Меню

Эквивалент углерода в металле труб

Оценка свариваемости сталей. Формулы углеродного эквивалента

Оценка свариваемости сталей включает в себя такие показатели, как:

1. Склонность стали к образованию холодных и горячих трещин при сварке в металле сварного шва или зоне термического влияния.

2. Склонность к образованию закалочных структур и изменению структуры металла в зоне термического влияния. В этой области происходит сильное укрупнение зёрен, и, как следствие, снижение прочности.

3. Физико-механические характеристики сварного соединения

4. Соответствие специальных показателей сварного соединения (таких как жаропрочность, износостойкость и др.) заданным требованиям.

Формулы углеродного эквивалента сталей и других параметрических выражений для оценки свариваемости

Для оценки свариваемости сталей применяют такую величину, как углеродный эквивалент сталей (Сэкв). При определении углеродного эквивалента учитывается химический состав сталей, т.к. влияние легирующих элементов на свариваемость стали очень большое. Особенно сильно на свариваемость влияет углерод (С). Для определения склонности металла к образованию холодных трещин при сварке, применяют следующие формулы расчёта углеродного эквивалента:

Сэкв=С+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, % — данная формула принята для расчёта в Европейском стандарте

Сэкв=С+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4, % — эта формула для определения углеродного эквивалента стали в стандартах Японии

Cэкв=C+Mn/20+Ni/15+(Cr+Mo+V)/10, % — такая формула углеродного эквивалента предлагается Британским институтом сварки

Однако, как оказалось на практике, для микролегированных сталей с пониженным содержанием углерода эти уравнения не могут охарактеризовать снижение прочности из-за роста зёрен. Немцем Дюреном была выведена формула углеродного эквивалента микролегированных сталей, которая достаточно точно характеризует их склонность к образованию холодных трещин:

Значение углеродного эквивалента позволяет определить, к какой группе свариваемости сталей относится та, или иная марка, кроме того, это значение понядобится, чтобы определить температуру предварительного подогрева при сварке металлов. Определяется она по формуле:

где С — общий эквивалент углерода, который можно вычислить следующим образом:

Сэкв — химический эквивалент углерода, вычисляется по формулам, приведённым выше;
Сs — эквивалент углерода, в зависимости от толщины листа, в мм. Вычисляется по формуле:

В итоге, получаем: С=Сэкв*(1+0,005*S)

Кроме углеродного эквивалента для определения и оценки свариваемости сталей существуют несколько параметрических формул, из которых наибольшую популярность получила формула Ито-Бессио:

Где К — коэффициент интенсивности жёсткости, который Ито и Бессио применяли при расчётах на основании данных, которые они получили при оценке свариваемости сталей с У-образной разделкой кромок.

К=Ко*S, где Ко — константа, равная 69; S — толщина листа, мм. Исследования, проведённые позже, показали, что константу Ко=69 можно применять для приблизительных определений величины К в случае, когда свариваются листы большой толщины, до 150 мм включительно.

Рсм — коэффициент, характеризующий снижение прочности вследствие структурного преобразования сплава;
Н — количество растворённого водорода в металле, образующего сварной шов, измеряется в мл/100г. В Японских стандартах величина Н=0,64, в Европейских Н=0,93.

Многочисленные измерения показали, что при Рw>0,286, то возникает риск возникновения холодных трещин в сварном соединении.

Если речь идёт об опасности образования горячих трещин в металле сварного шва, то оценить свариваемость стали по этому критерию можно при помощи показателя HCS, вычисляемого по формуле:

Если получившаяся величина HCS>4, то возникает риск образования горячих трещин. Однако, если выполняется сварка высокопрочных сталей большой толщины, то риск возникновения данного дефекта сварного шва возникает уже при показателе HCS>1,6…2.

Основной способ оценки теоретической свариваемости сталей

На практике одним из основных и, зачастую, трудноопределимым дефектом сварного шва являются холодные трещины. Поэтому, наиболее популярной оценкой свариваемости стали, является определение углеродного эквивалента Сэкв по вышеуказанным формулам.

Исходя из получившейся величины, можно условно разделить стали на 4 группы свариваемости:

Сэкв не более 0,2 — свариваемость стали хорошая;
Сэкв свыше 0,2 и не более 0,35 — свариваемость стали удовлетворительная;
Сэкв свыше 0,35 и не более 0,45 — сталь ограниченно свариваемая;
Сэкв свыше 0,45 — свариваемость стали плохая (трудносвариваемая).

