Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Die Minimum Design Metal Temperature (MDMT) ist die tiefste Metalltemperatur, für die ein Druckbehälter nach ASME BPVC Section VIII Division 1 ohne (oder mit) Kerbschlagprüfung zugelassen werden kann. Sie entscheidet über Werkstoffauswahl, Prüfumfang und die Angabe auf dem Typenschild. Dieses Modul ermittelt die MDMT und die Frage, ob eine Kerbschlagprüfung (Impact Test) erforderlich ist – nach UCS-66, UCS-66.1 und UCS-68 für Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle sowie nach UHA-51 für austenitische bzw. hochlegierte Stähle.
Kern des Verfahrens ist Figure UCS-66: Für jede Werkstoffgruppe (Kurve A bis D) liefert sie in Abhängigkeit von der maßgebenden Dicke (governing thickness) eine Basis-Befreiungstemperatur, unterhalb derer ohne Kerbschlagversuch nicht gebaut werden darf. Ist das Bauteil nicht voll ausgenutzt, gewährt UCS-66.1 über das Spannungsverhältnis eine Temperaturreduktion; eine Wärmenachbehandlung (PWHT), die nicht ohnehin gefordert ist, bringt nach UCS-68 einen weiteren Bonus. Für Schrauben und Muttern gelten die gesonderten Befreiungstemperaturen der General Note (c) zu UCS-66.
Die MDMT berechnen muss man bei jeder ASME-Auslegung – besonders kritisch bei Tieftemperaturanwendungen, drucklosen Abkühlszenarien (Entspannung von Gasen, Joule-Thomson-Effekt) und bei der Nachbewertung von Bestandsbehältern für kältere Betriebsfälle.
Regelwerk und Berechnungsbasis: ASME BPVC VIII-1 UCS-66 / UCS-66.1 / UCS-68 / UHA-51: 2025
Berechnungsumfang
- MDMT für C- und niedriglegierte Stähle (UCS-66)
- MDMT für austenitische / rostfreie Stähle (UHA-51)
- MDMT für Bolzen/Muttern (UCS-66 General Note c)
So läuft die Berechnung ab
- Maßgebende Dicke je Bauteil bestimmen: Für jedes drucktragende Bauteil wird die governing thickness nach UCS-66(a) ermittelt – bei Schweißverbindungen in der Regel die dünnere der verbundenen Dicken, bei ungeschweißten Teilen ein Viertel der Dicke, mit Sonderregeln für Flansche, Rohrböden und flache Böden.
- Werkstoffkurve zuordnen: Der Werkstoff wird einer der Kurven A bis D der Figure UCS-66 zugeordnet: Kurve A für unberuhigt vergossene bzw. ungünstige Werkstoffe, Kurve D für die zähesten (z. B. normalisierte Feinkornstähle). Aus Kurve und maßgebender Dicke folgt die Basis-Befreiungstemperatur.
- Temperaturreduktion über das Spannungsverhältnis: Ist das Bauteil bei MDMT nur teilweise ausgenutzt, wird nach Figure UCS-66.1 aus dem Verhältnis der vorhandenen zur zulässigen Spannung (coincident ratio) eine Reduktion der Befreiungstemperatur ermittelt; bei einem Verhältnis von höchstens 0,35 entfällt die Kerbschlagpflicht bis −155 °C (−48 °C ohne weitere Nachweise nach älteren Ausgaben; das Modul verwendet die Grenzen der aktuellen Ausgabe).
- PWHT-Bonus nach UCS-68 prüfen: Wurde eine Wärmenachbehandlung durchgeführt, obwohl der Code sie nicht fordert, darf die Befreiungstemperatur für P-No.-1-Werkstoffe um weitere 17 °C (30 °F) abgesenkt werden.
