碳当量在碳钢压力容器选材备料中的应用

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1、碳当量在碳钢压力容器选材备料中的应用沈林摘要：本文主要介绍了碳当量的原理和计算公式，并比较了国际焊接学会（IIW）推荐的CE公式和反映钢冷裂纹敏感系数的CE（Pcm）公式之间的区别。由此对对碳当量在压力容器选材备料中的应用进行了分析。关键词：碳当量压力容器材料焊接性能在碳钢压力容器图纸的材料要求中，通常会对材料的化学成分和碳当量提出要求，按照GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》6.1.1.5的要求Q245R、Q345R、Q370R等材料的碳当量计算公式为：CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo

2、+V)/5+(Ni+Cu)/15（1）具体数值由双方协定，通常我们的图纸会要求C.E.≤0.42，或C.E.≤0.45，此外图纸有时也会对焊接裂纹敏感系数Pcm（式2）提出要求，通常要求Pcm≤0.24。CE(Pcm)=C+Si/30+Mn/20+Cr/20+Cu/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B（2）有介于此，本文将讨论碳当量在压力容器选材备料中的作用。1.碳当量的含义及公式种类钢的碳当量（carbonequivalent）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

3、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，并判断材料的焊接性能，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。20世纪50年代初，当时钢种主要采用碳元素和锰元素进行强化，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，钢中碳含量不断降低，而为了弥补强度损失又添加了其他合金元素进行补充，使得低碳微量多合金之类的低合金高强度钢得到大力发展

4、。为此又提出了许多新的碳当量计算公式（见表1），Pcm公式又称为焊接裂纹敏感系数，即是适合含碳量较低的公式。表1.碳当量计算公式名称公式国际焊接学会（IIW）公式CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15日本伊藤（ITO）公式CE(Pcm)=C+Si/30+Mn/20+Cr/20+Cu/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B美国焊接学会（AWS）公式Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2日本工业标准（JIS）公式Ceq=C

5、+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14日本（YURIOKA）公式CEN=C+A(C)×[Mn/6+Si/24+Cu/15+Ni/20+(Cr+Mo+Nb+V)/5+5B]其中国际焊接学会（IIW）推荐公式CE(IIW)主要适用于中、高强度的非调质低合金高强度钢σb=500～900MPa。当CE(IIW)<0.40%，且板厚小于20mm时，钢材淬硬倾向不大，焊接性良好；而当CE(IIW)=0.40%～0.60%，特别当大于0.5%时，钢材易于淬硬，焊接性能较差。4目前我国标准多采用

6、此公式，但是该公式在计算其他元素对碳当量的影响时，没有考虑碳含量变化的区间，在碳含量较低时可能不够准确，并且该公式只考虑了C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V等元素对碳当量的影响，随着钢材合金种类增多，碳含量降低，此时再应用碳含量较高时推出的CE(IIW)公式已不能准确反映低碳含量钢的焊接性能。这可从著名的反映钢的焊接性与碳含量、碳当量的格瑞维勒（Graville）图【1】中反映出来（图1）。图1.反映钢的焊接性与碳含量、碳当量的Graville图图中纵坐标为钢的碳含量，横坐标是CE(IIW)的值，图中分

7、为三个反映焊接性的区域，其中易焊接区的钢种具有很好的焊接性；可焊接区的钢种通过适当的预热和焊后热处理可以焊接，具有一定的焊接性；而难焊接区的钢种即使采用了预热和焊后热处理还是难以焊接的，其焊接性差。从图中可以看出，当钢材碳含量较低时，随着碳当量的增大，钢材焊接性能并不会明显降低，也就是说当碳含量较低时CE(IIW)碳当量公式基本失效。因此API5L2007管线钢标准提出：按碳含量区间的不同采用不同的碳当量计算公式。当ω(C)＞0.12%时，应用CE(IIW)公式；当ω(C)≤0.12%时，则应用CE(Pc

8、m)公式（式2）。CE(Pcm)也称焊接裂纹敏感系数是日本伊藤等人经过大量试验后所提出的，又称日本伊藤（ITO）公式，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: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