Эквивалент углерода (Cэкв) (Cэкв (CE, Pcm), %) — расчётная величина, приводящая влияние легирующих к «условному углероду»; при Cэкв ≤ 0,45 сталь сваривается без подогрева.
Суть
Склонность стали к холодным трещинам при сварке определяет не один углерод, а весь состав: марганец, хром, молибден, никель, медь тоже повышают закаливаемость околошовной зоны. Чтобы сравнивать разные марки одной цифрой, вклад каждого элемента пересчитывают в «условный углерод» с весовым коэффициентом и складывают. Полученная величина и есть эквивалент углерода Cэкв (в англоязычных стандартах — CE, carbon equivalent).
Физический смысл коэффициентов прост: чем сильнее элемент задерживает распад аустенита и способствует образованию мартенсита, тем меньше делитель. Углерод берут с коэффициентом 1, марганец — 1/6, хром — 1/5, никель — 1/15. Отсюда практическое правило: при Cэкв ≤ 0,45 % сталь относят к свариваемым обычными способами (в малых толщинах — без подогрева), выше — обязательны подогрев, контроль погонной энергии и, как правило, последующий отпуск. При больших толщинах подогрев назначают уже в диапазоне 0,35–0,45 %.
Как считают
Самая распространённая формула — Международного института сварки (IIW), она же принята в API 5L и ISO 3183. Все содержания — в массовых процентах по плавочному или контрольному анализу.
CEIIW = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
Для низкоуглеродистых сталей (C ≤ 0,12 %) формула IIW завышает опасность, поэтому в API 5L для них применяют параметр Ито–Бессио Pcm, который сильнее учитывает бор и ниже оценивает марганец:
Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B
В ГОСТ 20295-85 на трубы для магистральных трубопроводов используется упрощённая формула Cэ = C + Mn/6 + (Cr + V)/5 без учёта никеля и меди; для низколегированных сталей Cэ ограничен величиной 0,46 %. Поэтому, сравнивая сертификаты, важно смотреть, по какой именно формуле посчитан эквивалент — значения CEIIW и Pcm для одной и той же плавки различаются в полтора-два раза.
Как читать
- До 0,25 %. Хорошая свариваемость: любые способы, без подогрева и ограничений по режиму. Так сваривают низкоуглеродистые стали — Ст3, сталь 10.
- 0,25–0,35 %. Удовлетворительная: сталь 20 и большинство низколегированных сталей; при большой толщине и минусовой температуре — подогрев.
- 0,35–0,45 %. Ограниченная: подогрев 100–150 °C, контроль погонной энергии, желателен отпуск.
- Более 0,45 %. Плохая: сварка только по специальной технологии с подогревом и обязательной термообработкой после сварки.
Эквивалент углерода описывает лишь металлургическую сторону свариваемости. Толщина стенки, жёсткость закрепления и содержание водорода в шве могут перевести «удовлетворительную» сталь в зону риска — их учитывают отдельно, а Cэкв служит стартовой точкой выбора режима.
Ключевые числа
| Формула IIW (API 5L, ISO 3183) | CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 |
|---|---|
| Формула Pcm (API 5L, при C ≤ 0,12 %) | C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B |
| Граница удовлетворительной свариваемости | Cэкв ≤ 0,45 % |
| API 5L PSL2, трубы для трубопроводов | CEIIW ≤ 0,43 % или Pcm ≤ 0,25 % |
| ГОСТ 20295-85, магистральные трубы | Cэ = C + Mn/6 + (Cr+V)/5 ≤ 0,46 % (низколегированные стали) |
| Ст3сп (состав по ГОСТ 380), CEIIW | ≈ 0,25–0,35 %; при верхних пределах C, Mn, Cr, Ni, Cu — до 0,43 % |
| Сталь 20 (состав по ГОСТ 1050), CEIIW | ≈ 0,28–0,38 %; при верхних пределах состава — до 0,44 % |
| 09Г2С (состав по ГОСТ 19281), CEIIW | ≈ 0,36–0,43 % за счёт Mn 1,3–1,7 % |
Где встречается в трубах
Для трубы эквивалент углерода — характеристика двойного назначения: он ограничивает состав стали при производстве электросварных труб (шов должен получиться без закалочных структур при высокой скорости сварки) и задаёт технологию монтажной сварки стыков на объекте. В паспортах на трубы по ГОСТ 20295 и API 5L Cэкв указывают отдельной строкой.
- Требования к Cэ для труб магистральных трубопроводов — в ГОСТ 20295-85; общий обзор — в библиотеке стандартов.
- Как эквивалент углерода влияет на режимы стыковки труб — в статье о сварке труб.
- Марки с гарантированно низким Cэкв: трубы из стали 20 и Ст3сп; марки повышенной прочности 09Г2С и 17Г1С — с Cэкв ближе к границе 0,45 %.
- Электросварные трубы по ГОСТ 10704-91 и бесшовные по ГОСТ 8732-78 — из сталей, состав которых подобран в том числе по свариваемости.
- Обзор трубных сталей и их состава — в статье стали для труб.
Связанные термины
- СвариваемостьСпособность стали образовывать качественное соединение без трещин и потери свойств; главный ориентир — эквивалент углерода.
- Железо и углеродОснова любой стали: железо задаёт пластичность и свариваемость, углерод — прочность и твёрдость.
- Низколегированные сталиСтали с суммой легирующих до 2,5 % (09Г2С, 17Г1С, 10Г2): прочнее углеродистых при той же свариваемости, хладостойкие.