钢的碳当量公式及在焊接中的应用.docVIP

钢的碳当量公式及其在焊接中的应用 　　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=500～900 MPa。当板厚小于20 mm，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 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=500～1000 MPa)。　　当板厚小于25 mm，手工焊线能量为17 kJ/cm时，确定的预热温度大致如下：钢材σb=500 MPa,　Ceq(JIS)≈0.46%,　不预热　　σb=600 MPa,　Ceq(JIS)≈0.52%,　预热75 ℃　　σb=700 MPa,　Ceq(JIS)≈0.52%,　预热100 ℃　　σb=800 MPa,　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%。 2.2　Pcm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=400～1000 MPa的低合金高强度钢。　　适用化学成分范围：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%。　　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1.0～5.0 ml/100g；板厚为19～50 mm；线能量为17～30 kJ/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。 2.3　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