PWHT für Cr-Mo-Stähle: Wärmenachbehandlung von Schweißverbindungen an Fertigungen der A387- und P91-Klasse

Warum Cr-Mo-Schweißverbindungen sie brauchen

Das Schweißen von Chrom-Molybdän-Stählen hinterlässt drei Probleme: eine harte, rissempfindliche Wärmeeinflusszone (HAZ), hohe Eigenspannungen, die durch den thermischen Zyklus der Schweißung eingeschlossen werden, und — bei den kriechbeständigen Sorten — ein Gefüge, das noch nicht das ist, das die Auslegung annimmt. Die Wärmenachbehandlung nach dem Schweißen (PWHT) adressiert alle drei zugleich:

• Sie lässt die harte HAZ und das Schweißgut an, stellt Duktilität und Zähigkeit wieder her.
• Sie baut Eigenspannungen ab durch Kriechrelaxation bei Temperatur und verbessert die Maßstabilität und die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Ermüdungsrisse.
• Bei Kriechsorten vollendet sie das beabsichtigte Gefüge aus angelassenem Martensit.

Bauvorschriften (ASME Section VIII und die Rohrleitungsvorschriften, mit Materialregeln in Section II) machen PWHT für die meisten Cr-Mo-Druckarbeiten oberhalb definierter Dickenschwellen verpflichtend — es ist eine Vorschrift der Regelwerke, keine Werkstattpräferenz.

Temperaturbereiche und Haltelogik

PWHT ist eine unterkritische Behandlung: Die Temperatur muss wirksam anlassen und Spannungen abbauen, dabei aber sicher unterhalb der unteren kritischen Temperatur (Ac1) bleiben, sodass nichts erneut austenitisiert. Weit verbreitete Bereiche sind ungefähr:

Sortenfamilie	Typischer PWHT-Bereich (indikativ)
1.25Cr-0.5Mo (A387 Gr.11 Klasse)	etwa 620–680 °C
2.25Cr-1Mo (A387 Gr.22 Klasse)	etwa 680–730 °C
9Cr-1Mo-V (P91 / A387 Gr.91)	etwa 730–770 °C, eng kontrolliert

Die Haltezeit skaliert mit der Dicke — Tabellen der Regelwerke drücken sie als Mindestzeit pro Dickeneinheit aus, mit absoluten Mindestwerten für dünnes Material. Die Logik ist Ausgleich plus Relaxation: Der dickste Querschnitt muss durchgehend Temperatur erreichen und lange genug sitzen, damit Spannungen wegkriechen können. Aufheiz- und Abkühlraten oberhalb bestimmter Temperaturen sind ebenfalls durch die Regelwerke begrenzt, um thermische Gradienten in schweren Behältern zu kontrollieren, und Thermoelemente am Bauteil — nicht die Ofenanzeige — sind die Aufzeichnung, die zählt.

Güte 91: der strenge Fall

Die Kriechfestigkeit von P91 stammt von einem sorgfältig angelassenen Martensit mit feinen Ausscheidungen, und sein PWHT-Fenster ist entsprechend eng. Zu niedrig oder zu kurz, und die HAZ bleibt hart und unterangelassen; zu hoch, und die Behandlung überanlässt (oder austenitisiert im schlimmsten Fall lokal erneut und bildet beim Abkühlen frischen unangelassenen Martensit) und die Kriechfestigkeit wird dauerhaft geschädigt. Bei Güte 91 werden Genauigkeit der Temperaturmessung, Haltekontrolle und PWHT vor jeder Wasserdruckprüfung oder Betriebsexposition als kritische Qualitätsschritte behandelt, und Härteuntersuchungen nach PWHT sind Standardverifikation.

Lokale PWHT und praktische Vorsichten

Große Behälter werden oft lokal um eine Schweißnaht herum wärmebehandelt, anstatt als Ganzes im Ofen behandelt zu werden. Die Breite des erwärmten Bandes, die Isolierung und die Gradientenkontrolle werden dann zu den Qualitätsvariablen — eine schlecht kontrollierte lokale PWHT kann die Schale verbiegen oder das Spannungsmuster schlechter hinterlassen als ein kompetenter Ofenzyklus. Die Unterbrechung eines Zyklus mitten im Halten und Reparaturen nach PWHT (die im Allgemeinen eine Wiederholung erfordern) werden aus einem Grund durch schriftliche Verfahren gehandhabt: Bei Cr-Mo-Ausrüstung ist die Wärmebehandlungsgeschichte Teil der dokumentierten Integrität der Druckgrenze.