Читайте также:  Остатки при резке труб

Об этом мы более подробно поговорим на странице: «Классификация сталей по свариваемости».

Источник

Эквивалентное содержание углерода — Equivalent carbon content

Концепция эквивалентного содержания углерода используется для черных металлов, обычно стали и чугуна , для определения различных свойств сплава, когда в качестве легирующего вещества используется не только углерод , что является типичным. Идея состоит в том, чтобы преобразовать процентное содержание легирующих элементов, отличных от углерода, в эквивалентное процентное содержание углерода, поскольку фазы железо-углерод изучены лучше, чем другие фазы сплава железа. Чаще всего это понятие используется при сварке , но оно также применяется при термообработке и литье чугуна.

СОДЕРЖАНИЕ

Стали

При сварке эквивалентное содержание углерода (CE) используется для понимания того, как различные легирующие элементы влияют на твердость свариваемой стали. Тогда это напрямую связано с индуцированным водородом холодным растрескиванием , которое является наиболее распространенным дефектом сварного шва для стали, поэтому его чаще всего используют для определения свариваемости . Более высокие концентрации углерода и других легирующих элементов, таких как марганец , хром , кремний , молибден , ванадий , медь и никель, имеют тенденцию к увеличению твердости и снижению свариваемости. Каждый из этих элементов имеет тенденцию влиять на твердость и свариваемость стали в разной степени, тем не менее, что делает метод сравнения необходимым для оценки разницы в твердости между двумя сплавами, состоящими из разных легирующих элементов. Есть две часто используемые формулы для расчета эквивалентного содержания углерода. Один разработан Американским сварочным обществом (AWS) и рекомендован для конструкционных сталей, а другой — формула, основанная на Международном институте сварки (IIW).

AWS заявляет, что при эквивалентном содержании углерода выше 0,40% существует вероятность растрескивания в зоне термического влияния (HAZ) на кромках и сварных швах, вырезанных пламенем . Однако стандарты проектирования конструкций редко используют CE, а скорее ограничивают максимальное процентное содержание определенных легирующих элементов. Эта практика началась еще до того, как появилась концепция CE, поэтому ее продолжают использовать. Это привело к проблемам, поскольку в настоящее время используются некоторые высокопрочные стали с CE выше 0,50%, которые имеют хрупкие разрушения.

C E знак равно % C + % Mn + % Si 6 + % Cr + % Пн + % V 5 + % Cu + % Ni 15 <\ displaystyle CE = \% <\ text > + <\ frac <\% <\ text > + \% <\ text >> <6>> + <\ frac <\% <\ text > + \% <\ text > + \% <\ text >> <5>> + <\ frac <\% <\ text > + \% < \ text >> <15>>>

Другой и наиболее популярной формулой является формула Дирдена и О’Нила, которая была принята IIW в 1967 году. Эта формула была признана подходящей для прогнозирования прокаливаемости в большом диапазоне обычно используемых углеродистых и углеродисто-марганцевых сталей, но не для микролегированные высокопрочные низколегированные стали или низколегированные хромомолибденовые стали. Формула определяется следующим образом:

C E знак равно % C + % Mn 6 + % Cr + % Пн + % V 5 + % Cu + % Ni 15 <\ displaystyle CE = \% <\ text > + <\ frac <\% <\ text >> <6>> + <\ frac <\% <\ text > + \% <\ text > + \% <\ text >> <5>> + <\ frac <\% <\ text > + \% <\ text >> <15>>>

Для этого уравнения свариваемость на основе диапазона значений CE может быть определена следующим образом:

Углеродный эквивалент (CE) Свариваемость
До 0,35 Отлично
0,36–0,40 Очень хороший
0,41–0,45 Хорошо
0,46–0,50 Справедливая
Более 0,50 Бедные

Японское общество сварщиков приняло критический параметр металла (Pcm) для растрескивания сварного шва, который был основан на работе Ито и Бессио:

п c м знак равно % C + % Si 30 + % Mn + % Cu + % Cr 20 + % Ni 60 + % Пн 15 + % V 10 + 5 B <\ displaystyle Pcm = \% <\ text > + <\ frac <\% <\ text >> <30>> + <\ frac <\% <\ text > + \% <\ text > + \% <\ text >> <20>> + <\ frac <\% <\ text >> <60>> + <\ frac <\% <\ текст >> <15>> + <\ frac <\% <\ text >> <10>> + 5B>

