Z25 vs Z35 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Ingenieure, Beschaffungsmanager und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Wahl zwischen zwei nahen Produktgüten, wenn sie Stahl für strukturelle, druckhaltende oder schwere Fertigungsarbeiten spezifizieren. Die Entscheidung zwischen Z25 und Z35 balanciert typischerweise die erforderliche Festigkeit und das Verhalten durch die Dicke im Vergleich zu Kosten, Schweißbarkeit und Verfügbarkeit. Häufige Entscheidungskontexte umfassen geschweißte Behälterschalen, schwere Platten für Brücken und gefertigte Strukturen, bei denen das Risiko von lamellarem Reißen (Delamination) oder richtungsabhängiger Zähigkeit ein Anliegen ist.

Auf hoher Ebene wird Z35 als die leistungsstärkere Güte im Vergleich zu Z25 positioniert: Es bietet im Allgemeinen eine größere Widerstandsfähigkeit gegen lamellares Reißen und höhere Festigkeit, oft erreicht durch kontrollierte Chemie und thermo-mechanische Verarbeitung. Z25 wird ausgewählt, wenn angemessene Festigkeit und Zähigkeit zu niedrigeren Kosten und mit einfacherer Fertigung und Schweißung erforderlich sind. Diese Güten werden verglichen, weil sie ähnliche Anwendungsbereiche ansprechen, sich jedoch in der Legierungsstrategie und Verarbeitung unterscheiden, um die oben genannten Kompromisse zu optimieren.

1. Standards und Bezeichnungen

• Wichtige Standards, in denen Z-präfixierte oder ähnlich nummerierte Produktgüten erscheinen können: nationale und proprietäre Bezeichnungen (EN, ASTM/ASME, JIS, GB) oder Werksstandards. Hinweis: Z25 und Z35 sind Produktgütenbezeichnungen, die von einigen Werken und Spezifizierern verwendet werden; sie sind keine universellen ASTM-Namen wie S275 oder S355.
• Klassifizierung nach Familie:
• Z25: typischerweise ein niedriglegierter oder mikrolegierter Baustahl (niedrig- bis mittlere Festigkeitsklasse).
• Z35: typischerweise ein höherfester mikrolegierter oder niedriglegierter Stahl, optimiert für verbessertes Verhalten durch die Dicke und höhere Streckgrenze/Zugfestigkeit.
• Benutzer müssen Z25/Z35 der spezifischen Normenspezifikation oder dem Lieferantenwerkzeugzertifikat für Beschaffung und Entwurfsverifizierung zuordnen.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die genaue Chemie von Z25 und Z35 ist lieferantenspezifisch. Die folgende Tabelle gibt typische Legierungselemente von Stählen in diesem Leistungsbereich und qualitative oder indikative Bereiche an, die in den Produktdaten der Werke üblich sind. Überprüfen Sie immer das Analysezertifikat.

Tabelle: Typische Zusammensetzungsbereiche (indikativ; konsultieren Sie das Werkzertifikat) | Element | Z25 (typische Strategie) | Z35 (typische Strategie) | |---|---:|---:| | C (Kohlenstoff) | Niedrig bis mittel; optimiert für Schweißbarkeit und Duktilität (indikativ: ~0,08–0,20%) | Niedrig bis mittel; kontrolliert, um Festigkeit und Schweißbarkeit auszubalancieren (indikativ: ~0,08–0,22%) | | Mn (Mangan) | Mäßig zur Unterstützung von Festigkeit und Härtbarkeit (indikativ: ~0,3–1,2%) | Mäßig bis leicht höher, um die Festigkeit zu erhöhen (indikativ: ~0,4–1,4%) | | Si (Silizium) | Kleine Mengen zur Entgasung (≈0,1–0,4%) | Ähnlich, kontrolliert für Zähigkeit (≈0,1–0,4%) | | P (Phosphor) | Niedrig gehalten für Zähigkeit (<0,03%) | Niedrig gehalten für Zähigkeit (<0,03%) | | S (Schwefel) | Niedrig gehalten für Duktilität (<0,02%) | Niedrig gehalten für Duktilität (<0,02%) | | Cr, Ni, Mo (Legierung) | In Grundgüten normalerweise minimal oder nicht vorhanden; kann in legierten Varianten kleine Zusätze enthalten | Kann kleine kontrollierte Zusätze enthalten, um Härtbarkeit und Zähigkeit in Varianten zu verbessern | | V, Nb, Ti (Mikrolegierung) | Kann Spuren von Mikrolegierung (ppm-Niveaus) enthalten, um die Korngröße zu verfeinern und die Festigkeit zu erhöhen | Wahrscheinlicher ist ein gezielter Mikrolegierungsgehalt und eine Verarbeitung zur Verbesserung der Zähigkeit durch die Dicke | | B (Bor) | Typischerweise nicht vorhanden oder auf sehr niedrigen Niveaus | Kann von einigen Werken in geringen Zusätzen verwendet werden, um die Härtbarkeit zu verbessern (ppm) | | N (Stickstoff) | Kontrolliert, um die Stabilität von Einschlüsse und Festigkeit zu steuern | Kontrolliert; niedriger N fördert oft die Zähigkeit |

