Свариваемость стали оценка

25.02.2026
Инженерные термины и определения

Свариваемость стали — способность металла образовывать качественное сварное соединение без трещин и недопустимых дефектов при применении рационального технологического процесса. Оценить свариваемость расчётным путём позволяет углеродный эквивалент Сэкв: зная его значение, инженер определяет группу свариваемости и необходимость подогрева ещё до начала сварочных работ.

Что такое свариваемость стали и от чего она зависит

Свариваемость охватывает два взаимосвязанных аспекта. Металлургическая свариваемость — склонность к образованию горячих трещин в металле шва и холодных трещин в зоне термического влияния (ЗТВ). Технологическая свариваемость — возможность получить соединение с заданными механическими свойствами стандартными способами сварки без чрезмерного усложнения технологии.

Главный фактор, определяющий свариваемость конструкционных сталей, — химический состав: прежде всего содержание углерода и легирующих элементов. С ростом их суммарной концентрации увеличивается прокаливаемость стали, в ЗТВ интенсивнее образуется мартенсит, растут остаточные напряжения — и риск холодных трещин возрастает. Холодные трещины опасны тем, что способны появляться спустя несколько часов после завершения сварки и остывания соединения.

Формулы углеродного эквивалента для оценки свариваемости стали

Углеродный эквивалент (Сэкв, CE) приводит влияние всех легирующих элементов к условному содержанию углерода. Применяют две основные формулы в зависимости от содержания углерода в стали.

Формула IIW (Международный институт сварки)

Применяется для сталей с содержанием углерода C > 0,18%. Разработана IIW (International Institute of Welding) и используется в соответствии с EN 1011-2:

CE (IIW) = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

Все значения — в массовых процентах по сертификату качества конкретной плавки.

Формула Pcm (Ito-Bessyo)

Применяется для низкоуглеродистых сталей (C ≤ 0,18%) с высокой прочностью — трубные стали категорий X52–X100, термоупрочнённые конструкционные стали (S690QL и аналоги). Для таких сталей формула IIW систематически завышает оценку риска. Формула разработана Ito и Bessyo, достоверность подтверждена испытаниями на Y-образных образцах (Y-тест, тест Тэккен). Используется в соответствии с EN 1011-2:

Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

Расчёт всегда выполняют по данным конкретной плавки из сертификата качества. Применение номинального состава по ГОСТ допустимо только как первичная, консервативная оценка: разброс легирующих элементов в пределах марки существенно меняет CE и может переводить сталь из одной группы свариваемости в другую.

Четыре группы свариваемости стали по углеродному эквиваленту

В инженерной практике стали делят на четыре группы свариваемости. Приведённые примеры марок соответствуют типовым (средним) составам плавок; для граничных марок обязателен расчёт CE по фактическому сертификату.

Группа	CE (IIW)	Характеристика	Подогрев	Типичные марки
I. Хорошая	< 0,25	Сварка без ограничений; риск холодных трещин минимален	Не требуется	08кп, 10, Ст2сп
II. Удовлетворительная	0,25–0,35	Качественный шов при соблюдении технологии; риск трещин при неблагоприятных условиях	При t < +5 °C и толщине ≥ 36 мм	Ст3сп (типовой состав), 09Г2С (тонкий)
III. Ограниченная	0,35–0,45	Склонность к холодным трещинам; строгий контроль режимов обязателен	Обязателен (100–200 °C)	30, 35 (типовой состав), 09Г2С (толстый), 17Г1С
IV. Плохая	> 0,45	Высокий риск трещин; специальные технологические меры обязательны	Обязателен (200–400 °C)	45, 30ХГСА, 40Х, 65Г, У8, ШХ15

Граничные значения CE — инженерные ориентиры. Точный порог подогрева для конкретного применения рассчитывают по EN 1011-2 с учётом толщины металла, погонной энергии сварки и содержания диффузионного водорода в наплавленном металле.

Расчётные значения CE для конкретных марок стали

Таблица составлена по крайним значениям состава из соответствующих ГОСТов. Диапазон CE отражает разброс состава в пределах марки. Группа свариваемости указана с учётом полного диапазона CE по формуле IIW.

Марка стали	C, %	CE (IIW), расч.	Группа свариваемости	ГОСТ на сталь
Ст3сп	0,14–0,22	0,21–0,33	I–II	ГОСТ 380-2005
09Г2С	≤0,12	0,29–0,40	II–III	ГОСТ 19281-2014
17Г1С	≤0,20	0,32–0,47	II–III (до IV при max Mn)	ГОСТ 19281-2014
30ХГСА	0,28–0,35	0,57–0,75	IV	ГОСТ 4543-2016
40Х	0,36–0,44	0,60–0,79	IV	ГОСТ 4543-2016
65Г	0,62–0,70	0,77–0,90	IV	ГОСТ 14959-2016

Широкий разброс CE внутри одной марки (например, 17Г1С: 0,32–0,47) наглядно показывает, почему расчёт по сертификату плавки обязателен. Плавка с C = 0,13% и Mn = 1,15% даст CE = 0,32 (Группа II), а плавка с C = 0,20% и Mn = 1,60% — CE = 0,47 (Группа IV), при том что обе укладываются в рамки одной марки по ГОСТ.

