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等価炭素含有量の概念は、典型的には鋼鉄や鋳鉄などの鉄材料に使用され、炭素以外の元素が合金として使用される場合に、合金のさまざまな特性を決定します。鉄-炭素相は他の鉄合金相よりもよく理解されているため、炭素以外の合金元素の割合を等価炭素割合に変換するという考え方です。この概念は溶接で最もよく使用されますが、鋳鉄の 熱処理や鋳造にも使用されます。
鋼鉄
溶接では、等価炭素含有量 (CE) は、さまざまな合金元素が溶接される鋼の硬度にどのように影響するかを理解するために使用されます。これは、鋼の最も一般的な溶接欠陥である水素誘起冷間割れに直接関係しているため、溶接性を判断するために最も一般的に使用されます。マンガン、クロム、シリコン、モリブデン、バナジウム、銅、ニッケルなどの炭素およびその他の合金元素の濃度が高いほど、硬度が上昇し、溶接性が低下する傾向があります。ただし、これらの各元素は、鋼の硬度と溶接性にさまざまな程度で影響を与える傾向があるため、異なる合金元素で作られた2つの合金の硬度の違いを判断するには比較方法が必要です。[1] [2]等価炭素含有量を計算するために一般的に使用される式が2つあります。1つは米国溶接協会(AWS) のもので構造用鋼に推奨されており、もう1つは国際溶接協会(IIW)に基づく式です。[3]
AWS は、炭素含有量が 0.40% を超えると、火炎切断端面および溶接部の熱影響部(HAZ)に亀裂が生じる可能性があると述べています。ただし、構造工学規格では CE が使用されることはほとんどなく、特定の合金元素の最大含有率を制限しています。この慣行は CE の概念が存在する前から始まったため、現在も使用されています。現在使用されている特定の高強度鋼では CE が 0.50% を超え、脆性破壊を起こすため、問題が発生しています。[3]
もう一つの最も一般的な式は、 1967年にIIWによって採用されたディアデンとオニールの式です。 [4] この式は、一般的に使用されている炭素鋼と炭素マンガン鋼の広い範囲の硬化性を予測するのに適していることがわかりましたが、マイクロアロイの高強度低合金鋼や低合金Cr-Mo鋼には適していません。式は次のように定義されます。[2]
この式では、CE値の範囲に基づく溶接性は次のように定義できます。[2] [5]
日本溶接協会は、伊藤と別所の研究に基づいて、溶接割れの臨界金属パラメータ（Pcm）を採用しました。[4] [6]
一部の値が利用できない場合は、次の式が使用されることがあります。[引用が必要]
炭素当量は、溶接部が冷却時にマルテンサイトを形成し、脆性破壊を起こす傾向の尺度です。炭素当量が 0.40 ～ 0.60 の場合、溶接予熱が必要になることがあります。炭素当量が 0.60 を超える場合、予熱が必要で、後熱が必要になることがあります。
高強度低合金鋼のスポット溶接が過度の硬化性のために失敗するかどうかを判断するために、次の炭素当量式が使用されます。 [2]
ここで、UTSはksi単位の極限引張強度、hはインチ単位のストリップ厚さです。CE値が0.3以下であれば安全とみなされます。[2]
特別な炭素当量が百合岡によって開発され[7]、低炭素合金鋼の熱影響部（HAZ）におけるマルテンサイト形成の 臨界時間Δt 8-5を秒単位で決定することができる。その式は次のように与えられる。
どこ：
すると、臨界時間長（秒単位）Δt8-5は次のように決定できます。
鋳鉄
鋳鉄の場合、等価炭素含有量 (CE) の概念は、合金元素が熱処理と鋳造挙動にどのように影響するかを理解するために使用されています。これは、最終構造におけるオーステナイトとグラファイトのおおよそのバランスを示すため、鋳鉄の強度の予測に使用されます。[要出典]含まれる元素の数が増えるにつれて、鋳鉄の CE を決定するための数式がいくつか用意されています。
- [8]
- [9]
- [10]
- [11]
このCEは、合金が亜共晶、共晶、過共晶のいずれであるかを判断するために使用されます。鋳鉄の場合、共晶は4.3%の炭素です。鋳鉄を鋳造する場合、これは最終的な結晶粒構造を判断するのに役立ちます。たとえば、過共晶鋳鉄は通常、粗い結晶粒構造を持ち、大きなキッシュグラファイト片が形成されます。[12]また、 CEが増加すると収縮が少なくなります。 [9]鋳鉄を熱処理する場合、さまざまなCEサンプルをテストして、CEと硬度の相関関係を経験的に判断します。以下は、誘導硬化ねずみ鋳鉄の例です。[8]
参考文献
- ^ ブルノー、ウアン、ウィテカー、1998、p. 29.
- ^ abcde ギンズバーグ、ウラジミール B.; バラス、ロバート (2000)、フラットローリングの基礎、CRC プレス、pp. 141–142、ISBN 978-0-8247-8894-0。
- ^ ab ブルノー、ウアン、ウィテカー 1998、p. 31.
- ^ ab Lancaster, JF (1999). 溶接の冶金学 - 第 6 版. Abington Publishing. p. 464. ISBN 978-1-85573-428-9. 2013年12月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年11月14日閲覧。
- ^ SA-6/SA-6M - 圧延構造用鋼棒、鋼板、形鋼、鋼矢板の一般要求事項の仕様。ASME BPVC セクション II: ASME。2001 年。
- ^ 「炭素当量（重量％）」。1.1 炭素当量と変態温度。日本溶接協会。 2011年11月14日閲覧。
- ^ Yurioka, N. (1990). 「現代の高強度鋼の溶接性」.第一回日米溶接金属学シンポジウム（アメリカ溶接協会）：79–100。
- ^ ab Rudnev 2003、53ページ。
- ^ ab Bex, Tom (1991 年 6 月 1 日)、「チルテスト: 炭素当量の影響」、Modern Casting。
- ^ ルドネフ2003、51ページ。
- ^ Stefanescu, Doro (2017)、「鋳鉄に適用される熱力学原理」、ASM ハンドブック、第 1A 巻、鋳鉄の科学と技術 (2017 版)、ASM International、p. 42、ISBN 978-1-62708-133-7
- ^ Gillespie, LaRoux K. (1988)、「製造プロセスのトラブルシューティング（第4版）」、SME、p. 4-4、ISBN 978-0-87263-326-1。
文献
- ブルーノー、ミシェル、ウアン、チアミン、ウィテカー、アンドリュー・スチュアート（1998）、鋼構造物の延性設計、McGraw-Hill Professional、ISBN 978-0-07-008580-0。
- ルドネフ、ヴァレリー（2003）、誘導加熱ハンドブック、CRC Press、ISBN 978-0-8247-0848-1。
さらに読む
- リンカーン・エレクトリック (1994)。アーク溶接手順ハンドブック。クリーブランド:リンカーン・エレクトリック。ISBN 99949-25-82-2。(ページ 3.3-3)
- Weman, Klas (2003).溶接プロセスハンドブック.ニューヨーク市: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1773-8 .
- アメリカ溶接協会 (2004)。構造溶接規格、AWS D1.1。ISBN 0-87171-726-3。