Wie Legierung Eigenschaften beeinflusst: - Kohlenstoff und Mangan erhöhen die Festigkeit und Härtbarkeit, können jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit verringern, wenn sie übermäßig sind. - Mikrolegierungselemente (Nb, Ti, V) ermöglichen eine Festigkeitssteigerung durch Kornverfeinerung und Ausscheidungshärtung, ohne große Erhöhungen des Kohlenstoffs. - Kontrollierte niedrige Interstitials (P, S, N) und saubere Stahlpraktiken verbessern die Duktilität und das Verhalten durch die Dicke.

3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsreaktion

Typische Mikrostrukturen und Reaktionen:

• Z25:
• Prozessrouten: konventionelles Warmwalzen mit optionaler Normalisierung oder leichter Anlasstemperierung.
• Mikrostruktur: überwiegend Ferrit-Perlit oder feinkörniger Ferrit mit kontrollierter Perlit; mikrolegierte Varianten zeigen feine Ausscheidungen, die die Streckgrenze erhöhen.

• Wärmebehandlungsreaktion: Normalisierung verfeinert das Korn und verbessert die Zähigkeit; schwere Abschreck- und Anlasstemperierungen sind für diese Klasse unüblich.

• Z35:

• Prozessrouten: können kontrolliertes Walzen (thermo-mechanisch kontrollierte Verarbeitung, TMCP) und beschleunigte Kühlung verwenden, um die Mikrostruktur zu verfeinern und feine bainitische/ferritische Bestandteile zu fördern.
• Mikrostruktur: feinkörniger Ferrit mit dispergierter Bainit oder temperierten Martensit/Bainit-Taschen in einigen niedriglegierten Varianten; gezielte Einschlüsse zur Reduzierung des Risikos von lamellarem Reißen.
• Wärmebehandlungsreaktion: TMCP und kontrollierte Kühlung erhöhen die Festigkeit und verbessern die Zähigkeit durch die Dicke effektiver als einfache Normalisierung; Abschreck- und Anlasstemperierung ist möglich, wenn spezifiziert, ändert jedoch die Klassifizierung.

Auswirkungen gängiger Routen: - Normalisierung: verfeinert die Korngröße und homogenisiert die Mikrostruktur; verbessert die Zähigkeit für beide Güten. - Abschrecken & Anlasstemperierung: erhöht die Festigkeit erheblich, erfordert jedoch strengere Schweiß- und Vorwärm/Nachwärm-Kontrollen. - TMCP: ermöglicht höhere Festigkeit und Zähigkeit bei guter Schweißbarkeit durch Verfeinerung der Mikrostruktur ohne starke Legierung.

4. Mechanische Eigenschaften

Exakte mechanische Werte hängen von der Werkszertifizierung, der Produktform (Platte, Coil, geschmiedetes Teil) und der Wärmebehandlung ab. Die folgende Tabelle gibt indikative Vergleichsbereiche und qualitative Beschreibungen an; überprüfen Sie spezifische Werte in den Beschaffungsdokumenten.

