등가 탄소 함량

등가 탄소 함량 개념은 단순히 탄소를 합금제로 사용할 때 합금의 다양한 성질을 결정하기 위해 일반적으로 강철과 주철에 사용된다.그 아이디어는 탄소 이외의 합금 원소의 비율을 동등한 탄소 퍼센트로 변환하는 것이다. 왜냐하면 철 탄소 단계는 다른 철 합금 단계보다 더 잘 이해되기 때문이다.가장 일반적으로 이 개념은 용접에 사용되지만 열처리 및 주철을 주조할 때도 사용된다.

강철

용접 시 등가 탄소 함량(C)E)는 다양한 합금 요소가 용접되는 강철의 경도에 어떤 영향을 미치는지 이해하기 위해 사용된다.이는 다음으로 가장 일반적인 강철 용접 결함인 수소로 인한 냉간 균열과 직접 관련되므로 용접성을 결정하는 데 가장 많이 사용된다.고농도의 탄소 및 기타 합금 원소인 망간, 크롬, 실리콘, 몰리브덴, 바나듐, 구리, 니켈은 경도를 증가시키고 용접성을 감소시키는 경향이 있다.그러나 이러한 각 원소는 서로 다른 크기의 강철의 경도와 용접성에 영향을 미치는 경향이 있어 서로 다른 합금 원소로 만들어진 두 합금 사이의 경도 차이를 판단하는 데 필요한 비교 방법을 만든다.^[1][2]등가 탄소 함량을 계산하기 위해 일반적으로 사용되는 공식은 두 가지가 있다.하나는 미국용접협회(AWS) 소속으로 구조용강 추천을 받은 것이고, 다른 하나는 국제용접연구소(IIW)에 기반을 둔 공식이다.^[3]

AWS는 0.40% 이상의 동등한 탄소 함량의 경우 불꽃 절단 가장자리와 용접부의 열영향부(HAZ)에 균열이 발생할 가능성이 있다고 명시하고 있다.그러나 구조공학 표준은 CE를 거의 사용하지 않고 오히려 특정 합금 원소의 최대 비율을 제한한다.이 연습은 CE 개념이 존재하기 전에 시작되었으므로 계속 사용되어진다.이는 현재 CE가 0.50% 이상이고 부서지기 쉬운 고장이 있는 특정 고강도 강철을 사용하고 있기 때문에 문제가 되고 있다.^[3]

${\displaystyle CE=\%{\text{\text}C}}+{\frac{\%{\text{Mn}+\%{\text{Si}}{6}}{6}}}{\frac {\%\cr}+\%{\text{Mo}}+\%{\text}}{\text}}{\text}}{\text}}}}}{\text}}}}}{V}}{5}}+{\frac {\%{\cu}+\%{\text{Ni}}{15}}}}}$

또 다른 가장 인기 있는 공식은 Dearden과 O'Neill 공식으로, 1967년 IIW에 의해 채택되었다.^[4]이 공식은 일반적으로 사용되는 광범위한 플레인 탄소강과 탄소망간강에서 경화성을 예측하는 데 적합하지만 고강도 저합금강이나 저합금 Cr-Mo강에는 적합하지 않은 것으로 밝혀졌다.공식은 다음과 같이 정의된다.^[2]

${\displaystyle CE=\%{\text{\text}C}}+{\frac {\%{\text{Mn}}{6}}{6}+{\frac {\%{\text{Cr}}+\%{Mo}+\%{\text}{\text}}{\text}}}{\text}}{\text}}}}{\text}}}}{V}}{5}}+{\frac {\%{\cu}+\%{\text{Ni}}{15}}}}}$

이 방정식의 경우 다양한 CE 값에 기초한 용접성은 다음과 같이 정의할 수 있다.^[2][5]

탄소 등가(CE)	용접성
최대 0.35까지	훌륭하다
0.36–0.40	아주 좋아요.
0.41–0.45	좋아
0.46–0.50	페어
0.50 이상	가난하다

일본용접공학회는 이토와 베쇼의 연구를 바탕으로 한 용접균열에 대한 중요 금속 매개변수(Pcm)를 채택한 것은 다음과 같다.^[4][6]

${\displaystyle Pcm=\%{\text{C}}+{\frac {\%{\text{Si}}}{30}}+{\frac {\%{\text{Mn}}+\%{\text{Cu}}+\%{\text{Cr}}}{20}}+{\frac {\%{\text{Ni}}}{60}}+{\frac {\%{\text{Mo}}}{15}}+{\frac {\%{\text{V}}{10}}+5B}$

일부 값을 사용할 수 없는 경우 다음 공식을 사용하는 경우가 있다.^{[citation needed]}

${\displaystyle CE=\%{\text{\text}C}+{\frac{\%{\text{Mn}}{6}+{\frac{1}{20}}}}$

탄소 등가는 용접이 냉각 시 마텐사이트를 형성하고 부서지기 쉬운 골절을 겪게 되는 경향을 측정한 것이다.탄소 당량이 0.40 ~ 0.60 사이인 경우 용접 예열이 필요할 수 있다.탄소 당량이 0.60 이상일 때는 예열이 필요하며, 사후 열도 필요할 수 있다.

