钢的碳当量公式及其在焊接中的应用舞钢联众钢铁

舞钢联众钢铁供：锅炉板容器板普板低合金板船板桥梁板碳结板高强板、风电用钢临氢钢Z向钢等舞钢中厚板。TEL：[phone]FAX：[phone]销售热线：400-696-0886舞钢联众钢铁国际贸易有限公司是中国特宽、特厚钢板生产科研基地—舞阳钢铁有限公司一级销售单位。公司网址：邮箱：[e-mail]欢迎来电来函，现货期货、批发零售、量大从优。a.当碳含量低于或等于0.12％时，应采用下列公式进行碳当量计算：Cpcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B如果熔炼分析显示硼的含量低于0.001％，那么不要求对硼元素测定进行产品分析,且在碳当量计算中可认为其值为零。Pcm是日本伊藤等人试验研究出的焊缝的化学成分裂纹敏感率系数b.当碳含量大于0.12％时，应采用下列公式进行碳当量计算：CIIW=C+Mn/6+Ni/15+Cr/5+Cu/15+Mo/5+V/5IIW是国际焊接学会推荐公式，也是通用公式。钢的碳当量公式及其在焊接中的应用摘要介绍了目前世界各国常用的碳当量公式及其适用的钢种、强度级别、化学成分范围及应用判据。关键词碳当量焊接裂纹低合金高强度钢钢的碳当量就是把钢中包括碳在内的对淬硬、冷裂纹及脆化等有影响的合金元素含量换算成碳的相当含量。通过对钢的碳当量和冷裂敏感指数的估算，可以初步衡量低合金高强度钢冷裂敏感性的高低，这对焊接工艺条件如预热、焊后热处理、线能量等的确定具有重要的指导作用。50年代初，当时钢的强化主要采用碳锰，在预测钢的焊接性时，应用较广泛的碳当量公式主要有国际焊接学会(IIW)所推荐的公式和日本JIS标准规定的公式。60年代以后，人们为改进钢的性能和焊接性，大力发展了低碳微量多合金之类的低合金高强度钢，同时又提出了许多新的碳当量计算公式。由于各国所采用的试验方法和钢材的合金体系不尽相同，所以应搞清楚各国所使用的碳当量公式的来源、用途及应用范围等，以免应用不当。1国际焊接学会推荐的碳当量公式CE(IIW)：［1］CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)(1)(式中的元素符号均表示该元素的质量分数，下同。)该式主要适用于中、高强度的非调质低合金高强度钢(σb=500～900MPa。当板厚小于20mm，CE(IIW)＜0.40%时，钢材淬硬倾向不大，焊接性良好，不需预热；CE(IIW)=0.40%～0.60%，特别当大于0.5%时，钢材易于淬硬，焊接前需预热。2日本推荐的碳当量公式舞钢联众钢铁供：锅炉板容器板普板低合金板船板桥梁板碳结板高强板、风电用钢临氢钢Z向钢等舞钢中厚板。TEL：[phone]FAX：[phone]销售热线：400-696-0886舞钢联众钢铁国际贸易有限公司是中国特宽、特厚钢板生产科研基地—舞阳钢铁有限公司一级销售单位。公司网址：邮箱：[e-mail]欢迎来电来函，现货期货、批发零售、量大从优。2.1日本JIS和WES标准规定的碳当量公式：［2］Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)(2)该式主要适用于低碳调质的低合金高强度钢(σb=500～1000MPa)。当板厚小于25mm，手工焊线能量为17kJ/cm时，确定的预热温度大致如下：钢材σb=500MPa,Ceq(JIS)≈0.46%,不预热σb=600MPa,Ceq(JIS)≈0.52%,预热75℃σb=700MPa,Ceq(JIS)≈0.52%,预热100℃σb=800MPa,Ceq(JIS)≈0.62%,预热150℃(1)、(2)式均适用于含碳量偏高的钢种(C≥0.18%)，即C≤0.20%;Si≤0.55%;Mn≤1.5%;Cu≤0.50%;Ni≤2.5%;Cr≤1.25%;Mo≤0.70%;V≤0.1%;B≤0.006%。