Читайте также:  Труба пвх 40мм гибкая гофрированная с протяжкой дкс

Если некоторые значения недоступны, иногда используется следующая формула:

C E знак равно % C + % Mn 6 + 1 20 <\ displaystyle CE = \% <\ text > + <\ frac <\% <\ text >> <6>> + <\ frac <1><20>>>

Углеродный эквивалент — это мера склонности сварного шва к образованию мартенсита при охлаждении и к хрупкому разрушению. Если углеродный эквивалент составляет от 0,40 до 0,60, может потребоваться предварительный нагрев сварного шва. Когда углеродный эквивалент выше 0,60, необходим предварительный нагрев, может потребоваться последующий нагрев.

Следующая формула углеродного эквивалента используется для определения того , откажет ли точечная сварка высокопрочной низколегированной стали из-за чрезмерной прокаливаемости:

C E знак равно % C + % Mn 6 + % Cr + % Пн + % Zr 10 + % Ti 2 + % Cb 3 + % V 7 + U Т S 900 + час 20 <\ displaystyle CE = \% <\ text > + <\ frac <\% <\ text >> <6>> + <\ frac <\% <\ text > + \% <\ text > + \% <\ text >> <10>> + <\ frac <\% <\ text >> <2>> + <\ frac <\% <\ текст >> <3>> + <\ frac <\% <\ text >> <7>> + <\ frac <900>> + <\ frac <20>>>

Где UTS — предел прочности на разрыв в тысячах фунтов на квадратный дюйм, а h — толщина полосы в дюймах. Значение CE 0,3 или меньше считается безопасным.

Юриока разработал специальный углеродный эквивалент, который может определять критическое время в секундах Δt 8-5 для образования мартенсита в зоне термического влияния (HAZ) в низкоуглеродистых легированных сталях. Уравнение имеет вид:

C E * знак равно % C * + % Mn 3,6 + % Cu 20 + % Ni 9 + % Cr 5 + % Пн 4 <\ displaystyle CE * = \% <\ text > * + <\ frac <\% <\ text >> <3.6>> + <\ frac <\% <\ text >> <20>> + <\ frac <\% <\ text >> <9>> + <\ frac <\% <\ text >> <5>> + <\ frac <\% < \ text >> <4>>>

% C * знак равно < 5 % C для % C ≤ 0,30 % 1 6 % C для % C ≥ 0,30 % <\ displaystyle \% <\ text > * = <\ begin 5 \% <\ text > & <\ mbox > \% <\ text > \ leq 0.30 \% \\ <\ frac <1><6>> \% <\ text > & <\ mbox > \% <\ text > \ geq 0.30 \% \ end >>

Тогда критическую продолжительность времени в секундах Δt 8-5 можно определить следующим образом:

бревно 10 ⁡ Δ т 8 — 5 знак равно 2,69 C E * <\ displaystyle \ log _ <10>\ Delta t_ <8-5>= 2.69CE *>

Чугун

Для чугуна концепция эквивалентного содержания углерода (CE) используется для понимания того, как легирующие элементы повлияют на термическую обработку и поведение отливки. Он используется в качестве показателя прочности чугунов, поскольку дает приблизительный баланс аустенита и графита в конечной структуре. Существует ряд формул для определения CE в чугунах, в которые входит все большее количество элементов:

C E знак равно % C + 0,33 ( % Si ) <\ displaystyle CE = \% <\ text > + 0,33 \ left (\% <\ text > \ right)> C E знак равно % C + 0,33 ( % Si + % п ) <\ displaystyle CE = \% <\ text > + 0,33 \ left (\% <\ text > + \% <\ text

> \ right)> C E знак равно % C + 0,33 ( % Si ) + 0,33 ( % п ) — 0,027 ( % Mn ) + 0,4 ( % S ) <\ displaystyle CE = \% <\ text > + 0,33 \ left (\% <\ text > \ right) +0,33 \ left (\% <\ text

> \ right) -0,027 \ left (\% <\ text > \ right) +0.4 \ left (\% <\ text > \ right)> C E знак равно % C + 0,28 ( % Si ) + 0,303 ( % п ) — 0,007 ( % Mn ) + 0,033 ( % Cr ) + 0,092 ( % Cu ) + 0,011 ( % Пн ) + 0,054 ( % Ni ) <\ displaystyle CE = \% <\ text > + 0,28 \ left (\% <\ text > \ right) +0,303 \ left (\% <\ text