- Sonderfälle Austenite und Schrauben bewerten: Für austenitische Stähle gelten die Befreiungsregeln des UHA-51 (typisch bis −196 °C ohne Kerbschlagversuch, abhängig von Werkstoff, Schweißzusatz und Temperatur), für Schrauben und Muttern die Befreiungstemperaturen der General Note (c) zu UCS-66. Das Modul weist je Bauteil die maßgebende MDMT aus; die Behälter-MDMT ist der wärmste dieser Werte.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Geforderte MDMT (spez.) | – | – |
| Auslegungstemperatur | – | – |
| Auslegungsdruck | – | – |
| Werkstoff | – | – |
| Nominale Wanddicke tn | – | – |
| Korrosionszuschlag c | – | – |
| Erf. Wanddicke tr | – | – |
| Schweißnahtfaktor E | – | – |
| Dicke Flachteil tfl | – | – |
| Werkstoffkurve | – | – |
| Verbindungs-/Bauteilart | – | – |
| PWHT durchgeführt (nicht erforderl.) | – | – |
| Werkstoff P-No. 1 | – | – |
| Dicke verbundenes Teil 2 | – | – |
| Ratio-Methode | – | – |
| Anliegende Membranspannung S* | – | – |
| Zul. Spannung bei MDMT S | – | – |
| Max. zul. Druck MAP | – | – |
| Maßgebende Dicke tg | – | – |
| Basis-Befreiungstemp. (Fig.UCS-66) | – | – |
| PWHT-Bonus (UCS-68) | – | – |
| E* = max(E; 0,80) | – | – |
| Verhältnis (ratio) | – | – |
| Temp.-Reduktion (Fig.UCS-66.1) | – | – |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Kerbschlagprüfung erforderlich | – | – |
Berechnungsoptionen
Werkstoffkurve
1 · 2 · 3 · 4
Verbindungs-/Bauteilart
1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6
PWHT durchgeführt (nicht erforderl.)
0 · 1
Werkstoff P-No. 1
0 · 1
Ratio-Methode
1 · 2 · 3
Kerbschlagprüfung erforderlich
0 · 1
C-Gehalt > 0,10 %
0 · 1
Werkstofftyp
1 · 2 · 3 · Duplex · 5 · 6 · 7
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen MDMT und minimaler Betriebstemperatur?
Die MDMT ist eine Auslegungs- und Zulassungsgröße: die tiefste Metalltemperatur, bei der der volle zugehörige Druck anstehen darf, und sie steht auf dem Typenschild. Die minimale Betriebstemperatur ist eine Prozessgröße. Die MDMT muss alle Betriebs-, Störungs- und Umgebungsfälle abdecken – einschließlich Abkühlung durch Entspannung, kalte Einspeisungen oder tiefe Umgebungstemperaturen beim drucklosen Anfahren.
Warum darf bei niedriger Ausnutzung auf den Kerbschlagversuch verzichtet werden?
Sprödbruch setzt neben tiefer Temperatur und Kerbe eine ausreichende Zugspannung voraus. Ist die vorhandene Spannung deutlich kleiner als die zulässige, sinkt die Sprödbruchgefahr entsprechend. Figure UCS-66.1 setzt diese Physik in eine Temperaturreduktion um; bei einem Spannungsverhältnis von höchstens 0,35 gilt die weitestgehende Befreiung. Wichtig: Maßgebend ist die Spannung im betrachteten Temperatur-Druck-Zustand (coincident), nicht die Auslegungsspannung.
Welche Dicke ist bei einem Stutzen im dicken Mantel die maßgebende?
Die governing thickness richtet sich nach dem Schweißdetail: Bei stumpf angeschlossenen Teilen ist es die dünnere der beiden verbundenen Wanddicken am betrachteten Anschluss. Ein dünnwandiger Stutzen in einem dicken Mantel wird also über die Stutzendicke bewertet, der Mantel selbst über seine Verbindungen. Jedes Bauteil erhält so seine eigene Befreiungstemperatur; die schlechteste bestimmt die Behälter-MDMT.
Brauchen austenitische Stähle überhaupt eine Kerbschlagprüfung?
Oft nicht: UHA-51 befreit gängige austenitische Werkstoffe bis zu sehr tiefen Temperaturen (typisch −196 °C und je nach Fall darunter), weil sie keine ausgeprägte Zäh-Spröd-Übergangstemperatur besitzen. Die Befreiung hängt aber von Kohlenstoffgehalt, Schweißzusatz, Lösungsglühzustand und der konkreten Temperatur ab – insbesondere Schweißgut und Wärmeeinflusszone können prüfpflichtig sein, obwohl der Grundwerkstoff befreit ist.