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1 Aufgrund der steigenden weltweiten Nachfrage nach Flüssigerdgas (LNG) als eine umweltfreundliche Energiequelle und des zunehmenden Baus und Betriebs von mit LNG betriebenen Schiffen hat sich der Schiffssicherheitsausschuss auf seiner sechsundneunzigsten Tagung (11. bis 20. Mai 2016) über die Notwendigkeit geeinigt sicherzustellen, dass die Ladetanks und Brennstofftanks von LNG-Tankschiffen und mit LNG betriebenen Schiffen sicher sind, und hat daher den Unterausschuss "Carriage of Cargoes and Containers" beauftragt, sich mit diesem Sachverhalt zu befassen, indem Änderungen für den IGC-Code und den IGF-Code erarbeitet werden, um hoch legierten austenitischen Manganstahl für tiefkalten Betrieb aufzunehmen.

2 Der Schiffssicherheitsausschuss hat auf seiner einhundertsten Tagung (3. bis 7. Dezember 2018), unter Anerkennung der zunehmenden Verwendung von hoch legiertem austenitischen Manganstahl durch die Industrie für tiefkalten Betrieb und der Notwendigkeit einer diesbezüglichen Anleitung, die Vorläufigen Richtlinien für die Verwendung von hoch legiertem austenitischen Manganstahl für tiefkalten Betrieb ( MSC.1/Rundschreiben 1599) angenommen.

3 Der Schiffssicherheitsausschuss hat auf seiner einhundertzweiten Tagung (4. bis 11. November 2020) die in der Anlage aufgeführten Überarbeiteten Vorläufigen Richtlinien angenommen, die vom Unterausschuss "Carriage of Cargoes and Containers" auf seiner sechsten Tagung (9. bis 13. September 2019) ausgearbeitet wurden.

4 Der Ausschuss ist übereingekommen, die Überarbeiteten Vorläufigen Richtlinien unter Berücksichtigung der bei ihrer Anwendung gewonnenen betrieblichen Erfahrungen einer regelmäßigen Überprüfung zu unterziehen.

5 Die Mitgliedsstaaten werden aufgefordert, die Überarbeiteten Vorläufigen Richtlinien allen Beteiligten zur Kenntnis zu bringen.

6 Dieses Rundschreiben ersetzt das MSC.1/Rundschreiben 1599.

Teil I
Allgemeines

1 Zweck

Diese Überarbeiteten Vorläufigen Richtlinien für die Verwendung von hoch legiertem austenitischen Manganstahl für tiefkalten Betrieb stellen dem Konstrukteur und dem Hersteller praktische Informationen über den Entwurf und den Bau von Ladetanks und Brennstofftanks zur Verfügung, bei denen hoch legierter austenitischer Manganstahl für tiefkalten Betrieb verwendet wird, um die Entwurfsanforderungen entsprechend Abschnitt 4.18 des IGC-Codes und Abschnitt 6.4.12 des IGF-Codes zu erfüllen.

2 Anwendung

2.1 Die Überarbeiteten Vorläufigen Richtlinien sind nicht dafür vorgesehen, irgendwelche Anforderungen des IGC-Codes oder IGF-Codes zu ersetzen. Sie sind als ergänzende Richtlinien dafür vorgesehen, wie hoch legierter austenitischer Manganstahl beim Entwurf und bei der Fertigung von Ladetanks und Brennstofftanks entsprechend dem IGC-Code und dem IGF-Code verwendet werden kann.

2.2 Die Verwendung von hoch legiertem austenitischen Manganstahl ist für Ladetanks und Brennstofftanks vorgesehen, in denen Flüssigerdgas (LNG) befördert wird. Der hoch legierte austenitische Manganstahl ist auf die nachfolgend definierten Spezifikationen begrenzt.

3 Begriffsbestimmungen

Hoch legierter austenitischer Manganstahl:
Ein Stahl mit einem hohen Anteil Mangan, um Austenit in seiner ersten Phase bei atmosphärischer und Betriebstemperatur beizubehalten.

Undermatching Schweißnähte:
Bei Schweißverbindungen, bei denen das Schweißgut eine geringere Dehngrenze oder Zugfestigkeit aufweist als der Grundwerkstoff.

Teil II
Werkstoffspezifikationen und Prüfanforderungen

4 Werkstoffspezifikation

4.1 Die Werkstoffspezifikation ist bei der Verwaltung für eine Zulassung einzureichen. Die Dokumentationsanforderungen für den Werkstoff sind im Anhang ausführlich beschrieben.

