不銹鋼的「碳當量」及其計算方法
不銹鋼的碳當量就是把不銹鋼中包括碳在內的對淬硬、冷裂紋及脆化等有影響的合金元素含量換算成碳的相當含量。通過對不銹鋼的碳當量和冷裂敏感指數(shù)的估算,可以初步衡量低合金高強度鋼冷裂敏感性的高低,這對焊接工藝條件如預熱、焊后熱處理、線能量等的確定具有重要的指導作用。
與含碳量的區(qū)別
碳當量須與含碳量相區(qū)分。
碳素鋼中決定強度和可焊性的因素主要是含碳量。鋼中含碳量增加,淬硬傾向就增大,塑性則下降,容易產生焊接裂紋。也就是說,含碳量越高,可焊性越差。
合金鋼(主要是低合金鋼)中,除碳以外,各種合金元素對鋼材的強度與可焊性都起著重要作用,不能簡單地以含碳量來作為衡量指標。為便于表達這些材料的強度性能和焊接性能,通過大量試驗數(shù)據的統(tǒng)計,簡單地以碳當量來表示。
碳當量與含碳量的根本區(qū)別在于,碳當量用來評估鋼中所有合金元素對鋼材焊接性能的影響程度。
計算方法
①國際焊接學會(IIW)推薦的碳當量公式:
CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
適用于中、高強度的非調質低合金高強度鋼(σb=500~900MPa。當板厚小于20mm,CE(IIW)<0.40%時,鋼材淬硬傾向不大,焊接性良好,不需預熱;CE(IIW)=0.40%~0.60%,特別當大于0.5%時,鋼材易于淬硬,焊接前需預熱。
②日本JIS和WES標準規(guī)定的碳當量公式:
Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
適用于低碳調質的低合金高強度鋼(σb=500~1000MPa)。
③冷裂敏感指數(shù)Pcm公式:
日本伊藤等人進行了大量試驗后,提出了冷裂敏感指數(shù)(Pcm)的計算公式:
Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B
該式適用于C=0.07%~0.22%,σb=400~1000MPa的低合金高強度鋼。
適用化學成分范圍:
C:0.07%~0.22%;Si:0~0.60%;Mn:0.40%~1.40%;Cu:0~0.50%;Ni:0~1.20%;Cr:0~1.20%;Mo:0~0.70%;V:0~0.12%;Nb:0~0.04%;Ti:0~0.05%;B:0~0.005%。
④德國Thyssenkrupp鋼廠的CET計算公式:
CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40
在以上常見碳當量計算方法中,我國常采用的CEV=①,Pcm=③。
由于各國所采用的試驗方法和鋼材的合金體系不盡相同,還有一些不同的計算公式,考慮了其他相關元素(比如Si)的影響。有興趣可以深入了解。
焊接性評估
CEV≤0.4% |
焊接性好 |
CEV:0.4~0.6% |
焊接性稍差,焊前適當預熱 |
CEV≥0.6% |
屬難焊材料,需采用較高的預熱 溫度和嚴格的工藝方法。 |
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