Вуглецевий еквівалент CEV -
що він говорить про зварюваність сталі, а чого ні

Вуглецевий еквівалент - це число, що описує сукупний вплив вуглецю та легувальних елементів на загартовуваність сталі, а отже на ризик холодних тріщин у зоні термічного впливу. Стандарт EN 10025-2 приймає формулу Міжнародного інституту зварювання і встановлює максимальні значення для окремих гатунків: для S235JR товщиною до 40 мм це 0,35, для S275 0,40, а для S355 0,45 при товщині до 30 мм.

Варто одразу розвіяти непорозуміння, яке регулярно виникає в галузі. Вуглецевий еквівалент не має нічого спільного з викидами вуглекислого газу чи вуглецевим слідом виробу. Схожість назви пояснюється лише тим, що в обох випадках фігурує слово вуглець, один раз як хімічний елемент, другий раз як скорочення від діоксиду вуглецю. Це два незалежні питання, які описуються різними документами і розраховуються в різних одиницях.

Формула та її складники

Основна формула, на яку посилаються EN 10025-2 та EN 1011-2, має вигляд:

CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

Усі значення подаються у масових відсотках за аналізом плавки. Будова формули показує ієрархію впливів: вуглець враховується повністю, марганець на одну шосту, хром, молібден і ванадій на одну п'яту, а нікель і мідь лише на одну п'ятнадцяту. Це відображає їхній реальний внесок у підвищення загартовуваності.

Формула має визначену сферу застосування. EN 1011-2 передбачає її для методу A в діапазоні CEV від 0,30 до 0,70, при вмісті вуглецю 0,05-0,25 %, марганцю до 1,7 %, хрому до 0,9 %, нікелю до 2,5 % і молібдену до 0,75 %. Поза цим діапазоном застосовують інші формули.

Для сталей підвищеної міцності, з границею текучості до близько 1000 МПа, стандарт передбачає метод B, що ґрунтується на іншому еквіваленті:

CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40

У морських конструкціях та в деяких зварювальних застосуваннях додатково використовують параметр Pcm, призначений для низьковуглецевих сталей при швидкому охолодженні.

Максимальні значення у стандартах на продукцію

EN 10025-2 наводить максимальні значення вуглецевого еквівалента з розподілом за гатунком і діапазоном товщин.

Стандарт передбачає при цьому коригування: за дуже низького вмісту кремнію допустиме значення CEV зростає на 0,01 або 0,02, що має значення для виробів, призначених для гарячого цинкування, де вміст кремнію навмисно обмежують.

Зростання допустимого значення разом із товщиною - не поступка, а відображення технології: у більших перерізах важче утримати низький еквівалент, зберігаючи потрібні механічні властивості. Водночас саме за більших товщин зростає зварювальний ризик, адже товстіший переріз швидше відводить тепло від з'єднання.

Де взяти значення для конкретної партії

Вуглецевий еквівалент конкретної плавки випливає з її хімічного аналізу і зазначається у свідоцтві приймального контролю 3.1 за EN 10204. Технічні листи продукції європейських виробників містять окремі таблиці значень CEV з розподілом за товщинами, поряд із таблицями хімічного складу та механічних властивостей.

Це має практичне значення при плануванні зварювального виробництва. Нормативне значення - це максимум, а не фактична величина. Конкретна плавка зазвичай нижча, іноді суттєво, і саме вона визначає вибір технології зварювання. Тому для конструкцій, що потребують кваліфікації процесу, варто замовляти матеріал зі свідоцтвом приймального контролю, а не з декларацією відповідності, яка не містить значень для конкретної партії.

Приклад розрахунку

Для конструкційної сталі зі складом у межах EN 10025-2, з вмістом вуглецю 0,16 %, марганцю 1,35 %, хрому 0,03 %, нікелю 0,02 % і міді 0,01 %:

CEV = 0,16 + 1,35/6 + 0,03/5 + 0,03/15 = 0,16 + 0,225 + 0,006 + 0,002 = 0,393

Результат помітно нижчий за межу 0,45, передбачену для гатунку S355 товщиною до 30 мм. За типових товщин і низьководневих електродів такий матеріал зазвичай не потребує попереднього підігріву, хоча остаточне рішення вимагає повного розрахунку з урахуванням товщини з'єднання та умов зварювання.

Для більш легованого матеріалу зі складом: вуглець 0,20 %, марганець 1,55 %, хром 0,25 %, молібден 0,05 %, ванадій 0,02 %, нікель 0,10 % і мідь 0,15 %:

CEV = 0,20 + 1,55/6 + 0,32/5 + 0,25/15 = 0,20 + 0,258 + 0,064 + 0,017 = 0,539

Різниця становить 0,15, і її наслідком є зміна технології зварювання, а не лише коригування параметрів.