Для аустенитных нержавеющих сталей (12Х18Н10Т и аналоги) формула CE (IIW) применяется ограниченно: она не учитывает стабилизирующий эффект хрома и никеля на структуру. Основные риски для аустенитных сталей — горячие трещины кристаллизации и сенсибилизация, оцениваемые по диаграмме Шеффлера или WRC-1992 (Kotecki, Siewert).

Дополнительные факторы, влияющие на свариваемость

Содержание диффузионного водорода в наплавленном металле — главный триггер холодных трещин. Электроды с основным покрытием (УОНИ и аналоги) при прокалке по режиму производителя дают Н₂ < 5 мл/100 г металла (уровень H5 по EN ISO 2560); рутиловые электроды без специальной обработки — как правило, 10–20 мл/100 г. Снижение содержания водорода позволяет работать с более высоким CE без подогрева.
Толщина металла и тип соединения. С увеличением толщины возрастает скорость охлаждения ЗТВ. Угловой шов охлаждается быстрее стыкового при той же толщине — риск трещин выше. Для 09Г2С при толщине до 16 мм и t > 0 °C подогрев, как правило, не нужен; при толщине 50 мм — необходим.
Жёсткость конструкции. Высокие остаточные напряжения в жёстких узлах требуют более строгого контроля режима, чем при сварке свободных стыков с тем же CE.
Твёрдость ЗТВ. Принятый предельный критерий для конструкционных сталей — 350 HV (EN ISO 15614-1:2017). Превышение этого значения свидетельствует о формировании высокоуглеродистого мартенсита и риске холодного растрескивания.

Частые вопросы о свариваемости стали

Как рассчитать CE, если сертификат плавки недоступен?

При отсутствии сертификата используют максимальные значения элементов из ГОСТ на данную марку стали. Это даёт консервативную (завышенную) оценку CE — наихудший возможный сценарий для данной марки. При таком подходе требования к подогреву будут гарантированно выполнены с запасом. Для точной оценки, а также при работе с ответственными конструкциями, расчёт по сертификату конкретной плавки обязателен.

Нужен ли подогрев при сварке стали 09Г2С?

Для тонкого проката 09Г2С (толщина до 16–20 мм) при температуре воздуха выше 0 °C подогрев, как правило, не требуется. При толщине 36 мм и более, при отрицательных температурах или в жёстких конструктивных узлах необходим подогрев до 80–120 °C. Точное решение принимается расчётом по EN 1011-2 с учётом фактического CE по сертификату, толщины металла и содержания водорода в применяемых электродах или проволоке.

Можно ли сварить сталь с плохой свариваемостью (IV группа)?

Да. Для сталей IV группы обязательны: предварительный и сопутствующий подогрев 200–400 °C, применение электродов с основным покрытием (содержание водорода H5 и ниже), строгий контроль погонной энергии и, как правило, высокий отпуск 600–650 °C после сварки. Без этих мер холодные трещины образуются в ЗТВ, нередко — спустя несколько часов после остывания шва.

Чем формула Pcm точнее CE (IIW) для высокопрочных низкоуглеродистых сталей?

Формула CE (IIW) разрабатывалась для сталей с C > 0,18% и при C ≤ 0,18% систематически завышает расчётный риск. Формула Pcm учитывает иную физику закалки низкоуглеродистых сталей: в ней кремний входит через член Si/30, а бор выделен особо (5B) — это существенно при микролегировании. Достоверность Pcm подтверждена испытаниями на Y-образных образцах (Y-тест, тест Тэккен) и реализована в EN 1011-2 как отдельный метод расчёта для таких сталей.

Заключение

Свариваемость стали оценивают через углеродный эквивалент до начала сварочных работ. Формула CE (IIW) применяется при C > 0,18%, формула Pcm — для низкоуглеродистых высокопрочных марок. Четыре группы свариваемости — от хорошей (CE < 0,25) до плохой (CE > 0,45) — задают принципиально разные технологические требования: от сварки без ограничений до обязательного подогрева 200–400 °C и послесварочного отпуска. Разброс CE в пределах одной марки может охватывать несколько групп, поэтому расчёт по фактическому сертификату плавки — обязательное условие достоверной оценки. Результаты расчёта и режимы сварки закрепляют в технологической карте (WPS) в соответствии с ГОСТ Р ИСО 15614-1 и требованиями применимых нормативных документов на конструкцию.

Статья носит ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов в качестве справочного материала. Расчётные диапазоны CE получены из предельных значений состава по ГОСТам и могут отличаться от значений конкретных плавок. Рекомендации по подогреву являются ориентировочными: точные параметры определяются расчётом по EN 1011-2, ГОСТ 26388-84 и иным применимым стандартам с учётом фактического химического состава, толщины металла, типа соединения, погонной энергии и содержания диффузионного водорода. Автор не несёт ответственности за результаты применения приведённых данных без проведения необходимых технологических расчётов и испытаний.

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.

Задать вопрос

Подшипники SKF -15%!

Каталог 2025