4.2 Der Stahl muss vollberuhigt und feinkörnig sein. Der Lieferzustand für alle Werkstoffe muss warmgewalzt und erforderlichenfalls mit nachfolgendem kontrollierten Abkühlen sein. Das Reduktionsverhältnis einer Bramme zur Dicke des Endproduktes darf nicht weniger als 3:1 betragen. Andere Lieferzustände müssen den von der Verwaltung vorgeschriebenen Lieferzuständen entsprechen.

4.3 Das Dokument ist auf Stahlplatten mit einer Dicke zwischen 6 mm und 40 mm begrenzt. Dicken von mehr als 40 mm sind von der Verwaltung besonders zu berücksichtigen. Andere Abmessungen können der Zustimmung der Verwaltung unterliegen.

5 Chemische Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung von hoch legiertem austenitischen Manganstahl muss die Anforderungen anerkannter Normen, wie beispielsweise die in Tabelle 1 angegebene ASTM-Norm A1106/A1106 M-17 oder die Norm ISO 21635:2018, erfüllen.

Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung von hoch legiertem austenitischen Manganstahl
(Bezugnahme: Norm ASTM A1106/A1106 M-17)

Anmerkung: Silizium (Si) darf weniger als 0,10 % sein, vorausgesetzt, der Gesamtgehalt an Aluminium beträgt 0,03 % oder mehr, oder vorausgesetzt, das säurelösliche Aluminium beträgt 0,025 % oder mehr.

6 Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs von hoch legiertem austenitischen Manganstahl müssen die Anforderungen des IGC-Codes bzw. des IGF-Codes und auch die auf die chemische Zusammensetzung anwendbaren anerkannten Normen, wie beispielsweise ISO 21635:2018 (auf nachfolgende Tabelle 2 wird verwiesen) oder ASTM A1106/A1106 M-17, erfüllen. Die Konformität muss auch in Übereinstimmung mit den im Anhang beschriebenen Anforderungen der Werkstoffprüfung und den Abnahmekriterien dokumentiert werden.

1. Grundwerkstoff

   Tabelle 2: Mechanische Eigenschaften für den Grundwerkstoff von hoch legiertem austenitischen Manganstahl
   (Bezugnahme: Norm ISO 21635:2018)

   Mindest-Streckgrenze (0,2 % bleibende Verformung) N/mm2	Zugfestigkeit N/mm2	Mindest-Dehnung % bei 5,65√S0
   400	800 bis 970	22,0

   (Die in Tabelle 6.3 des IGC-Codes bzw. Tabelle 7.3 des IGF-Codes festgelegten Anforderungen des Kerbschlagbiegeversuchs sind zu beachten)

2. Im Schweißzustand

   Tabelle 3: Typische mechanische Eigenschaften für "im Schweißzustand"

   Zugeigenschaften
   Mindest-Streckgrenze (0,2 % bleibende Verformung) N/mm2	Mindest-Zugfestigkeit N/mm2	Mindest-Dehnung % bei 5,65√S0
   400	660	22,0

   (Die in Tabelle 6.3 des IGC-Codes bzw. Tabelle 7.3 des IGF-Codes festgelegten Anforderungen des Kerbschlagbiegeversuchs sind zu beachten)

7 Schweißung metallischer Werkstoffe und zerstörungsfreie Prüfung

Die Schweißung metallischer Werkstoffe und die zerstörungsfreie Prüfung müssen Kapitel 6 des IGC-Codes oder Kapitel 16 des IGF-Codes entsprechen. Siehe auch die im Anhang aufgeführten "Anforderungen der Werkstoffprüfung und Abnahmekriterien". Typische Mindestwerte der Streckgrenze und der Zugfestigkeit für Schweißzustände sind in Tabelle 3 angegeben.

8 Werkstoffprüfung und Abnahmekriterien

Die Werkstoffprüfung und die angewendeten Abnahmekriterien müssen Kapitel 6 des IGC-Codes oder Kapitel 16 des IGF-Codes entsprechen. Die Konformität muss auch in Übereinstimmung mit den im Anhang beschriebenen Anforderungen der Werkstoffprüfung und den Abnahmekriterien dokumentiert werden.

9 Hersteller-Zulassungsverfahren

Die Zulassung des Herstellers ist in Übereinstimmung mit Absatz 6.2.2 des IGC-Codes oder Absatz 16.1.1 des IGF-Codes und den Anforderungen der Verwaltung vorzunehmen.

