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碳當量基本原理用于預測鋼性質

修復天然氣或輸油管線時，需要確保新焊縫較好牢固。在基本層面上，焊縫的完整性依賴于兩段管道完全兼容。如果兩段管道的性質不同，或在焊接過程期間變脆，焊接將會失敗，從而帶來潛在的災難性后果。

因此，需要確保使用正確鋼號。但是僅依靠牌號會存在風險，因為即使在同一個牌號內，較好成分也存在足夠差異，從而導致焊接完整性問題。為此，必須單獨測量每個部件的較好成分，才能完全理解部件的性質。

這便是碳當量概念的由來。通過碳當量，可獲得詳細的材料成分，并將這些信息轉化為有用信息，以用于評價材料的可焊性。

碳當量對于預測鋼性質至關重要

當不僅僅將碳用作合金元素時，等效碳含量的概念可用于含鐵材料，通常為鋼和鑄鐵，以確定合金的各種性質。

眾所周知，鐵或鋼中的碳含量會影響其強度和脆度，以及材料的加工和焊接方式。然而，碳不是較好的合金元素，其他元素對材料性質也有貢獻。

難題在于，需考慮每個元素的影響以及其如何單獨與所有其他元素相互作用。因此，轉而使用碳當量概念，采用一個公式將所有的合金元素“轉換”成碳當量百分比。該想法是將除碳之外的合金元素的百分比轉換成碳當量百分比，因為與其他鐵-合金相相比，鐵-碳相更容易被理解。該單一數(shù)值隨后可被用于評價性質，如下表所示的可焊性：

碳當量（CE） 可焊性

較高達 0.35       較好

0.36–0.40          很好

0.41–0.45          良好

0.46–0.50          一般

超過 0.50          不良

從表中可以看出，CE數(shù)值越大，可焊性越差。如此說來，如何得出這個數(shù)值？以下便是碳當量方程的由來：

國際焊接學會（IIW）CE：CE = (%C) ((%Mn)/6) (((%Cr) (%Mo) (%V))/5) (((%Cu) (%Ni))/15)

日本焊接學會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)

上文展示了五個方程；實際上，需使用與鋼種非常匹配的方程。

可發(fā)現(xiàn)每個方程使用已測量的碳百分比的情況，隨后加上其他元素的修正百分比。例如，出現(xiàn)在較好個方程中的（錳%/6）使用錳百分比，但將其除以6，從而縮小其效應。

為什么有多個方程？

在一定時間段內，創(chuàng)建新方程，以提高不同鋼種的精度，如低碳鋼。此外，還可將此等方程擴展至估算鋼的氫裂易感性。

應該選擇哪個方程？

國際焊接學會所采用的較好個方程較常用。但是，如果分析低碳鋼，則PCM和CEM表達式更合適。然而，第二個PCM方程被用于管線制造中所使用的現(xiàn)代鋼，其中碳含量通常小于0.11%（重量百分比）。

實際上需要在管道中測量什么？

為了較好確定管線的可焊性，需要測量PCM方程中的元素：

碳、硅、鉻、銅、鎳、鉬、釩和硼。

可能還需要測量磷和硫以進行更一體的分析。如果需要識別雙相鋼，則需要測量氮。

使CE計算變得容易

為實現(xiàn)較好CE計算結果，日立的火花OES儀器系列能測量相關必要元素，進行仔細計算，并提供CE編號。