1. 炭素当量は実際の炭素含有量ではない
証明書のCは炭素含有量、CEVやPcmはCと所定の他元素から求める計算値です。別々の欄に記録します。例えばC＝0.10%とCEV＝0.381%は矛盾しません。後者には他元素の寄与が含まれ、鋼が実際に0.381%の炭素を含むという意味ではありません。
炭素当量式は、当初は成分による焼入性への影響をまとめるために発展し、その後、水素による低温割れ感受性の検討にも使われました。一般的なIIW式とPcmは研究背景が異なり、Pcmは主として炭素量の低い低合金鋼を対象に開発されました。[1] 「低合金」「高強度」「溶接可能」という材料の説明だけでは、その注文で使うべき計算方法は決まりません。
注文書、材料規格、プロジェクト要求、または予定する溶接評価法の定義を確認します。「CE」としか書かれていない場合は具体的な式を特定してください。CETの指定欄にCEVの結果を入れてはいけません。計算ツールが複数の値を出せても、同じ受入条件にすべて使用できるとは限りません。
2. 計算式の名称と用途を結果と一緒に残す
ここではCEV（IIW）とPcm（Ito–Bessyo）を比較します。日本溶接協会の計算資料はCE(IIW)とPcmを別々に示し、成分の単位を質量百分率と明記しています。[2] 項をまとめると次の式になります。
CEV (IIW) = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
Pcm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B
C、Si、Mnなどには質量百分率の数値を入力します。Mn＝1.35%なら1.35を入れ、0.0135ではありません。表の単位がすでに「%」なら、欄の1.35はその単位の値です。Pcm中のBはほう素であり、鋼種名末尾の品質等級Bとは別です。
| 確認項目 | CEV (IIW) | Pcm (Ito–Bessyo) |
|---|---|---|
| この式に必要な元素 | C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu | C, Si, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo, V, B |
| 元素の寄与 | Mnの係数は1/6。他の元素は式の指定どおりにまとめる | Mnの係数は1/20。Si/30、5Bなどの所定項を含む |
| 選択の判断根拠 | 材料・プロジェクト要求がIIW式を指定し、その後の評価方法が当該値を使うか | 要求と材料の適用範囲がPcmに対応し、必要な全データがあるか |
| 照合する要求 | 同じ式で、該当材料、板厚などの条件に対応する要求 | Pcmに定められた要求。CEVの限度値を流用しない |
同じ元素でも重みが違うため、結果が異なるのは自然です。Pcmが小さいから「溶接性が2倍」とは言えず、両方を計算して限度値を満たしやすい方を採用することもできません。Dillingerも複数の炭素当量を区別し、その後の溶接条件計算法に独自の適用範囲を示しています。[3]
3. 入力前に証明書の情報を漏れなく読む
ロット評価に使うデータは、実際の入荷材料と対応している必要があります。成分表を読む前に、溶鋼番号、コイル番号、鋼板番号と証明書の関係を確認します。別溶鋼の証明書、カタログの代表成分、規格の許容上限を、手元の鋼板の実測分析値と扱うことはできません。SSABも証明書成分と鋼板識別の対応、質量百分率での入力を説明しています。[4]
溶鋼分析か製品分析か、また適用要求がどちらを採用しているかを確認します。採取段階や対象が違うため、溶鋼分析のC、別鋼板の製品分析のMn、カタログ代表値のBを混ぜてはいけません。購買段階で所定上限を使い保守的に見積もるなら「上限値を組み合わせた推算」と明記し、その方法で認められる扱いかを確認します。これは実際の溶鋼分析ではなく、受入確認の代わりにはなりません。
空欄、「—」、元素の記載なしは、含有量ゼロの証明ではありません。必要な元素がなければ、実際の分析、報告範囲、または適用要求で認める扱いを供給者に確認します。空欄を自動的にゼロとする計算ツールはソフトの仮定を適用しているだけで、足りない材料証拠を補ったわけではありません。
「＜0.0010%」などの記号を残し、報告限界、検出限界、その他の条件のどれかを確認して、適用ルールに従います。影響範囲を見るため一時的にその上限で計算する場合は「上限による推算」と表示します。実測0.0010%と記録したり、説明なくゼロに変えたりしないでください。限度値に近い結果では、元データの精度、丸め方、適合判定ルールも照合します。
4. 再計算できる例：同じ成分から2つの結果
計算例：以下は単位、係数、検算を説明する仮定の成分です。すべての値が与えられ、同一の分析記録に属すると扱います。特定鋼種や実在溶鋼のデータではありません。2つの式を計算しても、実際の材料に両方の方法を適用する承認を得たことにはなりません。
| 元素 | 仮定含有量（質量%） | 確認点 |
|---|---|---|
| C：炭素 | 0.10 | 両方の式にそのまま加算 |
| Si：けい素 | 0.24 | 本例のCEV式には含まれず、PcmにはSi/30で加算 |
| Mn：マンガン | 1.35 | 2つの式で重みが異なる |
| Cu：銅 | 0.15 | 各式に従ってまとめる |
| Ni：ニッケル | 0.18 | CEVでは15、Pcmでは60で除す |
| Cr：クロム | 0.12 | 各式に従ってまとめる |
| Mo：モリブデン | 0.03 | CEVでは5、Pcmでは15で除す |
| V：バナジウム | 0.02 | CEVでは5、Pcmでは10で除す |
| B：ほう素 | 0.0010 | 質量基準の10 ppmに相当。Pcmでは5倍する |
CEVに代入すると：
CEV = 0.10 + 1.35/6 + (0.12 + 0.03 + 0.02)/5 + (0.18 + 0.15)/15
= 0.10 + 0.225 + 0.034 + 0.022 = 0.381%.
