Эквивалент углерода и свариваемость: формулы CEV и Pcm

Зачем нужен единый показатель?

Твёрдость зоны термического влияния (HAZ) после сварки — а вместе с ней и риск холодных трещин, вызванных водородом — возрастает при совместном действии содержания углерода и легирующих элементов. Формулы эквивалента углерода сводят ковшовый анализ к одному индексу, который коррелирует с прокаливаемостью зоны термического влияния и риском образования трещин, что позволяет предварительно оценивать технологии сварки до выполнения каких-либо пробных сварных швов.

Формула IIW (CEV)

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 — все элементы в массовых процентах.

Это формула, принятая в практике EN и ISO: EN 10025 устанавливает максимальное значение CEV для каждой марки конструкционной стали, а EN 1011 использует CEV в своих рекомендациях по технологии сварки. Она была разработана для обычных углеродисто-марганцевых сталей. Широко используемые диапазоны интерпретации следующие:

• CEV примерно до 0.40 — как правило, сваривается без предварительного подогрева в обычных условиях.
• Примерно 0.40–0.50 — обычно требуется предварительный подогрев, увеличивающийся с ростом толщины, жёсткости закрепления и уровня водорода; применяется практика с низким содержанием водорода.
• Выше примерно 0.50 — высокий риск образования трещин; предварительный подогрев, контролируемая температура между проходами и сварочные материалы с низким содержанием водорода являются стандартными, при этом аттестация технологии сварки обязательна.

Пример расчёта (иллюстративные заводские значения): C 0.16, Mn 1.50, Cr+Mo+V 0.10, Ni+Cu 0.15 даёт CEV = 0.16 + 0.25 + 0.02 + 0.01 = 0.44 — прямо в диапазоне предварительного подогрева.

Pcm: формула для современных низкоуглеродистых сталей

Стали, подвергнутые термомеханической прокатке, и стали HSLA содержат мало углерода, но целый ряд легирующих элементов, и формула IIW завышает риск образования трещин для них. Формула Ito–Bessyo Pcm взвешивает элементы иначе:

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

Pcm является стандартом в практике производства труб для магистральных трубопроводов (API 5L ограничивает его для марок PSL2, как правило, значением 0.25) и в японских стандартах. Как практическое правило, Pcm примерно до 0.20–0.25 указывает на хорошую свариваемость низкоуглеродистых сталей. EN 1011 предлагает родственную формулу CET в качестве ещё одной альтернативы для расчётов технологии сварки.

Что CEV не говорит вам

• Температура предварительного подогрева не определяется только по CEV: метод A по EN 1011-2 сочетает CEV с приведённой толщиной, шкалой водорода для процесса и сварочного материала, жёсткостью закрепления и погонной энергией.
• Две стали с равным CEV могут вести себя по-разному — плавка с более высоким содержанием углерода и низким легированием представляет собой не ту же проблему сварки, что и плавка с низким содержанием углерода и более высоким легированием.
• Для работы по технологии сварки используйте фактический ковшовый анализ из сертификата. Максимум для марки (например, S355J2 при обычно ≤ 0.45 для распространённых толщин) — это потолок, выше которого плавка не должна выходить, а не значение плавки, находящейся перед вами.
• Аустенитные нержавеющие стали и закалённые инструментальные стали полностью находятся вне области применения обеих формул.
• Наконец, CEV не является свойством стали в эксплуатации: он ничего не предсказывает о прочности или вязкости готового соединения, а говорит только о склонности зоны термического влияния к закалке во время сварки. Сталь с низким CEV всё равно может дать плохое сварное соединение из-за плохой сборки, влажных сварочных материалов или неаттестованной технологии — индекс оценивает химический состав, а не качество выполнения работ.