炭素当量と溶接性：CEVおよびPcmの計算式

なぜ単一の数値なのか

溶接後の熱影響部 (HAZ) の硬さ — そしてそれに伴う水素誘起低温割れのリスク — は、炭素と合金含有量が共に作用することで上昇します。炭素当量の計算式は、溶鋼分析を、HAZの焼入性および割れリスクと相関する一つの指標に圧縮し、試験溶接を行う前に手順をスクリーニングできるようにします。

IIWの計算式 (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — すべての元素は重量パーセントです。

これはENおよびISOの実務で採用されている計算式です：EN 10025は各構造用鋼種に対して最大CEVを宣言し、EN 1011は溶接手順の指針においてCEVを使用します。これは従来の炭素・マンガン鋼のために開発されました。広く使用される解釈のバンドは次のとおりです：

• CEVが概ね0.40まで — 通常の条件下では、一般に予熱なしで溶接可能です。
• 概ね0.40–0.50 — 予熱が一般に必要であり、厚さ、拘束、水素レベルに応じて増大します；低水素の実務が適用されます。
• 概ね0.50を超える — 割れリスクが高く；予熱、管理されたパス間温度、低水素溶接材料が標準であり、手順の認定が不可欠です。

実例 (例示的なミル値)：C 0.16、Mn 1.50、Cr+Mo+V 0.10、Ni+Cu 0.15により、CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 が得られます — まさに予熱バンドの中です。

Pcm：現代の低炭素鋼のための計算式

熱機械圧延鋼およびHSLA鋼は炭素が低いものの合金元素が広がっており、IIWの計算式はその割れリスクを過大評価します。Ito–BessyoのPcmは、元素の重み付けを異なります：

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

Pcmはラインパイプの実務 (API 5LはPSL2鋼種に対してこれを上限とし、通常0.25とします) および日本の規格において標準です。経験則として、Pcmが概ね0.20–0.25までは、低炭素鋼の良好な溶接性を示します。EN 1011は、手順計算のためのもう一つの代替として、関連するCETの計算式を提供します。

CEVが伝えられないこと

• 予熱温度はCEVのみから読み取ることはできません：EN 1011-2の方法Aは、CEVを、合計厚さ、プロセスと溶接材料の水素スケール、拘束、入熱と組み合わせます。
• CEVが等しい二つの鋼でも挙動が異なる場合があります — 炭素が高く合金が低い溶鋼は、炭素が低く合金が高い溶鋼と同じ溶接上の問題ではありません。
• 手順作業には、証明書に記載された実際の溶鋼分析を使用してください。鋼種の最大値 (例えば、一般的な厚さにおいて通常 ≤ 0.45であるS355J2) は、溶鋼が下回らなければならない上限であり、目の前にある溶鋼の値ではありません。
• オーステナイト系ステンレス鋼および硬化した工具鋼は、どちらの計算式の適用範囲からも完全に外れています。
• 最後に、CEVは使用中の鋼の特性ではありません：完成した継手の強度や靭性については何も予測せず、溶接中のHAZ硬化傾向についてのみ予測します。CEVが低い鋼でも、開先精度の不良、湿った溶接材料、認定されていない手順によって不良な溶接を生じることがあります — この指標は化学組成をスクリーニングするものであり、技量をスクリーニングするものではありません。