Kohlenstoffäquivalent CEV -
was es über die Schweißeignung von Stahl aussagt und was nicht
Das Kohlenstoffäquivalent ist eine Kennzahl, die den gemeinsamen Einfluss von Kohlenstoff und Legierungselementen auf die Härtbarkeit von Stahl beschreibt und damit auf das Risiko von Kaltrissen in der Wärmeeinflusszone. Die Norm EN 10025-2 übernimmt die Formel des Internationalen Instituts für Schweißtechnik und legt Höchstwerte für die einzelnen Sorten fest: für S235JR bis 40 mm Dicke 0,35, für S275 0,40 und für S355 0,45 bis 30 mm Dicke.
Gleich zu Beginn lohnt es sich, ein Missverständnis auszuräumen, das in der Branche regelmäßig auftaucht. Das Kohlenstoffäquivalent hat nichts mit der Emission von Kohlendioxid oder dem CO2-Fußabdruck eines Erzeugnisses zu tun. Die Namensähnlichkeit ergibt sich ausschließlich daraus, dass in beiden Fällen das Wort Kohlenstoff vorkommt, einmal als chemisches Element, einmal als Kurzform für Kohlendioxid. Es handelt sich um zwei unabhängige Themen, die in unterschiedlichen Dokumenten beschrieben und in unterschiedlichen Einheiten angegeben werden.
Die Formel und ihre Bestandteile
Die Grundformel, auf die EN 10025-2 und EN 1011-2 verweisen, lautet:
CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
Alle Werte werden in Massenprozent aus der Schmelzenanalyse angegeben. Der Aufbau der Formel zeigt die Rangfolge der Einflüsse: Kohlenstoff zählt voll, Mangan zu einem Sechstel, Chrom, Molybdän und Vanadium zu einem Fünftel, Nickel und Kupfer lediglich zu einem Fünfzehntel. Das spiegelt ihren tatsächlichen Beitrag zur Steigerung der Härtbarkeit wider.
Die Formel hat einen festgelegten Anwendungsbereich. EN 1011-2 sieht sie für Verfahren A im Bereich CEV von 0,30 bis 0,70 vor, bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,05-0,25 Prozent, Mangan bis 1,7 Prozent, Chrom bis 0,9 Prozent, Nickel bis 2,5 Prozent und Molybdän bis 0,75 Prozent. Außerhalb dieses Bereichs werden andere Formeln verwendet.
Für höherfeste Stähle mit einer Streckgrenze bis etwa 1000 MPa sieht die Norm Verfahren B vor, das auf einem anderen Äquivalent beruht:
CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
Im Offshore-Bau und in einigen schweißtechnischen Anwendungen wird zusätzlich der Parameter Pcm verwendet, der für kohlenstoffarme Stähle bei schneller Abkühlung bestimmt ist.
Höchstwerte in den Produktnormen
EN 10025-2 gibt die Höchstwerte des Kohlenstoffäquivalents getrennt nach Stahlsorte und Dickenbereich an.
| Stahlsorte | Dicke bis 40 mm | Dicke 40-150 mm |
|---|---|---|
| S235JR | 0,35 | 0,38 |
| S275JR, S275J0, S275J2 | 0,40 | 0,42 |
| S355JR, S355J0, S355J2 | 0,45 bei Dicke bis 30 mm | 0,47 |
Die Norm sieht dabei eine Korrektur vor: Bei sehr niedrigem Siliziumgehalt erhöht sich der zulässige CEV-Wert um 0,01 oder 0,02, was bei Erzeugnissen für das Feuerverzinken von Bedeutung ist, bei denen der Siliziumgehalt bewusst begrenzt wird.
Der Anstieg des zulässigen Werts mit der Dicke ist kein Zugeständnis, sondern Ausdruck der Technologie: Bei größeren Querschnitten ist es schwieriger, ein niedriges Äquivalent bei gleichzeitig geforderten mechanischen Eigenschaften einzuhalten. Zugleich steigt gerade bei größeren Dicken das schweißtechnische Risiko, weil ein dickerer Querschnitt die Wärme schneller aus der Verbindung ableitet.
Woher der Wert für eine bestimmte Charge stammt
Das Kohlenstoffäquivalent einer Schmelze ergibt sich aus ihrer chemischen Analyse und wird im Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 angegeben. Die Produktdatenblätter europäischer Hersteller enthalten eigene Tabellen mit CEV-Werten nach Dicken, neben Tabellen zur chemischen Zusammensetzung und zu den mechanischen Eigenschaften.
Das hat praktische Bedeutung für die Planung der Schweißfertigung. Der Normwert ist ein Höchstwert, kein tatsächlicher Wert. Eine konkrete Schmelze liegt in der Regel darunter, manchmal deutlich, und sie entscheidet über die Wahl des Schweißverfahrens. Deshalb empfiehlt es sich, bei Konstruktionen mit Verfahrensqualifizierung Material mit Abnahmeprüfzeugnis zu bestellen und nicht mit einer Werksbescheinigung, die keine Werte für die konkrete Charge enthält.