고강도 저합금강에서 과도한 경화성으로 인해 스폿 용접이 실패하는지를 판단하기 위해 다음과 같은 탄소 등가공식을 사용한다.^[2]

${\displaystyle CE=\%{\text{\text}C}}+{\frac{\%{\cr}}{6}}{6}+{\frac {\%{{\cr}}+\%{\cr}}{{{Mo}}+\%{Zr}}}{10}}}}}{\frac{\%{\%{\%{\text}}{\text}}}}}}}}}{{{{{\cext}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}Ti}}{2}}+{\frac {\%{\text{Cb}}{3}}{3}+{\frac {\%{\text}{\text}{\text}}}{3}}}}}{\frac}}{\%{V}}{7}}+{\frac {UTS}{900}+{\frac {h}{20}}}}}$

여기서 UTS는 ksi의 최종 인장 강도와 h는 인치 단위의 스트립 두께다.CE 값이 0.3 이하일 경우 안전하다고 간주한다.^[2]

특수 탄소 등가물이 유리오카에 의해 개발되었는데,^[7] 이는 저탄소 합금강(HAS)의 열영향부(Heat Affected Zone) 내 마텐산염 형성에 대한 임계 시간을 초 Δt로 결정할 수 있었다.방정식은 다음과 같이 주어진다.

${\displaystyle CE*=\%{\text{C}+{\frac{\%{\text{Mn}}{3}.6}}+{\%{\frac{\%{\text{Cu}}{20}}{20}+{\frac{\%{Ni}}}{9}}}{9}}+{\%{\cr}}{5}}}{\frac{\%{\text}}}}}{4}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

여기서:

${\displaystyle \%{\text{C}*={\begin{case}5\%{\text{C}&{\mbox{{}}\%\%\\text{C}\leq 0.30\%\\\\\\\frac{1}{6}}\%\text{\text{}}C}&{\mbox{{}\%{\text{{}C}\geq 0.30\%\end{case}}$

그 다음 초 단위의 임계 시간 Δt는 다음과 같이 결정할 수 있다.

${\displaystyle \log _{10}\Delta t_{8-5}=2.69CE*}$

주철

주철의 경우 합금 원소가 열 처리 및 주조 거동에 어떤 영향을 미치는지 이해하기 위해 동등한 탄소 함량(CE) 개념을 사용한다.그것은 최종 구조에서 오스테나이트와 흑연의 대략적인 균형을 주기 때문에 주철 강도의 예측 변수로 사용된다.^{[citation needed]}주철에서 CE를 결정하기 위해 다양한 공식을 사용할 수 있으며, 여기서 점점 더 많은 수의 원소가 포함된다.

${\displaystyle CE=\%{\text{\text}C}+0.33\왼쪽(\%{\text{Si}\오른쪽)}$^[8]

${\displaystyle CE=\%{\text{\text}C}}+0.33\왼쪽(\%{\text{Si}}+\%{\text{\text}{\text{}}}P}\오른쪽)}$^[9]

${\displaystyle CE=\%{\text{\text}C}}+0.33\왼쪽(\%{\text{Si}\오른쪽)+0.33\왼쪽(\%{\text}{\text}{P}}\오른쪽)-0.027\왼쪽(\%{\text{Mn}\오른쪽)+04\왼쪽(\%{\text{S}\오른쪽)}$^[10]

${\displaystyle CE=\%{\text{\text}C}}+0.28\좌측(\%{\text{Si}\우측)+0.303\좌측(\%{\text{\text}{P}}\right)-0.007\left(\%{\text{Mn}}\right)+0.033\left(\%{\text{Cr}}\right)+0.092\left(\%{\text{Cu}}\right)+0.011\left(\%{\text{Mo}}\right)+0.054\left(\%{\text{Ni}}\right)}$^[11]

이 CE는 합금이 저자극인지, 공극인지 또는 공극인지를 결정하기 위해 사용된다. 주철의 경우 공극은 4.3%의 탄소다.주철을 주조할 때 이것은 최종 곡물 구조를 결정하는 데 유용하다. 예를 들어, 과피ectic 주철은 보통 거친 곡물 구조를 가지고 있고 큰 키시 흑연 플레이크가 형성된다.^[12]또한 CE가 증가할수록 수축이 적다.^[9]주철을 열처리할 때 다양한 CE 시료를 시험하여 CE와 경도 사이의 상관관계를 실증적으로 결정한다.다음은 유도 경화 회철에 대한 예다.^[8]

구성 [%]†		탄소 등가‡	경도 [HRC] (경도 시험에서 변환)
C	SI		HRC	HR 30 N	미세경성
3.13	1.50	3.63	50	50	61
3.14	1.68	3.70	49	50	57
3.19	1.64	3.74	48	50	61
3.34	1.59	3.87	47	49	58
3.42	1.80	4.02	46	47	61
3.46	2.00	4.13	43	45	59
3.52	2.14	4.23	36	38	61
†각 표본은 또한 0.5–0.9 Mn, 0.35–0.55 Ni, 0.08–0.15 Cr, 0.15–0.30 Mo를 포함했다. 첫 번째 CE 방정식을 ‡사용한다.

참조

참고 문헌 목록

• Bruneau, Michel; Uang, Chia-Ming; Whittaker, Andrew Stuart (1998), Ductile design of steel structures, McGraw-Hill Professional, ISBN 978-0-07-008580-0.
• Rudnev, Valery (2003), Handbook of induction heating, CRC Press, ISBN 978-0-8247-0848-1.

추가 읽기

• 링컨 일렉트릭(1994년).아크 용접 절차 핸드북.클리블랜드:링컨 전기.ISBN 99949-25-82-2(3.3페이지)
• 위만, 클라스(2003년).용접 프로세스 핸드북뉴욕시: CRC 프레스 LLC.ISBN 0-8493-1773-8
• 미국 용접 협회 (2004)구조용접 코드, AWS D1.1. ISBN 0-87171-726-3.