Pcmに代入すると：
Pcm = 0.10 + 0.24/30 + (1.35 + 0.15 + 0.12)/20 + 0.18/60 + 0.03/15 + 0.02/10 + 5×0.0010
= 0.10 + 0.008 + 0.081 + 0.003 + 0.002 + 0.002 + 0.005 = 0.201%.
ここでBは10 ppm＝0.0010%で、Pcmへの寄与は0.005パーセントポイントです。Bを落とすと0.196%になります。一見もっともらしい値でも、この例の入力データとは一致しません。実際の証明書でBが不明なら、0.196%を検証済みの完全なPcm結果と記すこともできません。
原入力、単位、式名、丸め前の途中結果を残し、最後に適用要求の桁数で報告します。本例の0.381%と0.201%が示すのは、与えられた入力に対する算術だけです。材料受入や溶接着手の許可を示す値ではありません。
5. 計算が正しいことと要求を満たすことを分ける
使える計算票では、要求、材料、データ、式、結論をたどれることが重要です。式やデータ出典のない数値だけでは、溶鋼、板厚、溶接工程が変わったときに、以前の記録がまだ適用できるか判断しにくくなります。
| 記録項目 | 残す情報 | 問題が見つかった場合 |
|---|---|---|
| 要求と式 | 文書番号、版、条項、CEV／Pcmの完全な定義 | CEのみの記載は式を確認。同じ略称でも異なる式の可能性がある |
| 材料識別 | 完全な鋼種名、供給状態、板厚、溶鋼・コイル／鋼板番号 | 実物と対応しなければ追跡関係を補う |
| 分析の根拠 | 証明書番号、溶鋼／製品分析、採取対象材料 | 別記録を混ぜず、分析基準を無断で変更しない |
| 元素と単位 | 原数値、質量%／ppm、空欄、「＜」などの記号 | 必要項目を補い、換算や認められた扱いを記録 |
| 計算と照合 | 式の版、入力、途中値、丸めルール、対応する限度値 | 算術の検算と適合判定を別々に記録 |
| 結論と範囲 | 当該材料要求への適合、未決事項、承認者、対象注文 | 一項目の合格を溶接条件全体の承認に広げない |
例えば注文がCEVを明確に制限しているのに供給者がPcmだけを示した場合は、指定式の入力データか適切な追加証明を取得します。「Pcmの方が小さい」は受入理由になりません。反対にPcmが要求され、Bが不明なままなら未決項目として残します。完全なCEV記録があっても解消しません。
6. 結果は実際の継手と溶接工程に使う
炭素当量が表すのは成分要因です。水素割れには水素、割れに敏感な組織、引張応力も関与し、板厚の組合せ、継手拘束、溶接法、溶接材料、入熱も評価に影響します。[5] したがって、単一のCEVやPcmから、すべての部品に共通する予熱温度は決められません。「この値以下なら予熱不要」という購買表では重要条件が欠けます。
材料受入と生産着手は別々に明確な状態で記録できます。例えば「証明書と実物を照合済み、計算確認済み、溶接施工要領の適用性は確認待ち」です。異材継手では各材料の識別・成分証拠を残し、適用方法で継手全体を評価します。両者の成分を平均して架空の材料を作らないでください。
炭素当量が低くても、図面の鋼種、品質等級、供給状態、衝撃要求、他の検査要求が自動的に満たされるわけではありません。代替は全要求で評価します。Q355N、Q355Mと再加熱については、鋼板の供給状態と加工評価ガイドを参照してください。
7. 見積依頼時に提供する情報
溶接ブラケット、フレーム、その他の板金部品では、図面、指定材料、板厚、予定数量を用意し、溶接箇所と重要な取合い位置を示してください。証明書があれば成分ページと対応する材料識別情報を添付します。顧客・注文の機密欄は伏せても構いませんが、今回の照合に必要な対応関係は残します。
図面が「低炭素当量」とだけ指定していたり、証明書に未定義のCE値だけがあったりする場合も、その疑問を明記できます。小さく見える値を自己判断で選ぶより、要求全体、式、取得できる材料情報を先に確かめて加工を相談する方が、実行できる見積条件につながります。