Rechenbeispiel
Für einen Baustahl mit einer Zusammensetzung innerhalb der Grenzen von EN 10025-2, mit 0,16 Prozent Kohlenstoff, 1,35 Prozent Mangan, 0,03 Prozent Chrom, 0,02 Prozent Nickel und 0,01 Prozent Kupfer:
CEV = 0,16 + 1,35/6 + 0,03/5 + 0,03/15 = 0,16 + 0,225 + 0,006 + 0,002 = 0,393
Das Ergebnis liegt deutlich unter dem Grenzwert von 0,45 für die Sorte S355 bis 30 mm Dicke. Bei üblichen Dicken und wasserstoffarmen Elektroden erfordert ein solches Material in der Regel kein Vorwärmen, wobei die endgültige Entscheidung eine vollständige Berechnung unter Berücksichtigung der Verbindungsdicke und der Schweißbedingungen erfordert.
Für einen höher legierten Werkstoff mit der Zusammensetzung: Kohlenstoff 0,20 Prozent, Mangan 1,55 Prozent, Chrom 0,25 Prozent, Molybdän 0,05 Prozent, Vanadium 0,02 Prozent, Nickel 0,10 Prozent und Kupfer 0,15 Prozent:
CEV = 0,20 + 1,55/6 + 0,32/5 + 0,25/15 = 0,20 + 0,258 + 0,064 + 0,017 = 0,539
Der Unterschied beträgt 0,15, und seine Folge ist ein Wechsel des Schweißverfahrens, nicht nur eine Anpassung der Parameter.
Beide Beispiele dienen der Veranschaulichung und beruhen auf Zusammensetzungen innerhalb der Normgrenzen, nicht auf einem konkreten Abnahmeprüfzeugnis.
Von der Kennzahl zum Schweißverfahren
In der Fachliteratur gibt es eine Faustregel, nach der Stähle mit einem Äquivalent unter etwa 0,40 ohne besondere Maßnahmen als gut schweißgeeignet gelten, im Bereich 0,40-0,60 ein Vorwärmen erforderlich sein kann und oberhalb von 0,60 erforderlich ist, oft zusammen mit einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Dies ist jedoch ein erster Anhaltspunkt, keine Festlegung der Norm.
EN 1011-2 geht das Thema anders und genauer an: Die Vorwärmtemperatur hängt nicht nur von der chemischen Zusammensetzung ab, sondern von vier Parametern zusammen.
| Parameter | Bedeutung |
|---|---|
| Kohlenstoffäquivalent | Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die Härtbarkeit |
| kombinierte Blechdicke der Verbindung | Summe der Dicken der verbundenen Teile, gemittelt nahe der Schweißnahtlinie |
| Gehalt an diffusiblem Wasserstoff | Klasse des Schweißzusatzes, von Skala A bis E |
| Wärmeeinbringung | pro Längeneinheit der Schweißnaht eingebrachte Wärmemenge |
Der Gehalt an diffusiblem Wasserstoff ist in fünf Klassen eingeteilt: Skala A bedeutet mehr als 15 ml je 100 g Schweißgut, B von 10 bis 15, C von 5 bis 10, D von 3 bis 5 und E unter 3. Wasserstoffarme Schweißzusätze ermöglichen es, die erforderliche Vorwärmtemperatur zu senken oder beim gleichen Grundwerkstoff ganz darauf zu verzichten.
Im Verfahren B gibt die Norm den Zusammenhang als geschlossene Formel an, in der die Vorwärmtemperatur eine Funktion des Äquivalents CET, der kombinierten Blechdicke, des Wasserstoffgehalts und der Wärmeeinbringung ist. Verfahren A beruht auf Nomogrammen, die für eine bestimmte Wasserstoffklasse und einen Äquivalentwert abgelesen werden.
Die praktische Schlussfolgerung ist eindeutig. Das Kohlenstoffäquivalent allein reicht zur Planung des Schweißverfahrens nicht aus. Es ist eine von vier Eingangsgrößen der Berechnung und die einzige, die zusammen mit dem Material geliefert wird.
Womit der CO2-Fußabdruck eines Erzeugnisses gemessen wird
Da der CEV keine Emissionen beschreibt, lohnt es sich zu wissen, was sie beschreibt, denn Fragen dazu tauchen in Angebotsanfragen immer häufiger auf.
Eine Umweltproduktdeklaration nach EN 15804 und ISO 14025 enthält eine Reihe von Umweltindikatoren, darunter das Treibhauspotenzial, ausgedrückt in Kilogramm CO2-Äquivalent je Tonne Erzeugnis. Beispielsweise gibt die Deklaration eines europäischen Herstellers für warmgewalztes Band einen Wert von 2080 kg CO2-Äquivalent je Tonne für die Phasen von der Rohstoffgewinnung bis zum Werkstor an.