2.2Pcm公式日本伊藤等人进行了大量试验后，提出了冷裂敏感指数(Pcm)的计算公式：Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%)(3)该式适用于C=0.07%～0.22%,σb=400～1000MPa的低合金高强度钢。适用化学成分范围：C0.07%～0.22%;Si0～0.60%;Mn0.40%～1.40%;Cu0～0.50%;Ni0～1.20%;Cr0～1.20%;Mo0～0.70%;V0～0.12%;Nb0～0.04%;Ti0～0.05%;B0～0.005%。伊藤等又根据Pcm、板厚h或拘束度(R)，建立了冷裂敏感性(Pw)、冷裂敏感指数(Pcm)及防止冷裂所需要的预热温度的计算公式：Pw=Pcm+［H］/60+h/600(3-1)或Pw=Pcm+［H］/60+R/40000(3-2)式中，［H］熔敷金属中扩散氢含量(ml/100g，甘油法)R接缝拉伸拘束度(kg/mm．mm)h板厚(mm)Pcm冷裂敏感指数当Pw＞0时，即有产生裂纹的可能性。利用(3-1)、(3-2)两公式可以计算出无裂纹焊缝所需预热温度：T0=1440Pw-392(℃)(3-1)、(3-2)两式适用条件：扩散氢含量［H］为1.0～5.0ml/100g；板厚为19～50mm；线能量为17～30kJ/cm；化学成分范围同(3)式。(3-1)、(3-2)两式不仅考虑了钢中化学成分的影响，还考虑到钢板厚度或拘舞钢联众钢铁供：锅炉板容器板普板低合金板船板桥梁板碳结板高强板、风电用钢临氢钢Z向钢等舞钢中厚板。TEL：[phone]FAX：[phone]销售热线：400-696-0886舞钢联众钢铁国际贸易有限公司是中国特宽、特厚钢板生产科研基地—舞阳钢铁有限公司一级销售单位。公司网址：邮箱：[e-mail]欢迎来电来函，现货期货、批发零售、量大从优。束度，以及熔敷金属中含氢量，利用这两式可以计算出防止冷裂纹所需的预热温度。3.3新日铁的碳当量公式日本新日铁公司近年来为适应工程需要提出的新的碳当量公式：［5～6］CE=C+A(C)｛Si/24+Mn/16+Cu/15+Ni/20+(Cr+Mo+V+Nb)/5+5B｝(%)(4)该CE公式是新日铁公司近年提出的，适用于w(C)为0.034%～0.254%的钢种，是目前应用较广、精度较高的碳当量公式。式中，A(C)碳的适用系数A(C)=0.75+0.25tgh［20(C-0.12)］A(C)与钢中含碳量的关系见表1。表1A(C)与钢中含碳量的关系w(C)/%00.080.120.160.200.26A(C)0.500.5840.7540.9160.980.99日本新日铁碳当量(CE)公式、碳的适用系数A(C)、国际焊接学会碳当量CE(IIW)公式与碳含量的关系见图1、图2。图1日本新日铁CE、A(C)与碳含量的关系舞钢联众钢铁供：锅炉板容器板普板低合金板船板桥梁板碳结板高强板、风电用钢临氢钢Z向钢等舞钢中厚板。TEL：[phone]FAX：[phone]销售热线：400-696-0886舞钢联众钢铁国际贸易有限公司是中国特宽、特厚钢板生产科研基地—舞阳钢铁有限公司一级销售单位。公司网址：邮箱：[e-mail]欢迎来电来函，现货期货、批发零售、量大从优。图2CE(IIW)和新日铁CE的对应关系3美国推荐的碳当量公式3.1计算预热温度的碳当量公式美国金属学会提出的用于计算预热温度的碳当量CE经验公式：［3］CE=C+Mn/6+Ni/15+Mo/4+Cr/4+Cu/13(%)(5)当CE＜0.45%时，可不预热；当CE在0.45%～0.60%之间时，预热100～200℃；当CE＞0.60%时，预热200～370℃。该式适用于碳钢和低合金高强度钢。