Equivalente di carbonio e saldabilità: le formule CEV e Pcm

Perché un unico numero?

La durezza della zona termicamente alterata (ZTA) dopo la saldatura — e con essa il rischio di cricche a freddo indotte dall'idrogeno — aumenta con il contenuto di carbonio e di elementi di lega che agiscono insieme. Le formule dell'equivalente di carbonio condensano l'analisi di siviera in un unico indice correlato alla temprabilità della ZTA e al rischio di cricche, in modo da poter vagliare le procedure prima di eseguire qualsiasi saldatura di prova.

La formula IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — tutti gli elementi in percentuale in peso.

Questa è la formula adottata nella prassi EN e ISO: la EN 10025 dichiara un CEV massimo per ciascun grado strutturale e la EN 1011 utilizza il CEV nelle sue indicazioni sulle procedure di saldatura. È stata sviluppata per gli acciai convenzionali al carbonio-manganese. Le fasce di interpretazione di uso diffuso sono:

• CEV fino a circa 0.40 — generalmente saldabile senza preriscaldo in condizioni ordinarie.
• Circa 0.40–0.50 — preriscaldo comunemente richiesto, crescente con spessore, vincolo e livello di idrogeno; si applica la prassi a basso idrogeno.
• Oltre circa 0.50 — elevato rischio di cricche; preriscaldo, temperatura di interpass controllata e materiali di consumo a basso idrogeno sono la prassi standard, con qualifica della procedura essenziale.

Esempio pratico (valori di colata illustrativi): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 dà CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — pienamente nella fascia del preriscaldo.

Pcm: la formula per gli acciai moderni a basso carbonio

Gli acciai laminati termomeccanicamente e gli acciai HSLA presentano un basso tenore di carbonio ma una varietà di elementi di lega e la formula IIW sovrastima il loro rischio di cricche. Il Pcm di Ito–Bessyo pondera gli elementi in modo diverso:

Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

Il Pcm è standard nella prassi dei tubi per condotte (la API 5L lo limita per i gradi PSL2, tipicamente a 0.25) e nelle norme giapponesi. Come regola pratica, un Pcm fino a circa 0.20–0.25 indica una buona saldabilità per gli acciai a basso carbonio. La EN 1011 offre la formula correlata CET come ulteriore alternativa per i calcoli di procedura.

Che cosa non indica il CEV

• La temperatura di preriscaldo non si ricava dal solo CEV: il metodo A della EN 1011-2 combina il CEV con lo spessore combinato, la scala dell'idrogeno del processo e del materiale di consumo, il vincolo e l'apporto termico.
• Due acciai con CEV uguale possono comportarsi in modo diverso — una colata ad alto carbonio/bassa lega non rappresenta lo stesso problema di saldatura di una colata a basso carbonio/alta lega.
• Utilizzare l'analisi di siviera effettiva riportata sul certificato per il lavoro sulle procedure. Il massimo di grado (ad esempio S355J2 a tipicamente ≤ 0.45 negli spessori comuni) è un limite che la colata deve rispettare, non il valore della colata che si ha davanti.
• Gli acciai inossidabili austenitici e gli acciai per utensili temprati esulano completamente dal campo di applicazione di entrambe le formule.
• Infine, il CEV non è una proprietà dell'acciaio in esercizio: non predice nulla sulla resistenza o sulla tenacità di un giunto finito, ma solo sulla tendenza all'indurimento della ZTA durante la saldatura. Un acciaio a basso CEV può comunque produrre una saldatura scadente a causa di un accoppiamento impreciso, di materiali di consumo umidi o di una procedura non qualificata — l'indice vaglia la chimica, non l'esecuzione.