碳当量基本原理用于预测钢性质

进口光谱仪可测碳元素 应用于管道焊接


修复天然气或输油管线时,需要确保新焊缝绝对牢固。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,精确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精确成分,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,碳不是唯一的合金元素,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
最高达 0.35极好
0.36–0.40很好
0.41–0.45良好

0.46–0.50

一般
0.36–0.40很好
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,出现在第一个方程中的(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第一个方程最常用。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?

为了精确确定管线的可焊性,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全面的分析。如果需要识别双相钢,则需要测量氮。


使CE计算变得容易

为实现精确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。



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光谱仪测碳|碳当量基本原理用于预测钢性质

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