Ekwiwalent węgla (Ceq) jest najważniejszym parametrem służącym do oceny spawalności Q390B i ryzyka pękania na zimno.
1. Zakres równoważnika węgla (Ceq) dla Q390B
Ceq dla Q390B nie jest stałą pojedynczą wartością, ale zdefiniowanym maksymalnym dopuszczalnym limitem określonym przez normę. Jego typowy/rzeczywisty zakres dla stali produkowanej na skalę przemysłową wynika z limitów składu chemicznego podanych w GB/T 1591-2018.
Niektórzy producenci mogą dążyć do dolnej granicy (~0,44-0,46%), aby poprawić spawalność, podczas gdy inni dążą do granicy, aby zapewnić osiągnięcie docelowej wytrzymałości przy mniej kosztownym dodawaniu stopu.
Kluczowy punkt:Przy zakupie Q390B rzeczywista wartość Ceq musi być podana w certyfikacie testu walcowniczego. Nie polegaj na typowym asortymencie; użyj podanej wartości do obliczeń procedury spawania.
2. Jak Ceq wpływa na podatność na pękanie na zimno
Pękanie na zimno (zwane także pękaniem-wywoływanym wodorem lub pękaniem opóźnionym) stanowi główne ryzyko podczas spawania stali-niskostopowych o wysokiej-wytrzymałości, takich jak Q390B. Ceq jest bezpośrednim predyktorem tego ryzyka poprzez następujący mechanizm:
Link: Ceq → Hartowność → Mikrostruktura → Podatność
Wysokie Ceq → Wysoka hartowność:
Wzór Ceq przybliża zdolność stali do tworzenia twardych faz podczas szybkiego chłodzenia. Każdy element wzoru przyczynia się do przesunięcia wykresu przemiany czasu-temperatury- (TTT) w prawo, co oznacza, że martenzyt tworzy się nawet przy niższych szybkościach chłodzenia.
Szybkie chłodzenie → Tworzenie twardego martenzytu:
Podczas spawania-strefa wpływu ciepła (HAZ) jest podgrzewana do wysokich temperatur, a następnie szybko schładzana przez otaczający zimny metal nieszlachetny. Jeśli Ceq jest wysokie, HAZ przekształci się w twardy, kruchy martenzyt, a nie w bardziej miękki ferryt/perlit.
Martenzyt + wodór + naprężenie=Pękanie na zimno:
Oto klasyczny „trójczynnikowy” model pękania na zimno:
Wrażliwa mikrostruktura (martenzyt):Dostarczone przez wysokie Ceq. Martenzyt ma niską wytrzymałość i jest bardzo podatny na pękanie.
Wodór (H):Wprowadzane z wilgoci zawartej w topniku spawalniczym, gazie osłonowym lub zanieczyszczeniach powierzchni płyty.
Naprężenie rozciągające:Nieuniknione ze względu na skurcz termiczny i utwierdzenie złącza.
Atomy wodoru dyfundują i gromadzą się w obciążonej martenzytycznej strefie SWC. Po osiągnięciu krytycznej kombinacji, kruche pęknięcie rozprzestrzenia się, często kilka godzin lub dni po spawaniu (pękanie „opóźnione”).
Praktyczne implikacje dla spawania Q390B
Ponieważ Ceq Q390B (0,44-0,49%) jest znacznie wyższy niż stali miękkiej (np. ~0,35% dla Q235) i umiarkowanie wyższy niż Q355B, rygorystyczne procedury spawania nie podlegają negocjacjom.
| Zakres Ceq (IIW). | Implikacje procedury spawania dla Q390B |
|---|---|
| ~0.44 - 0.46% | Moderate Risk. Preheating is mandatory for most thicknesses (>10-15 mm). Wymagana ścisła kontrola źródeł wodoru. |
| ~0.47 - 0.49% | Wysokie ryzyko. Wymagane są wyższe temperatury podgrzewania wstępnego/międzyściegowego. Może wymagać użycia elektrod o bardzo-niskiej zawartości wodoru (<5ml/100g deposited metal). Post-weld heat treatment (PWHT) may be necessary for thick, highly restrained joints. |
Wymagane środki łagodzące:
Kontrola temperatury wstępnej i międzyściegowej:To jest podstawowa kontrola. Podgrzewanie wstępne spowalnia szybkość chłodzenia, umożliwiając SWC przekształcenie się w bardziej miękkie, bardziej plastyczne mikrostruktury (np. bainit) zamiast martenzytu. Wymagana temperatura wstępnego podgrzewania (np. 80 stopni - 150 stopni) jest bezpośrednio określana przezrzeczywista Ceq i grubość blachy.
Praktyka dotycząca bardzo-niskiej zawartości wodoru:
Używaj materiałów spawalniczych o niskiej- zawartości wodoru (H4) lub bardzo niskiej- zawartości wodoru (H5, H10).
Ściśle piec elektrody zgodnie ze specyfikacjami producenta.
Utrzymuj elementy obrabiane idealnie suche (bez wilgoci, lodu, rdzy).
Optymalny dopływ ciepła:Utrzymuj dopływ ciepła w dopuszczalnym zakresie. Zbyt niska sprzyja szybkiemu chłodzeniu i powstawaniu martenzytu. Zbyt wysoka może nadmiernie zgrubić ziarna SWC, zmniejszając wytrzymałość.
Obróbka cieplna po-spawie (PWHT): For thick sections (often >30-40 mm) lub złącza o dużym utwierdzeniu, stosuje się wypalanie odprężające (np. 550-600 stopni) w celu odpuszczenia martenzytu, rozproszenia wodoru i złagodzenia naprężeń.
Kwalifikacja procedury spawalniczej (WPQR):Badanie kwalifikacyjne procedury musi obejmować zmiany twardości w strefie SWC w celu sprawdzenia, czy nie przekracza ona bezpiecznych granic (zwykle 350 HV10) i czy nie występują żadne pęknięcia.
Streszczenie
Ekwiwalent węgla (Ceq) Q390B, zwykle 0,44-0,49%, jest bezpośrednią ilościową miarą jego tendencji do tworzenia twardego,-wrażliwego na pęknięcia martenzytu w SWC spoiny. Ten podwyższony Ceq w porównaniu z gatunkami o niższej-wytrzymałości zasadniczo zwiększa jego podatność na pękanie na zimno. W związku z tym spawanie Q390B wymaga rygorystycznie kontrolowanej procedury o niskiej-wodorze z obowiązkowym podgrzewaniem wstępnym i parametrami dostosowanymi do określonej wartości Ceq i grubości. Ignorowanie tej zależności jest najczęstszą przyczyną katastrofalnych uszkodzeń spawów w konstrukcjach stalowych o wysokiej wytrzymałości.