> \ right) -0,007 \ left (\% <\ text > \ right) +0.033 \ left (\% <\ text > \ right) +0.092 \ left (\% <\ text > \ right) + 0,011 \ left (\% <\ text > \ right) +0,054 \ left (\% <\ text > \ right)>

Читайте также:  Куда обращаться если течет труба в туалете

Этот CE затем используется для определения, является ли сплав доэвтектическим , эвтектическим или заэвтектическим ; для чугунов эвтектика составляет 4,3% углерода. При литье чугуна это полезно для определения окончательной зернистой структуры; например, заэвтектический чугун обычно имеет крупнозернистую структуру и образуются крупные чешуйки киш-графита . Кроме того, при увеличении CE уменьшается усадка . При термообработке чугуна различные образцы CE испытываются, чтобы эмпирически определить корреляцию между CE и твердостью. Ниже приведен пример серого чугуна с индукционной закалкой:

Источник

Как рассчитать углеродный эквивалент?

Количество углерода в железе или стали может повлиять на его прочность и хрупкость, а также на способ его обработки и сварки. Тем не менее, углерод не единственный сплавляющий элемент; другие элементы также способствуют свойствам материала. Задача состоит в том, чтобы рассмотреть влияние каждого элемента и то, как он индивидуально взаимодействует со всеми другими. Таким образом, концепция углеродного эквивалента используется для «преобразования» всех сплавляющих элементов в проценты эквивалента углерода. Углеродным эквивалентом стали является преобразование содержимого сплавных элементов в сталь, с включенным углеродом, что влияет на затвердевание, холодное растрескивание и улавливание. Оценивая углеродный эквивалент и индекс чувствительности холодных трещин стали, чувствительность холодного трещины низкого сплава ивысоко прочность сталиможет быть предварительно измерена, и условия процесса сварки, такие как разогрев, послесварочная тепловая обработка и энергия линии могут быть разумно определены.

Во-первых, мы должны четко понимать разницу между углеродным эквивалентом и содержанием углерода. Содержание углерода является основным фактором, который определяет прочность и сварочность в углеродной стали. С увеличением содержания углерода, утоляющая тенденция увеличивается, и пластичность уменьшается, что, как правило, производят сварочные трещины. Другими словами, чем выше содержание углерода, тем хуже свароносимость. Для сплавов стали (в основном из стали с низким сплавом), различные сплавные элементы, кроме углерода, повлияют на прочность и свароемость стали, а содержание углерода не может быть просто использовано в качестве показателя индекса. Для облегчения выражения сильных свойств и сварочных материалов концепция углеродного эквивалента используется через большое количество тестовых данных. Принципиальное различие между углеродным эквивалентом и содержанием углерода заключается в том, что углеродный эквивалент может быть использован для оценки влияния всех сплавляющих элементов в стали на свароносимость стали.

Углеродный эквивалент часто сокращенно как CEV, иногда CE, и на практике включает в себя CET, CEЗ, и так далее. Из вышесказанной таблицы видно, что чем больше значение CE, тем хуже сварная шва. Как мы получим это значение? Формула расчета заключается в следующем:

Международный институт сварки (IIW) :

Ce (IIW)КЗМН/6 «(Крзмо-МозВ)/5» (Нику)/15

Он подходит для средних и высокой прочности неутолимых и закаленной стали из низкого сплава (Nob’500 и 900MPa). Когда толщина стальной пластины составляет менее 20 мм и Ce (IIW) составляет менее 0,40%, сталь имеет мало склонности к затвердевания, хорошая свароченность, и не нуждается в разогреве. CE (IIW) — 0,40% — 0,60%, особенно если она превышает 0,5%, сталь легко затвердевает и нуждается в разогреве перед сваркой

Он подходит для закалки и закалки низкоуглеродной низкой прочности сплава стали (Nob’500 и 1000MPa). Японские ученые выдвинули формулу для расчета индекса чувствительности холодных трещин после многих испытаний, который подходит для стали с высокой прочностью сплава с C-0,07% и 0,22%, 400 и 1000 МПа. Применим к следующему ассортименту химического состава материала:

Индекс чувствительности к холодным трещинам: Pcm и C-Si/30 (Mn’Cu’Cr)/20’Ni/60’Mo/15’V/10’5B

Для стали с химическим составом с 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%。

Немецкая сталь Thyssenkrupp :

Источник

Adblock
detector