den Einsätzen zählen Prozess-Skids, Druckreduzier- und Regelstationen sowie Behälteranschlüsse in kalten Umgebungen. Die normative Übereinstimmung mit A333 (Rohre) und A420 (Fittings) vereinfacht die Qualifizierung der Anlage und trägt zu verlässlichen Verbindungen bei.

6.3Spezialbranchen und kaltes Klima

Im Bereich Oil & Gas in kalten Klimazonen, in der Chemie und in arktischen Gebieten wird der LF2 für Schmiedestücke eingesetzt, die für -46 °C (CL1) oder -18 °C (CL2) bestimmt sind. Bei Armaturen steht er neben den gegossenen Sorten A352 LCB/LCC, wenn das Verfahren Gussstücke statt Schmiedestücke verlangt. Die Anwendungen umfassen Flansche nach ASME B16.5/B16.47 und Armaturengehäuse für Leitungen bei tiefen Temperaturen. Wie in §1.2 angegeben, sind für den eigentlichen kryogenen Einsatz (LNG bei ≈ -162 °C) dagegen Werkstoffe mit höherem Ni-Gehalt oder austenitische Werkstoffe erforderlich.

6.4Vergleich mit benachbarten Werkstoffen

Maßgebendes Auswahlkriterium ist die minimale Auslegungstemperatur zusammen mit der Notwendigkeit eines Kerbschlagbiegeversuchs: Wo eine gewährleistete Kerbschlagzähigkeit gefordert ist, ist der LF2 den Stählen ohne Anforderungen für tiefe Temperaturen vorzuziehen; bei gegossenen Gehäusen greift man auf LCB/LCC mit gleichwertigem Zähigkeitsnachweis zurück.

07Häufige Fragen

7.1Was ist ASTM A350 LF2 und wo wird er eingesetzt?

Dabei handelt es sich um einen Kohlenstoffstahl bzw. niedriglegierten Stahl für Schmiedestücke mit vorgeschriebener Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen, bestimmt für Flansche, Fittings und Armaturengehäuse in Rohrleitungssystemen unter null, nach ASTM A350/A350M (ASME SA-350). Die nachgewiesene Zähigkeit der Klassen CL1/CL2 qualifiziert ihn für Oil & Gas in kalten Klimazonen sowie für gekühlte Chemie- und Prozessanlagen, mit einem typischen Einsatztemperaturbereich von -46 °C bis +425 °C. In der Leitung wird er mit Rohren nach A333 Gr.6 und Fittings nach A420 WPL6 abgestimmt.

7.2Worin unterscheiden sich ASTM A350 LF2 und A105?

Der A105 ist ein Schmiedestück für den allgemeinen Einsatz bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur, ohne vorgeschriebenen Kerbschlagbiegeversuch bei tiefen Temperaturen. Der LF2 führt die Anforderung an die Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen ein sowie Behandlungszustände, die auf Zähigkeit ausgerichtet sind. Ein Ersatz von A105 durch LF2 ist zulässig, wenn Anforderungen für tiefe Temperaturen abzudecken sind; der umgekehrte Weg ist ohne gewährleistete Zähigkeit nicht zu empfehlen.

7.3Was unterscheidet die Klassen CL1 und CL2, und bei welchen Temperaturen wird der Kerbschlagbiegeversuch geführt?

Die beiden Klassen haben Zusammensetzung und Eigenschaften im Zugversuch gemeinsam und unterscheiden sich im Kerbschlagbiegeversuch: CL1 bei -46 °C (mittlere Kerbschlagarbeit mindestens 20 J an 3 Proben) und CL2 bei -18 °C (mittlere Kerbschlagarbeit mindestens 27 J). Die Abnahme wird über den Mittelwert und den kleinsten Einzelwert des Satzes bewertet, wie in der Spezifikation ASTM A350/A350M selbst festgelegt. Die richtige Angabe der Klasse in Bestellung und MTC ist entscheidend dafür, dass die Analyse der klimatischen Lasten und der Temperaturtransienten eingehalten wird.

