Das Kohlenstoffäquivalent (Ceq) ist der wichtigste Parameter zur Beurteilung der Schweißbarkeit von Q390B und seines Kaltrissrisikos.
1. Kohlenstoffäquivalentbereich (Ceq) für Q390B
Der Ceq für Q390B ist kein fester Einzelwert, sondern ein definierter maximal zulässiger Grenzwert, der durch die Norm festgelegt wird. Sein typischer/tatsächlicher Bereich in kommerziell hergestelltem Stahl ergibt sich aus den Grenzwerten für die chemische Zusammensetzung in GB/T 1591-2018.
Einige Hersteller streben möglicherweise das untere Ende (~0,44–0,46 %) an, um die Schweißbarkeit zu verbessern, während andere an die Grenze gehen, um sicherzustellen, dass die Festigkeitsziele mit weniger kostspieligen Legierungen erreicht werden.
Kernpunkt:Bei der Beschaffung von Q390B muss der tatsächliche Ceq-Wert im Mühlentestzertifikat angegeben werden. Verlassen Sie sich nicht auf den typischen Bereich; Nutzen Sie den bereitgestellten Wert für Ihre Schweißverfahrensberechnungen.
2. Wie Ceq die Anfälligkeit für Kälterisse beeinflusst
Kaltrissbildung (auch wasserstoffinduzierte Rissbildung oder verzögerte Rissbildung genannt) stellt ein großes Risiko beim Schweißen von hochfesten, niedriglegierten Stählen wie Q390B dar. Der Ceq ist durch den folgenden Mechanismus ein direkter Prädiktor für dieses Risiko:
Der Link: Ceq → Härtbarkeit → Mikrostruktur → Suszeptibilität
Hoher Ceq → Hohe Härtbarkeit:
Die Ceq-Formel nähert sich der Fähigkeit des Stahls an, beim schnellen Abkühlen harte Phasen zu bilden. Jedes Element in der Formel trägt dazu bei, das Zeit-Temperatur-Transformationsdiagramm (TTT) nach rechts zu verschieben, was bedeutet, dass sich Martensit auch bei langsameren Abkühlgeschwindigkeiten bildet.
Schnelle Abkühlung → Bildung von hartem Martensit:
Beim Schweißen wird die Wärmeeinflusszone (HAZ) auf hohe Temperaturen erhitzt und dann durch das umgebende kalte Grundmetall schnell abgekühlt. Wenn der Ceq hoch ist, wandelt sich die HAZ eher in harten, spröden Martensit als in weicheres Ferrit/Perlit um.
Martensit + Wasserstoff + Spannung=Kaltrissbildung:
Dies ist das klassische „Drei-{0}}Faktoren-Modell für das Kaltknacken:
Anfällige Mikrostruktur (Martensit):Bereitgestellt durch den hohen Ceq. Martensit hat eine geringe Zähigkeit und neigt stark zur Rissbildung.
Wasserstoff (H):Eingebracht durch Feuchtigkeit im Schweißflussmittel, Schutzgas oder Verunreinigungen auf der Plattenoberfläche.
Zugspannung:Unvermeidlich durch thermische Schrumpfung und Verbindungsbeschränkung.
Wasserstoffatome diffundieren und sammeln sich in der beanspruchten martensitischen WEZ an. Wenn eine kritische Kombination erreicht wird, breitet sich ein spröder Riss aus, oft Stunden oder Tage nach dem Schweißen („verzögerte“ Rissbildung).
Praktische Implikationen für das Schweißen Q390B
Da der Ceq von Q390B (0,44-0,49 %) deutlich höher ist als der von Weichstahl (z. B. ~0,35 % für Q235) und moderat höher als der von Q355B, sind strenge Schweißverfahren nicht verhandelbar.
| Ceq (IIW)-Bereich | Auswirkungen auf das Schweißverfahren für Q390B |
|---|---|
| ~0.44 - 0.46% | Moderate Risk. Preheating is mandatory for most thicknesses (>10-15mm). Strenge Kontrolle der Wasserstoffquellen erforderlich. |
| ~0.47 - 0.49% | Hohes Risiko. Höhere Vorwärm-/Zwischenlagentemperaturen sind erforderlich. Möglicherweise ist die Verwendung von Elektroden mit extrem niedrigem Wasserstoffgehalt erforderlich (<5ml/100g deposited metal). Post-weld heat treatment (PWHT) may be necessary for thick, highly restrained joints. |
Erforderliche Schadensbegrenzungsmaßnahmen:
Vorheiz- und Zwischentemperaturregelung:Dies ist die primäre Kontrolle. Durch das Vorwärmen wird die Abkühlgeschwindigkeit verlangsamt, sodass sich die HAZ in weichere, duktilere Mikrostrukturen (z. B. Bainit) anstelle von Martensit umwandeln kann. Die erforderliche Vorheiztemperatur (z. B. 80 Grad - 150 Grad) wird direkt durch die bestimmttatsächlicher Ceq und Plattendicke.
Ultra-Low-Wasserstoff-Praxis:
Verwenden Sie Schweißzusatzstoffe mit niedrigem -Wasserstoffgehalt (H4) oder sehr niedrigem -Wasserstoffgehalt (H5, H10).
Backen Sie die Elektroden unbedingt gemäß den Herstellerangaben.
Halten Sie die Werkstücke vollkommen trocken (keine Feuchtigkeit, Eis, Rost).
Optimaler Wärmeeintrag:Halten Sie die Wärmezufuhr innerhalb eines qualifizierten Bereichs. Zu niedrig begünstigt schnelles Abkühlen und Martensitbildung. Ein zu hoher Wert kann die HAZ-Körner übermäßig vergröbern und die Zähigkeit verringern.
Post-Schweißwärmebehandlung (PWHT): For thick sections (often >30–40 mm) oder stark zugbelastete Verbindungen wird ein Spannungsarmglühen (z. B. 550–600 Grad) verwendet, um Martensit zu temperieren, Wasserstoff herauszudiffundieren und Spannungen abzubauen.
Schweißverfahrensqualifizierung (WPQR):Eine Verfahrensqualifizierungsprüfung muss Härtedurchgänge über die WEZ umfassen, um sicherzustellen, dass sie sichere Grenzwerte (typischerweise 350 HV10) nicht überschreitet und dass keine Risse vorhanden sind.
Zusammenfassung
Das Kohlenstoffäquivalent (Ceq) von Q390B, typischerweise 0,44-0,49 %, ist ein direktes quantitatives Maß für seine Tendenz zur Bildung von hartem, riss-empfindlichem Martensit in der Schweißzone. Dieser erhöhte Ceq im Vergleich zu Sorten mit geringerer{7}}Festigkeit erhöht grundsätzlich die Anfälligkeit für Kaltrisse. Folglich erfordert das Schweißen von Q390B ein streng kontrolliertes, wasserstoffarmes Verfahren mit obligatorischem Vorwärmen und Parametern, die auf den spezifischen Ceq-Wert und die Dicke zugeschnitten sind. Das Ignorieren dieses Zusammenhangs ist die häufigste Ursache für katastrophale Schweißfehler bei hochfesten Stahlkonstruktionen.