Die Berechnung des Kohlenstoffäquivalents für Stahl erfolgt auf der Grundlage der chemischen Zusammensetzung (vorzugsweise der Produktanalyse). Der Wert dient zur Abschätzung der Härtung und der Anfälligkeit für Kaltrisse beim Schweißen.

Neben Kohlenstoff begünstigen auch andere Legierungselemente die Kaltrissbildung. Zur Abschätzung der Rissanfälligkeit werden häufig Kohlenstoffäquivalente ermittelt. Es gibt zahlreiche Formeln zur Beschreibung des Kohlenstoffäquivalents, in denen die einzelnen Legierungselemente unterschiedlich gewichtet werden.

CE_IIW-Kohlenstoffäquivalent

Vermeidung von Wasserstoffrissbildung (auch als Kaltbruch bekannt). Die Formel basiert auf dem International Institute of Welding (IIW).

Anwendbare Stähle:
C-Mn-Stähle, Feinkornstähle und niedriglegierte Stähle.

Grenzwerte:
CE_IIW = 0,30 bis 0,70 Gew.-%;

Die Berechnung des Kohlenstoffäquivalents erfolgt nach der folgenden Formel:

CE_IIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 [Gew. %]

Grenzwerte für die chemische Zusammensetzung der wichtigsten Legierungselemente [Gew. %]:
C = 0,05 bis 0,25; Si = max. 0,8; Mn = max. 1,7; Cr = max.0,9; Cu = max. 1,0; Ni = max. 2,5; Mo = max. 0,75; V = max. 0,20.

Normen und Druckbehältervorschriften, in denen dieser Kohlenstoffäquivalentwert CE_IIW verwendet wird:

• Methode A der ISO/TR 17671-2
• Methode A der harmonisierten Norm EN 1011-2 Anhang C, Abschnitt 2.2
• EN 13445-4 Abschnitt 8.9: Empfehlung zur Vorwärmung;
• Viele Werkstoffnormen (EN…, ASTM…) enthalten maximale CEIIW-Grenzwerte für bestimmte schweißgeeignete Stähle oder sehen eine optionale Bestellmöglichkeit vor.
• ASME BPVC Abschnitt VIII, Absatz UCS-56-1: Empfehlung zur Vorwärmung für bestimmte Werkstoffe;
• ASME BPVC Abschnitt IX, Tabelle QW-290.4: Wesentliche Variablen der WPS für die Qualifizierung von Verfahren zur Nahtverfestigung
• API-Spezifikation 5L, Abschnitt 9.2.4 und 9.2.5: Maximalwerte nur für PSL-2-Rohre mit einem Kohlenstoffgehalt C > 0,12 %;
• IGC Doc 120/14, Abschnitt D8: Der CE_IIW-Grenzwert beträgt max. 0,43 % für Synthesegas-Rohrleitungen mit einem Kohlenstoffgehalt C > 0,12 %;
• IGC Doc 121/04, Abschnitt D8: Der CE_IIW-Grenzwert beträgt max. 0,43 % für Wasserstoff-Rohrleitungen mit einem Kohlenstoffgehalt C > 0,12 %;

CET Kohlenstoffäquivalent

Diese Methode dient der Vermeidung von Wasserstoffrissen und bezieht sich auf das Lichtbogenschweißen von Werkstoffen der Materialgruppen 1 bis 4 gemäß ISO 15608, insbesondere von hochfesten Stählen. Dieses Kohlenstoffäquivalent ist in verschiedenen Normen und Vorschriften für Druckbehälter enthalten, z. B. als Methode B der ISO/TR 17671-2 und als Methode B der harmonisierten Norm EN 1011-2, Anhang C, Abschnitt 3.2. Zur Berechnung der Vorwärmtemperatur wird vorzugsweise das Kohlenstoffäquivalent CET mit diesem ermittelten Wert verwendet. Zwischen dem Kohlenstoffäquivalent CET und der Vorwärmtemperatur besteht ein linearer Zusammenhang. Eine Erhöhung des Kohlenstoffäquivalents CET um etwa 0,01 % führt zu einer Erhöhung der Vorwärmtemperatur um etwa 7,5 °C.

Anwendbare Stähle:
C-Mn-Stähle, Feinkornstähle, niedriglegierte Stähle

CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 [Gew. %]

Grenzwerte für die chemische Zusammensetzung der wichtigsten Legierungselemente [Gew. %]:
C = 0,05 bis 0,32; Si = max. 0,8; Mn = 0,5 to 1,9; Cr = max. 1,5; Cu = max. 0,7; Ni = max. 2,5; Mo = max. 0,75; V = max. 0,18; Nb = max. 0,06; Ti = max. 0,12;

P_cm Kohlenstoffäquivalent

Das Kohlenstoffäquivalent P_cm (auch CEPcm genannt) basiert auf japanischen Ergebnissen von Ito und Bessyo aus dem Jahr 1969. P_cm ist für neuere mikrolegierte Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ausgelegt. Für Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder Kohlenstoffäquivalenten hat sich Pcm ≤ 0,12 % als besserer Indikator für die Rissanfälligkeit erwiesen. Der Einfluss von Kohlenstoff wird in einer Wärmeeinflusszone (HAZ), die große Mengen an Martensit enthält, entscheidend. Somit ist Pcm ein guter Indikator für wasserstoffunterstützte Rissbildung in der HAZ, da Kohlenstoff in dieser Formel einen hohen Gewichtsanteil hat:

Die Berechnung des Kohlenstoffäquivalents erfolgt nach der folgenden Formel::

P_cm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B [Gew. %]

Normen und andere Spezifikationen in denen dieser Kohlenstoffäquivalentwert P_cm verwendet wird:

• ISO 3138: Maximalwerte für P_cm (0,25 %) nur für PSL-2-Rohrmaterial mit einem Kohlenstoffgehalt C ≤ 0,12 %;
• API-Spezifikation 5L, Abschnitte 9.2.4 und 9.2.5: Maximalwerte nur für PSL-2-Rohre mit einem Kohlenstoffgehalt C ≤ 0,12 %;
• IGC Doc 120/14, Abschnitt D8: Der Pcm-Grenzwert beträgt max. 0,20 % für Synthesegas-Rohrleitungen mit einem Kohlenstoffgehalt C ≤ 0,12 %;
• IGC Doc 121/04, Abschnitt D8: Der Pcm-Grenzwert beträgt max. 0,20 % für Wasserstoffleitungen mit einem Kohlenstoffgehalt C ≤ 0,12 %;
• AWS D1.1, Abschnitt B6.2.2

Weiterführende Informationen

Praktische Online Tools zur Berechnung der Kohlenstoffäquivalente:

CE (IIW) – Kohlenstoffäquivalent Rechner

P_cm – Kohlenstoffäquivalent Rechner

CET – Kohlenstoffäquivalent Rechner