Обидва приклади мають ілюстративний характер і ґрунтуються на складах у межах нормативних обмежень, а не на конкретному свідоцтві приймального контролю.

Від числа до технології зварювання

У технічній літературі існує орієнтовне правило, згідно з яким сталі з еквівалентом нижче приблизно 0,40 вважаються добре зварюваними без особливих заходів, у діапазоні 0,40-0,60 попередній підігрів буває необхідним, а понад 0,60 він необхідний, часто разом із термообробкою після зварювання. Проте це попередня вказівка, а не положення стандарту.

EN 1011-2 підходить до питання інакше і точніше: температура попереднього підігріву залежить не лише від хімічного складу, а від чотирьох параметрів разом.

Вміст дифузійного водню поділено на п'ять класів: шкала A - понад 15 мл на 100 г наплавленого металу, B від 10 до 15, C від 5 до 10, D від 3 до 5, а E менше 3. Зварювальні матеріали з низьким вмістом водню дозволяють знизити потрібну температуру попереднього підігріву або повністю від нього відмовитися за того самого основного металу.

У методі B стандарт подає залежність у вигляді замкненої формули, в якій температура попереднього підігріву є функцією еквівалента CET, сумарної товщини, вмісту водню та погонної енергії. Метод A ґрунтується на номограмах, що зчитуються для певного класу водню та значення еквівалента.

Практичний висновок однозначний. Самого вуглецевого еквівалента недостатньо для планування технології зварювання. Це один із чотирьох вхідних параметрів розрахунку і єдиний, який надходить разом із матеріалом.

Чим вимірюють вуглецевий слід виробу

Оскільки CEV не описує викидів, варто знати, що їх описує, адже запитання на цю тему дедалі частіше з'являються в комерційних запитах.

Екологічна декларація продукції, складена відповідно до EN 15804 та ISO 14025, містить набір екологічних показників, зокрема потенціал глобального потепління, виражений у кілограмах еквівалента діоксиду вуглецю на тонну виробу. Наприклад, декларація одного з європейських виробників для гарячекатаної стрічки наводить значення 2080 кг еквівалента CO2 на тонну для етапів від видобутку сировини до воріт заводу.

Вужчим інструментом є ISO 14067, що вимірює виключно вуглецевий слід виробу. На регуляторному рівні викиди, втілені в імпортованих товарах, охоплює механізм транскордонного вуглецевого коригування CBAM, який діє в остаточній фазі з 1 січня 2026 року.

Три документи, три різні цілі. Жоден із них не використовує значення CEV, а значення зі свідоцтва приймального контролю ніколи не слід наводити як екологічні дані.

Що з цього випливає при закупівлі матеріалу

Для підприємства зі зварювальним виробництвом важливі три речі. По-перше, гатунок і товщина визначають максимально допустиме значення еквівалента, тож уже на етапі специфікації відомо, в яких межах перебуває матеріал. По-друге, фактичне значення для партії береться зі свідоцтва приймального контролю і часто буває суттєво нижчим за межу. По-третє, для конструкцій, що потребують кваліфікації технології зварювання, варто забезпечити повторюваність поставок із вузького діапазону хімічного складу, адже зміна постачальника за того самого позначення гатунку може означати інше значення CEV та інші технологічні вимоги.

Доступні гатунки сталі, види покриттів та формати рулонів, поздовжньо різаної стрічки і листів подає пропозиція сталевого листа HEN-STOL, з окремими сторінками про оцинкований лист, холоднокатаний лист і гарячекатаний лист.

Перевірте, як ми можемо допомогти

HEN-STOL допомагає підібрати матеріал з урахуванням вимог технології зварювання. Надішліть специфікацію та опис застосування, і ми перевіримо доступність та запропонуємо найвигідніший варіант.

+48 664 700 160hs@henstol.pl

Найчастіші запитання

Джерела

1. EN 10025-2, Гарячекатаний прокат з конструкційних сталей - нелеговані конструкційні сталі
2. EN 1011-2, Зварювання - рекомендації щодо зварювання металевих матеріалів, дугове зварювання феритних сталей
3. EN 10204, Металеві вироби - типи документів контролю
4. British Steel, технічні листи продукції S235JR, S275JR, S355JR і S355J2
5. EN 15804 та ISO 14025, екологічні декларації продукції
6. Європейська комісія, Carbon Border Adjustment Mechanism