Koolstofequivalent en lasbaarheid: de CEV- en Pcm-formules

Waarom één enkel getal?

De hardheid van de warmtebeïnvloede zone (HAZ) na het lassen — en daarmee het risico op waterstofgeïnduceerde koudscheuren — stijgt naarmate koolstof en legeringsgehalte samen werken. Formules voor het koolstofequivalent comprimeren de smeltanalyse tot één index die correleert met de hardbaarheid van de HAZ en het scheurrisico, zodat procedures kunnen worden gescreend voordat er een proeflas wordt gemaakt.

De IIW-formule (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — alle elementen in gewichtsprocent.

Dit is de formule die in de EN- en ISO-praktijk is overgenomen: EN 10025 verklaart een maximale CEV voor elke constructiekwaliteit, en EN 1011 gebruikt CEV in haar richtlijnen voor lasprocedures. Zij werd ontwikkeld voor conventionele koolstof-mangaanstalen. Veelgebruikte interpretatiebanden zijn:

• CEV tot grofweg 0.40 — onder gewone omstandigheden doorgaans lasbaar zonder voorverwarmen.
• Grofweg 0.40–0.50 — voorverwarmen doorgaans vereist, toenemend met dikte, inklemming en waterstofniveau; praktijk met laag waterstof is van toepassing.
• Boven grofweg 0.50 — hoog scheurrisico; voorverwarmen, gecontroleerde tussenlaagtemperatuur en verbruiksmaterialen met laag waterstof zijn standaard, met procedurekwalificatie als essentieel vereiste.

Uitgewerkt voorbeeld (illustratieve fabriekswaarden): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 geeft CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — precies in de band voor voorverwarmen.

Pcm: de formule voor moderne stalen met laag koolstof

Thermomechanisch gewalste en HSLA-stalen hebben een laag koolstofgehalte maar een spreiding van legeringselementen, en de IIW-formule overschat hun scheurrisico. De Ito–Bessyo Pcm weegt de elementen anders:

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

Pcm is standaard in de praktijk voor leidingbuizen (API 5L begrenst het voor PSL2-kwaliteiten, doorgaans op 0.25) en in Japanse normen. Als vuistregel geeft Pcm tot grofweg 0.20–0.25 een goede lasbaarheid aan voor stalen met laag koolstof. EN 1011 biedt de verwante CET-formule als een ander alternatief voor procedureberekeningen.

Wat CEV u niet vertelt

• De voorverwarmtemperatuur wordt niet alleen uit CEV afgelezen: EN 1011-2 methode A combineert CEV met gecombineerde dikte, de waterstofschaal van het proces en verbruiksmateriaal, inklemming en warmte-inbreng.
• Twee stalen met gelijke CEV kunnen zich verschillend gedragen — een smelt met hoger koolstof/lagere legering is niet hetzelfde lasprobleem als een smelt met lager koolstof/hogere legering.
• Gebruik de werkelijke smeltanalyse uit het certificaat voor procedurewerk. Het maximum voor de kwaliteit (bijvoorbeeld S355J2 met doorgaans ≤ 0.45 bij gangbare diktes) is een plafond waaronder de smelt moet blijven, niet de waarde van de smelt die voor u ligt.
• Austenitische roestvaste stalen en geharde gereedschapsstalen vallen volledig buiten het toepassingsgebied van beide formules.
• Ten slotte is CEV geen eigenschap van het staal in gebruik: het voorspelt niets over de sterkte of taaiheid van een afgewerkte verbinding, alleen over de neiging tot harden van de HAZ tijdens het lassen. Een staal met lage CEV kan door slechte passing, vochtige verbruiksmaterialen of een niet-gekwalificeerde procedure nog steeds een slechte las opleveren — de index screent de chemie, niet het vakmanschap.