Ein engeres Instrument ist ISO 14067, die ausschließlich den CO2-Fußabdruck eines Erzeugnisses erfasst. Auf regulatorischer Ebene werden die in importierten Waren enthaltenen Emissionen vom CO2-Grenzausgleichsmechanismus CBAM erfasst, der sich seit dem 1. Januar 2026 in der endgültigen Phase befindet.
Drei Dokumente, drei unterschiedliche Zwecke. Keines davon verwendet den CEV-Wert, und der Wert aus dem Abnahmeprüfzeugnis sollte niemals als Umweltdatum angeführt werden.
Was daraus für den Materialeinkauf folgt
Für einen Betrieb mit Schweißfertigung sind drei Dinge wesentlich. Erstens bestimmen Stahlsorte und Dicke den höchstzulässigen Äquivalentwert, sodass bereits in der Spezifikationsphase bekannt ist, in welchen Grenzen sich das Material bewegt. Zweitens stammt der tatsächliche Wert für die Charge aus dem Abnahmeprüfzeugnis und liegt oft deutlich unter dem Grenzwert. Drittens empfiehlt es sich bei Konstruktionen mit Qualifizierung des Schweißverfahrens, gleichbleibende Lieferungen aus einem engen Bereich der chemischen Zusammensetzung sicherzustellen, denn ein Lieferantenwechsel bei gleicher Sortenbezeichnung kann einen anderen CEV-Wert und andere Prozessanforderungen bedeuten.
Verfügbare Stahlsorten, Überzugsarten sowie Formate von Coils, Spaltband und Tafeln zeigt das Stahlblech-Angebot von HEN-STOL, mit eigenen Seiten zu verzinktem Stahlblech, kaltgewalztem Stahlblech und warmgewalztem Stahlblech.
Erfahren Sie, wie wir helfen können
HEN-STOL unterstützt bei der Auswahl des Materials unter Berücksichtigung der Anforderungen des Schweißverfahrens. Senden Sie uns die Spezifikation und eine Beschreibung der Anwendung, wir prüfen die Verfügbarkeit und schlagen die günstigste Variante vor.
Häufig gestellte Fragen
Wie wird das Kohlenstoffäquivalent CEV berechnet?
Nach der in EN 10025-2 genannten Formel: CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15, wobei alle Werte aus der Schmelzenanalyse stammen und in Massenprozent angegeben werden.
Wie hoch ist der maximale CEV für S355?
Nach EN 10025-2 beträgt er 0,45 für Dicken bis 30 mm und 0,47 für Dicken über 30 mm. Für S235JR entsprechend 0,35 und 0,38, für S275 0,40 und 0,42.
Ab welchem CEV-Wert ist Vorwärmen erforderlich?
Das Äquivalent allein entscheidet nicht. EN 1011-2 macht die Vorwärmtemperatur vom Äquivalent, der kombinierten Blechdicke der Verbindung, dem Gehalt an diffusiblem Wasserstoff im Schweißgut und der Wärmeeinbringung abhängig. Eine Faustregel aus der Literatur nennt den Bereich 0,40-0,60 als Bereich, in dem Vorwärmen erforderlich sein kann.
Wo findet man den CEV-Wert für das bestellte Material?
Im Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204, das für eine bestimmte Charge und Schmelze ausgestellt wird. Bescheinigungen vom Typ 2.1 und 2.2 enthalten diesen Wert für die gelieferten Erzeugnisse nicht.
Bedeutet CEV die Emission von Kohlendioxid?
Nein. Es ist eine metallurgische Kennzahl, die Härtbarkeit und Schweißeignung von Stahl beschreibt. Die Emissionen eines Erzeugnisses beschreiben Umweltproduktdeklarationen nach EN 15804, der CO2-Fußabdruck nach ISO 14067 sowie der CBAM-Mechanismus.
Worin unterscheidet sich CET von CEV?
CET ist das Äquivalent, das in Verfahren B der EN 1011-2 für Stähle mit einer Streckgrenze bis 1000 MPa verwendet wird, berechnet nach der Formel CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40. Es geht direkt in die Formel für die Vorwärmtemperatur ein.
Quellen
- EN 10025-2, Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen - unlegierte Baustähle
- EN 1011-2, Schweißen - Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe, Lichtbogenschweißen von ferritischen Stählen
- EN 10204, Metallische Erzeugnisse - Arten von Prüfbescheinigungen
- British Steel, Produktdatenblätter S235JR, S275JR, S355JR und S355J2
- EN 15804 und ISO 14025, Umweltproduktdeklarationen
- Europäische Kommission, Carbon Border Adjustment Mechanism