Teil III
Anwendung

10 Kriterien für die Auslegung

10.1 Allgemeines

10.1.1 Die maßgeblichen Belastungsbedingungen und Entwurfsanforderungen sind in Übereinstimmung mit Abschnitt 4.18 des IGC-Codes oder Abschnitt 6.4.12 des IGF-Codes festzulegen. Eine Anleitung über besondere Anforderungen für hoch legierten austenitischen Manganstahl ist nachfolgend beschrieben.

10.1.2 Bei der Auswahl maßgeblicher Sicherheitsfaktoren für hoch legierten austenitischen Manganstahl (siehe Abschnitte 4.21 bis 4.23 des IGC-Codes oder Abschnitt 6.4.15 des IGF-Codes) sind die für "austenitische Stähle" bestimmten Sicherheitsfaktoren sowohl für den Grundwerkstoff als auch für den Schweißzustand zu übernehmen.

10.2 Konstruktions-Grenzanforderung

(Bezugnahme: Abschnitt 4.18.1 des IGC-Codes oder Abschnitt 16.3.3 des IGF-Codes)

Hoch legierte austenitische Manganstähle haben normalerweise undermatching Schweißnähte, und deshalb ist es von großer Wichtigkeit, dass die Bemessungswerte der Streckgrenze und der Zugfestigkeit auf den "Mindest-Werkstoffeigenschaften" für den Grundwerkstoff und im Schweißzustand basieren (siehe Abschnitt 6 über Mechanische Eigenschaften). Die in Absatz 4.18.1.3.1.2 des IGC-Codes oder Absatz 16.3.3.5.1 des IGF-Codes festgelegten Begrenzungen für undermatching Schweißnähte sind zu beachten.

10.3 Beulfestigkeit

10.3.1 Die Untersuchungen der Beulfestigkeit sind auf der Grundlage anerkannter Normen durchzuführen. Die in Absatz 4.3.4 des IGC-Codes oder Absatz 6.4.1.6 des IGF-Codes festgelegten funktionalen Belastungen sind zu berücksichtigen. Es ist zu beachten, dass die Bautoleranzen gegebenenfalls zu berücksichtigen sind und in die Festigkeitsbeurteilung entsprechend Absatz 6.6.2.1 des IGC-Codes oder Absatz 16.4.2 des IGF-Codes einzubeziehen sind.

10.3.2 Die Zulässigkeitskriterien für Flutungs-Belastungsfälle unterscheiden sich von anderen Beul-Belastungsfällen. Ferner sind auch die im IGC-Code und IGF-Code festgelegten Zulässigkeitskriterien für Flutungs-Belastungsfälle unterschiedlich, da der IGF-Code für einen Tank vorschreibt, dass er seine Unversehrtheit nach einer Flutung beibehält, um die sichere Evakuierung des Schiffes sicherzustellen (Absatz 6.4.1.6.3.3 des IGF-Codes), während der IGC-Code nur auf die Gefährdung der Unversehrtheit des Schiffskörpers verweist (Absatz 4.3.4.3.3 des IGC-Codes).

10.4 Konstruktions-Ermüdungsanforderung

(Bezugnahme: Abschnitt 4.18.2 des IGC-Codes und Abschnitt 6.4.12.2 des IGF-Codes)

Die Konstruktions-Ermüdungskurven für Grundwerkstoff und Schweißzustände sind als ein Vergleich mit den anerkannten S-N-Kurven, wie durch die D-Kurve in der Bezugsunterlage unter 11.4 ( Tabelle 4) vorgegeben und durch FAT 90 aus der Bezugsunterlage unter 11.5 ( Abbildung 1), nachgewiesen worden. Ermüdungsprüfungen sind nur für Stumpfschweißverbindungen durchgeführt worden. Jedoch muss bei anderen Ausführungen die Anwendung anderer S-N-Kurven den Anforderungen der Verwaltung entsprechen. Absatz 4.18.2.4.2 des IGC-Codes und Absatz 6.4.12.2.4 des IGF-Codes bestimmen, dass die Entwurfs-S-N-Kurven auf einer Überlebenswahrscheinlichkeit von 97,6 % basieren müssen entsprechend dem Mittelwert-Minus-Zwei-Standard-Abweichungs-Kurven (mean-minus-two-standard-deviation curves) der relevanten Versuchsdaten bis zum endgültigen Versagen.

