탄소당량과 용접성: CEV 및 Pcm 공식

왜 하나의 수치인가?

용접 후 열영향부(HAZ)의 경도 — 그리고 그에 따른 수소 유발 저온 균열 위험 — 는 탄소와 합금 원소가 함께 작용하면서 높아집니다. 탄소당량 공식은 레이들 분석 결과를 경화능 및 균열 위험과 상관관계가 있는 하나의 지수로 압축하여, 시험 용접을 하기 전에 용접 절차를 사전 검토할 수 있게 합니다.

IIW 공식 (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — 모든 원소는 중량 퍼센트 기준입니다.

이 공식은 EN 및 ISO 실무에서 채택된 것입니다. EN 10025는 구조용 강종마다 최대 CEV를 규정하고, EN 1011은 용접 절차 지침에서 CEV를 사용합니다. 이 공식은 일반적인 탄소-망간강을 대상으로 개발되었습니다. 널리 사용되는 해석 구간은 다음과 같습니다.

• CEV 약 0.40 이하 — 일반적인 조건에서는 예열 없이 용접이 가능한 경우가 많습니다.
• 약 0.40–0.50 — 예열이 일반적으로 필요하며, 두께, 구속도, 수소량에 따라 예열 요구가 커집니다. 저수소 용접 실무가 적용됩니다.
• 약 0.50 초과 — 균열 위험이 높습니다. 예열, 층간 온도 관리, 저수소 용접 재료 사용이 표준이며, 용접 절차 검증이 필수적입니다.

계산 예시(예시용 공장 값): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15인 경우 CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 가 되어, 예열 구간에 정확히 해당합니다.

Pcm: 현대 저탄소강을 위한 공식

열기계 압연강과 HSLA강은 탄소 함량이 낮지만 다양한 합금 원소를 포함하고 있어, IIW 공식은 이들의 균열 위험을 과대평가합니다. Ito–Bessyo의 Pcm 공식은 원소별 가중치를 다르게 적용합니다.

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

Pcm은 라인파이프 실무(API 5L은 PSL2 강종에 대해 이를 제한하며, 일반적으로 0.25 이하)와 일본 규격에서 표준으로 사용됩니다. 경험칙상 Pcm이 약 0.20–0.25 이하이면 저탄소강의 용접성이 양호함을 나타냅니다. EN 1011은 절차 계산을 위한 또 다른 대안으로 관련 CET 공식을 제공합니다.

CEV가 알려주지 않는 것

• 예열 온도는 CEV만으로 결정되지 않습니다. EN 1011-2 방법 A는 CEV에 합산 두께, 공정 및 용접 재료의 수소 등급, 구속도, 입열량을 결합하여 판단합니다.
• CEV가 같은 두 강재도 다르게 거동할 수 있습니다. 탄소가 높고 합금이 낮은 용강은, 탄소가 낮고 합금이 높은 용강과 동일한 용접 문제를 일으키지 않습니다.
• 절차 작업에는 인증서에 기재된 실제 레이들 분석값을 사용하십시오. 강종 최대값(예를 들어 일반적인 두께에서 S355J2는 통상 ≤ 0.45)은 용강이 그 아래에 머물러야 하는 상한이지, 눈앞에 있는 용강의 실제 값이 아닙니다.
• 오스테나이트계 스테인리스강과 경화 처리된 공구강은 두 공식 모두의 적용 범위에서 완전히 벗어납니다.
• 마지막으로, CEV는 사용 중인 강재의 특성이 아닙니다. 완성된 이음부의 강도나 인성에 대해서는 아무것도 예측하지 않으며, 용접 중 HAZ 경화 경향만을 예측합니다. CEV가 낮은 강재도 맞춤 불량, 습기를 머금은 용접 재료, 검증되지 않은 절차로 인해 불량한 용접부를 만들 수 있습니다. 이 지수는 화학 성분을 검토하는 것이지, 작업 솜씨를 검토하는 것이 아닙니다.