碳当量基本原理用于预测钢性质

修复天然气或输油管线时，需要确保新焊缝较好牢固。在基本层面上，焊缝的完整性依赖于两段管道完全兼容。如果两段管道的性质不同，或在焊接过程期间变脆，焊接将会失败，从而带来潜在的灾难性后果。

因此，需要确保使用正确钢号。但是仅依靠牌号会存在风险，因为即使在同一个牌号内，较好成分也存在足够差异，从而导致焊接完整性问题。为此，必须单独测量每个部件的较好成分，才能完全理解部件的性质。

这便是碳当量概念的由来。通过碳当量，可获得详细的材料成分，并将这些信息转化为有用信息，以用于评价材料的可焊性。

碳当量对于预测钢性质至关重要

当不仅仅将碳用作合金元素时，等效碳含量的概念可用于含铁材料，通常为钢和铸铁，以确定合金的各种性质。

众所周知，铁或钢中的碳含量会影响其强度和脆度，以及材料的加工和焊接方式。然而，碳不是较好的合金元素，其他元素对材料性质也有贡献。

难题在于，需考虑每个元素的影响以及其如何单独与所有其他元素相互作用。因此，转而使用碳当量概念，采用一个公式将所有的合金元素“转换”成碳当量百分比。该想法是将除碳之外的合金元素的百分比转换成碳当量百分比，因为与其他铁-合金相相比，铁-碳相更容易被理解。该单一数值随后可被用于评价性质，如下表所示的可焊性：

碳当量（CE） 可焊性

较高达 0.35       较好

0.36–0.40          很好

0.41–0.45          良好

0.46–0.50          一般

超过 0.50          不良

 

从表中可以看出，CE数值越大，可焊性越差。如此说来，如何得出这个数值？以下便是碳当量方程的由来：

国际焊接学会（IIW）CE：CE = (%C) ((%Mn)/6) (((%Cr) (%Mo) (%V))/5) (((%Cu) (%Ni))/15)

 

日本焊接学会PCM：

PCM = (%C) ((%Si)/30) (((%Cr) (%Cu) (%Cr))/20) ((%Ni)/60) ((%Mo)/15) ((%V)/10) ((%B)*5)

 

Düren CEM:

CEM = (%C) ((%Si)/25) (((%Mn) (%Cu))/20) (((%Cr) (%V))/10) ((%Mo)/15) ((%Ni)/40)

 

Thyssen CET:

CET = (%C) (((%Mn) (%Mo))/10) (((%Cr) (%Cu))/20) ((%Ni)/40)

 

EN 10025-1 CEV:

CEV = (%C) ((%Mn)/6) (((%Cu) (%Ni))/15) (((%Cr) (%Mo) (%V))/5)

 

上文展示了五个方程；实际上，需使用与钢种非常匹配的方程。

 

可发现每个方程使用已测量的碳百分比的情况，随后加上其他元素的修正百分比。例如，出现在较好个方程中的（锰%/6）使用锰百分比，但将其除以6，从而缩小其效应。

为什么有多个方程？

在一定时间段内，创建新方程，以提高不同钢种的精度，如低碳钢。此外，还可将此等方程扩展至估算钢的氢裂易感性。

 

应该选择哪个方程？

国际焊接学会所采用的较好个方程较常用。但是，如果分析低碳钢，则PCM和CEM表达式更合适。然而，第二个PCM方程被用于管线制造中所使用的现代钢，其中碳含量通常小于0.11%（重量百分比）。

 

实际上需要在管道中测量什么？

为了较好确定管线的可焊性，需要测量PCM方程中的元素：

碳、硅、铬、铜、镍、钼、钒和硼。

可能还需要测量磷和硫以进行更一体的分析。如果需要识别双相钢，则需要测量氮。

 

使CE计算变得容易

为实现较好CE计算结果，日立的火花OES仪器系列能测量相关必要元素，进行仔细计算，并提供CE编号。