Tabelle 4 (S-N-Kurven in Luft): Für hoch legierten austenitischen Manganstahl ist nachgewiesen worden, dass er gleich oder besser als die D-Kurve (Bezugsunterlage 11.4) im Schweißzustand ohne Spannungskonzentration von irgendwelchen Konstruktionsdetails ist

Abbildung 1: Die Referenz-S-N-Kurve für hoch legierten austenitischen Manganstahl ist die FAT-90-Kurve. Die FAT-90-Kurve stellt den Schweißzustand ohne Spannungskonzentration von irgendwelchen Konstruktionsdetails dar.

10.5 Bruchmechanische Analysen

10.5.1 Für einen Ladetank oder Brennstofftank, bei dem eine reduzierte zweite Barriere Anwendung findet, ist eine bruchmechanische Analyse in Übereinstimmung mit dem IGC-Code oder dem IGF-Code durchzuführen.

10.5.2 Bruchzähigkeitseigenschaften sind unter Verwendung anerkannter Normen anzugeben. In Abhängigkeit vom Werkstoff sind Bruchzähigkeitseigenschaften erforderlich, die für Laderaten festgelegt werden, die denen im Tanksystem zu erwartenden ähnlich sind. Die Eigenschaften der Ermüdungsrissausbreitungs-Rate sind für den Tankwerkstoff und seine Schweißverbindungen für die relevanten Betriebszustände nachzuweisen. Diese Eigenschaften sind unter Verwendung eines anerkannten Bruchmechanik-Verfahrens darzustellen, bei dem die Ermüdungsrissausbreitungs-Rate auf die Wechselbelastungsintensität ΔK an der Rissspitze bezogen wird. Die Auswirkung der Spannungen, die durch statische Belastungen verursacht werden, ist zu berücksichtigen, wenn die Auswahl der Parameter der Ermüdungsrissausbreitungs-Rate getroffen wird.

10.5.3 Für die Verwendung, bei der eine sehr hohe statische Belastungsnutzung relevant ist, kommen alternative Verfahren, wie beispielsweise Untersuchungen mittels duktiler Bruchmechanik, in Betracht (siehe Anhang).

10.5.4 Ein Beispiel eines Wertes bei tiefkaltem Zustand einer typischen Verschiebung der Rissspitzenöffnung (Crack Tip Opening Displacement - CTOD) kann Abbildung 2 entnommen werden.

10.5.5 Eine bruchmechanische Analyse ist für Typ-B-Tanks vorgeschrieben ( Abschnitt 4.22.4 des IGC-Codes und Abschnitt 6.4.15.2.3.3 des IGF-Codes), bei denen eine reduzierte zweite Barriere Anwendung findet. Sofern als relevant befunden, kann eine bruchmechanische Analyse auch für andere Tanktypen erforderlich sein, um Übereinstimmung mit den Ermüdungs- und Rissausbreitungseigenschaften darzustellen. Es ist zu beachten, dass die CTOD-Werte, die bei der bruchmechanischen Analyse verwendet werden, auf jeden Fall eine wichtige, zu untersuchende Werkstoffkenngröße sein können, um sicherzustellen, dass die Werkstoffe als geeignet für die Verwendung angesehen werden.

Abbildung 2: Beispiel typischer Werte für eine CTOD-Prüfung bei -165 °C

CTOD-Prüfbericht
					Berichts-Nr.
Norm des Prüfverfahrens	ISO 12135/15653 Probe Nr.				FCAW-2		Prüfdatum
Probe-Konfiguration	Quadratischer Querschnitt, Drei-Punkt-Biegung (W=2B)					Orientierung der Rissebene			L-T
Abmessungen der Probe			1		2		3		Durchschnitt
	Dicke, B (mm)		40		40		40		40
	Breite, W (mm)		80		80		80		80
	Auflagerabstand, S (mm)		320		Dicke aufmontierter Klingen zur Aufnahme des Wegaufnehmers, z (mm)				0
Prüfwerkstoff	Young's Elastizitätsmodul, E (MPa)						182.000
	YS (Rp0,2 (Dehngrenze)), σYSP (MPa)						474
	TS, σTSP (MPa)						780
	YS (Rp0,2 (Dehngrenze)), σYS (MPa)						655
	Maschinell eingebrachte (gefräste) Kerbe (mm)		Breite, N		Länge, Lmc		Radius am Kerbgrund
			4,7		32,4		0,1
Prüfbedingung	Temperatur (°C)						-165
Prüfergebnis
	Risslänge bis zur Spitze des Ermüdungsanrisses (mm)
	a1	a2	a3	a4	a5	a6	a7	a8	a9	a0
	37,62	39,28	39,36	38,95	39,24	38,27	38,55	38,67	37,21	38,72
	a0/W		0,54		Bleibender (plastischer) Anteil der Verschiebung, VP (mm)				1,53
	Kritische CTOD (mm)
	Typ der CTOD				Gesamte CTOD
	δ m				0,53

10.6 Schweißung

10.6.1 Die Schweißung ist in Übereinstimmung mit Abschnitt 6.5 des IGC-Codes oder Abschnitt 16.3 des IGF-Codes und entsprechend den Anforderungen der Verwaltung durchzuführen.