3.2评定焊接性的碳当量公式美国金属学会提出的用于评定淬火碳钢和低合金钢的焊接性的碳当量公式：CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Si+Ni+Cu)/15(%)(6)该式考虑了钢中Si的影响，当CE＜0.35%时，通常不需预热和后热；当CE在0.35%～0.55%之间时，一般需预热；当CE＞0.55%时，可能既要预热，又要后热。3.3美国焊接学会(AWS)提出的碳当量公式：［4］CE=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2(%)(7)该式适用于碳钢和低合金钢，适用的化学成分范围如下：C＜0.60%;Mn＜1.6%;Ni＜3.3%;Cr＜1.0%;Mo＜0.6%;Cu0.50%～1.0%;P0.05%～0.15%(当Cu＜0.50%和P＜0.05%时可不计)。舞钢联众钢铁供：锅炉板容器板普板低合金板船板桥梁板碳结板高强板、风电用钢临氢钢Z向钢等舞钢中厚板。TEL：[phone]FAX：[phone]销售热线：400-696-0886舞钢联众钢铁国际贸易有限公司是中国特宽、特厚钢板生产科研基地—舞阳钢铁有限公司一级销售单位。公司网址：邮箱：[e-mail]欢迎来电来函，现货期货、批发零售、量大从优。碳当量及所对应的板厚的焊接性和施焊条件分别见图3和表2。表2钢的焊接性与施焊条件焊接性分类普通酸性焊条低氢焊条消除应力敲击处理Ⅰ优良不需预热不需预热不需不需Ⅱ较好预热40～100℃-10℃以上不需预热任意任意Ⅲ尚好预热150℃预热40～100℃希望希望Ⅳ难焊预热150～200℃预热100℃必要希望图3焊接性与板厚、碳当量的关系由图3可查得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类钢的最佳施焊条件。3.4美国海军的碳当量公式美国海军船体结构钢用低合金高强度钢碳当量公式：［6］CE=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)(8)碳当量、碳含量与钢的冷裂敏感性的关系见图4。图4碳当量、含碳量与冷裂敏感性的关系舞钢联众钢铁供：锅炉板容器板普板低合金板船板桥梁板碳结板高强板、风电用钢临氢钢Z向钢等舞钢中厚板。TEL：[phone]FAX：[phone]销售热线：400-696-0886舞钢联众钢铁国际贸易有限公司是中国特宽、特厚钢板生产科研基地—舞阳钢铁有限公司一级销售单位。公司网址：邮箱：[e-mail]欢迎来电来函，现货期货、批发零售、量大从优。如图4所示，按含碳量和碳当量的不同，可把钢的焊接性划分为易焊区(Ⅰ区)、可焊区(Ⅱ区)和难焊区(Ⅲ区)3个区域，含碳量为0.10%～0.12%以下的区域，为易焊区，含碳大于0.10%～0.12%，且碳当量CE＜0.49%的区域，为可焊区，含碳量大于0.10%～0.12%，碳当量CE＞0.49%的区域，为难焊区。4其它国家推荐的碳当量公式4.1前苏联提出的碳当量公式：［4］CE=C+Mn/6+Cr/3+V/5+Mo/4+Ni/15+Cu/13+P/2(%)(9)前苏联用(9)式计算碳当量，认为一般低合金高强度钢，当CE≤0.45%时，焊接厚度为25mm以下的钢板可不预热。此外，他们还从钢的合金元素总含量和碳当量对钢的焊接性作了评定，结果见表3。表3合金元素含量与焊接性的关系w(Mn+Si+Cr+Mo)/%w(C)/%焊接性＜1%＜0.250.25～0.350.35～0.45＞0.45优良较好尚可不良1%～3%＜0.200.20～0.300.30～0.40＞0.40优良较好尚可不良＞0.30%＜0.180.18～0.280.28～0.38＞0.38优良较好尚可不良4.2捷克采用的碳当量公式：CE=C+Mn/6+Cr/5+Ni/15+Mo/4+Cu/13+P/2(%)(10)当碳当量≤0.35%且C≤0.22%时，碳钢和低合金高强度钢的焊接性良好。4.3英国的碳当量公式英国迪尔登(Dearden)和奥尼尔(Oneill)为评定热影响区的裂纹而提出的碳当量公式：［4］CE