7.4Welche mechanischen Mindestwerte gelten bei Raumtemperatur?

Für LF2-Schmiedestücke: Rm 485-655 MPa, Rp0,2 ≥ 250 MPa, A% ≥ 22 und Z% ≥ 30, mit einer nach dem letzten Behandlungsschritt auf 197 HBW begrenzten Härte. Zusammen mit den Anforderungen an die Kerbschlagarbeit tragen diese Werte die Auslegung von Flanschen und Armaturengehäusen. Die Lage der Probenentnahme (z. B. bei T/4) und die Kontrolle der größten Dicke sichern die Aussagekraft der Prüfungen.

7.5Wie sehen chemische Zusammensetzung und Kohlenstoffäquivalent aus?

C ≤ 0,30; Si 0,15-0,30; Mn 0,60-1,35; P ≤ 0,035; S ≤ 0,040, dazu Σ(Cu+Ni+Cr+Mo+V) ≤ 1,00 und (Cr+Mo) ≤ 0,32. Einen Grenzwert für das Kohlenstoffäquivalent schreibt Tabelle 1 nicht vor: Er besteht als Zusatzanforderung, die nur gilt, wenn sie in der Bestellung gefordert wird, mit zwei an die Dicke gebundenen Schwellen (0,47 bis 50 mm, 0,48 darüber). Diese Grenzwerte stützen die Zähigkeit nach der Behandlung und senken das Risiko einer übermäßigen Aufhärtung in der Wärmeeinflusszone (WEZ) beim Schweißen.

7.6Welche Wärmebehandlungen sind zulässig?

Drei Zustände: normalgeglüht (N), normalgeglüht und angelassen (NT) oder vergütet (Härten und Anlassen, QT), mit einem Anlassen ≥ 590 °C (1100 °F) und Mindestdauern je Dicke. Die Wahl des Zyklus richtet sich nach Querschnitt, Geometrie und Zielwert der Kerbschlagarbeit und wägt Festigkeit gegen Zähigkeit ab. Die Rückverfolgbarkeit der Zyklen gehört zur Abnahme und ist mit den Ergebnissen von Zugversuch, Härteprüfung und Kerbschlagbiegeversuch zu verknüpfen.

7.7Welche orientierenden Bereiche gelten für Normalglühen und Austenitisieren?

Die Spezifikation legt die Austenitisierungstemperatur nicht fest; sie wird mit dem Schmiedebetrieb vereinbart, mit Abkühlung in Luft für N/NT und Abschrecken im flüssigen Mittel für QT, jeweils gefolgt von einem Anlassen ≥ 590 °C. Diese Bereiche begünstigen eine gleichmäßige Korngröße und ein auf Zähigkeit ausgelegtes Gefüge; die Anpassung der Dauern an den größten Querschnitt entscheidet über die Gleichmäßigkeit des Schmiedestücks.

7.8Welche Härte ist bei der Abnahme zulässig?

Die Spezifikation schreibt höchstens 197 HBW nach der Wärmebehandlung vor, geprüft an mindestens zwei Schmiedestücken je Charge, nachzuweisen auf dem MTC und passend zum angegebenen Zustand. Die Härteprüfung ergänzt Zugversuch und Kerbschlagbiegeversuch und begrenzt so das Risiko unzureichender Zähigkeit. Liegen Spezifikationen für den Sour Service vor, können die Grenzwerte durch die anwendbare Norm weiter eingeengt werden.

7.9Ist der ASTM A350 LF2 schweißgeeignet?