10.6.2 Für die Schweißung können die folgenden Punkte berücksichtigt werden:

1. Für eine Reduzierung der Wärmezufuhr während der Herstellung:
   1. ist die erste Wurzellage besonders zu beachten, wenn das Fülldraht-Lichtbogenschweißen (fluxcored arc welding - FCAW) angewendet wird; eine reduzierte Amperezahl ist in Betracht zu ziehen; und
   2. ist eine Schweißwärmezufuhr von maximal 30 kJ/cm als Richtwert für die 3 G-Position zu verwenden, da diese weniger Wärmezufuhr als die 1 G-Position hat;
2. der Abstand zwischen Naht und Brennerkopf ist minimal zu halten, um den Sauerstoffgehalt in der Nähe des Schweißbades zu senken;
3. die Schweißgaszusammensetzung beim Fülldraht-Lichtbogenschweißen soll normalerweise aus einem 80/20-Gemisch aus Argon und Kohlendioxid bestehen; und
4. eine angemessene Lüftung ist vorzusehen, um die Freisetzung gefährlichen Schweißrauchs herabzusetzen.

10.7 Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)

Zerstörungsfreie Prüfungen (nondestructive testing - NDT) müssen in dem Umfang durchgeführt werden, wie es nach Abschnitt 6.5.6 des IGC-Codes oder Abschnitt 16.3.6 des IGF-Codes vorgeschrieben ist. Die ZfP-Verfahren müssen in Übereinstimmung mit anerkannten Normen entsprechend den Anforderungen der Verwaltung sein. Für hoch legierten austenitischen Manganstahl sind passende ZfP-Verfahren, die normalerweise für austenitischen Stahl geeignet sind, anzuwenden.

10.8 Korrosionsbeständigkeit

Hoch legierter austenitischer Manganstahl wird im Vergleich mit mehreren ähnlichen Werkstoffen, wie beispielsweise 304 korrosionsbeständiger Stahl und 9 % Ni-Stähle, nicht als ein hochfester, korrosionsbeständiger Werkstoff angesehen. Es müssen geeignete Maßnahmen hinsichtlich Korrosionsschutz und Vermeidung einer korrosiven Umgebung getroffen werden. Besonders bei LNG-Brennstofftanks, die möglicherweise nicht in Betrieb sind, müssen jederzeit Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass leere Tanks mit Inertgas oder Trockenluft gefüllt sind, wenn sie nicht in Gebrauch sind.

11 Bezugsunterlagen

1. ASTM A1106/A1106 M-17: Standard Specification for Pressure Vessel Plate, Alloy Steel, Austenitic High Manganese for Cryogenic Application
2. ISO 21635:2018 - Schiffe und Meerestechnik - Spezifikation für hoch legierten austenitischen Manganstahl für LNG-Tanks an Bord von Schiffen (Ships and marine technology - Specification of high manganese austenitic steel used for LNG tanks on board ships)
3. Anforderungen der Werkstoffprüfung und Abnahmekriterien ( Anhang)
4. DNVGL-RP-C203 Fatigue design of offshore steel structures
5. IIW 1823-07 Recommendations for fatigue design of welded joints and components
6. BS 7910:2013 + A1:2015 Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures

.

Allgemeine Annahmen und Begrenzungen

1 Es ist zu beachten, dass der untersuchte Werkstoff beschränkt ist:

1. auf Plattendicken zwischen 6 mm und 40 mm;
2. nur auf Platten (warmgewalzter Zustand); und
3. nur für Methan (LNG).

Geltungsbereich und Abnahmekriterien

Bezugsunterlagen

________
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1) Ersetzt ASTM E1820-18 Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness, BS 7448 1:1991 - Fracture mechanics toughn-ess tests. Method for determination of KIc, critical CTOD and critical J values of metallic materials

2) Ersetzt BS 7448-2 - Fracture mechanics toughness tests: Method for determination of KIc, critical CTOD and critical J values of welds in metallic materials.

ENDE