Ja: Der mäßige Kohlenstoffgehalt und das begrenzte Kohlenstoffäquivalent begünstigen die Schweißeignung, erforderlich sind jedoch WPS/PQR-Qualifizierungen, die Dicken, Wärmeeinbringung und die bei tiefen Temperaturen geforderte Zähigkeit berücksichtigen. Vorwärmen und Härteprüfungen in der WEZ schützen vor übermäßiger Aufhärtung und einem Abfall der Zähigkeit, ein etwaiges Spannungsarmglühen (PWHT) wird im Einzelfall bewertet. Die Konformität der Schweißverbindung wird über mechanische Prüfungen und Kerbschlagbiegeversuche nachgewiesen, die zur Klasse des Grundwerkstoffs passen.

7.10Wie wird die Konformität mit NACE MR0175/ISO 15156 (Sour Service) gehandhabt?

Die Konformität ergibt sich nicht von selbst: Sie hängt davon ab, ob die Härtegrenzwerte an Grundwerkstoff, Schweißgut und WEZ eingehalten werden, und von den Umgebungsbedingungen des Einsatzes (H₂S, Druck, Temperatur). Für den Sour Service werden Prozessparameter und Wärmebehandlungszyklen so gewählt, dass die für geschmiedete Kohlenstoffstähle vorgesehenen Grenzwerte eingehalten werden, mit Nachweisen auf PQR und MTC. Der Nachweis ist in der Spezifikation und in der Abnahmedokumentation zu verankern.

7.11Welche Maßnormen gelten für die Flansche?

Für Flansche gelten in der Regel die Maßnormen ASME B16.5/B16.47. Die Übereinstimmung mit diesen Maßnormen erleichtert die Verträglichkeit mit Schrauben und Dichtungen. Druckstufe und Ausführung der Dichtfläche gehören fest zur Auslegung der Verbindung.

7.12Wie fügt er sich in Rohre und Fittings der Leitung ein?

Der LF2 wird mit Rohren nach ASTM A333 Gr.6 und Fittings nach ASTM A420 WPL6 kombiniert und hält die Zähigkeit über die Leitung bei tiefen Temperaturen hinweg gleichmäßig. Das senkt das Risiko einer thermomechanischen Fehlanpassung und erleichtert die Qualifizierung der Anlage. Die gemeinsame Auswahl der Werkstoffe einer Leitung empfiehlt sich in den Einkaufsspezifikationen.

7.13In welchen Zuständen und Erzeugnisformen ist er verfügbar?

Verfügbar ist er als Schmiedestücke und als Stabstahl (warmgewalzt oder geschmiedet) in den Lieferzuständen normalgeglüht, normalgeglüht und angelassen oder vergütet, mit Durchmessern und Ausführungen, die zu den Anforderungen der Bearbeitung passen. Die Wahl des Zustands hängt von der geforderten Zähigkeit und den Dicken ab, mit Bescheinigung und Rückverfolgbarkeit gemäß Spezifikation.

08Das Lieferprogramm von Siderticino für ASTM A350 LF2

Siderticino liefert ASTM A350 LF2 als warmgewalzten Rundstahl unbehandelt, als warmgewalzten Rundstahl normalgeglüht sowie als Schmiedestücke unbehandelt oder normalgeglüht und deckt damit die Anforderungen an Bearbeitung und mechanische Eigenschaften nach ASTM A350/A350M und den Klassen CL1/CL2 ab. Die Erzeugnisformen eignen sich für Einsätze im Rohrleitungsbau und bei Armaturen für kalte Umgebungen, in denen der Kerbschlagbiegeversuch bei -46 °C (CL1) oder -18 °C (CL2) Voraussetzung für die Abnahme ist. Das Lieferprogramm ist auf metallurgische und logistische Durchgängigkeit bei Projekten für tiefe Temperaturen ausgerichtet, im Einklang mit Rohren nach A333 und Fittings nach A420.

Für Verfügbarkeit, Durchmesser, Lieferzustände, Zuschnitt nach Maß und Lieferzeiten sehen Sie das Produktdatenblatt ASTM A350 LF2 ein und fordern Sie ein Angebot an.