Tabelle: Indikative mechanische Eigenschaften (typische Bereiche; konsultieren Sie die Werkdaten) | Eigenschaft | Z25 (indikativ) | Z35 (indikativ) | |---|---:|---:| | Zugfestigkeit | Mäßig — typischerweise im niedrig- bis mittleren Bereich für Baustähle | Höher — typischerweise über Z25, was eine höhere Nachweisfestigkeit widerspiegelt | | Streckgrenze | Niedriger/mittlerer Bereich (geeignet für allgemeine Struktur) | Höher; ausgelegt für höhere statische Lasten | | Dehnung (%) | Gute Duktilität; ausreichend für Umformung und Fertigung | Etwas niedriger oder vergleichbar; hängt von der Verarbeitung ab | | Schlagzähigkeit (Charpy, - oder spezifizierte Temperatur) | Mäßig; hängt von der Sauberkeit und Verarbeitung ab | Höhere Zähigkeit durch die Dicke und richtungsabhängige Zähigkeit; konstruiert, um lamellarem Reißen zu widerstehen | | Härte (HB oder HRC) | Mäßig | Höher, aber immer noch innerhalb schweißbarer Bereiche für viele Güten |

Welche ist stärker, zäher oder duktiler und warum: - Festigkeit: Z35 ist so konstruiert, dass es eine höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit als Z25 durch eine Kombination aus leicht höherem Legierungsgehalt und Prozesskontrolle bietet. - Zähigkeit: Z35 liefert tendenziell verbesserte Zähigkeit durch die Dicke und Delaminationsbeständigkeit aufgrund sauberer Stahlpraktiken, Kontrolle der Einschlüsse und thermo-mechanischer Verarbeitung. Dies ist entscheidend, wo das Risiko von lamellarem Reißen besteht. - Duktilität: Z25 kann unter bestimmten Bedingungen eine marginal höhere gleichmäßige Dehnung aufgrund der niedrigeren Festigkeit zeigen; jedoch kann sorgfältig verarbeiteter Z35 eine gute Duktilität bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit beibehalten.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffäquivalent und die Härtbarkeit geleitet. Für die qualitative Bewertung können Sie das IIW-Kohlenstoffäquivalent und den Pcm-Index verwenden:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretation (qualitativ): - Z25: Mit relativ niedrigem Kohlenstoff und einfacherer Chemie hat es tendenziell ein niedrigeres $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$—was zu einfacherem Schweißen, weniger Vorwärm/Nachwärm-Anforderungen und geringerer Anfälligkeit für Kaltreißen führt. - Z35: Höhere Festigkeit und zusätzliche Mikrolegierung oder leicht höheres Mn können $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ geringfügig erhöhen. Dies erfordert sorgfältigere Schweißverfahrensspezifikationen (PQR/WPS), mögliche Vorwärmung und Aufmerksamkeit für Wasserstoffkontrolle. - Bei beiden Güten: Dicke, Fugenanordnung und Fertigungspraktiken (Sauberkeit, Wasserstoffbake-out, Elektrodenauswahl) beeinflussen die Schweißleistung erheblich. Überprüfen Sie die Schweißverfahrensqualifikation unter Verwendung der Zielplattenchemie.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Nicht rostfreie Güten: Z25 und Z35 sind typischerweise nicht rostfreie niedriglegierte Stähle. Der Korrosionsschutz wird durch Beschichtungen und Design bereitgestellt:
• Feuerverzinkung, zinkreiche Grundierungen, Epoxidbeschichtungen oder Metallisierung sind gängige Schutzstrategien.
• Wählen Sie das Beschichtungssystem basierend auf der Umgebung (C3–C5 Korrosivitätskategorien oder maritim vs. ländlich/industriell).
• Rostfreie Überlegungen: PREN ist nicht anwendbar, es sei denn, die Güte ist eine rostfreie Legierung. Zum Vergleich verwenden rostfreie Legierungen: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ —verwendet, um die Lochkorrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen zu schätzen.
• Wann rostfrei in Betracht ziehen: Wenn langfristige Korrosionsbeständigkeit ohne externe Beschichtungen erforderlich ist, wechseln Sie zur rostfreien Familie, anstatt sich auf Z25/Z35 zu verlassen.

7. Fertigung, Bearbeitbarkeit und Umformbarkeit

• Schneiden: Beide Güten können flammschnitt, plasmageschnitten oder lasergeschnitten werden; die höhere Festigkeit von Z35 kann angepasste Schneidparameter erfordern und härtere wärmebehandelte Zonen erzeugen.
• Bearbeitbarkeit: Z25 lässt sich aufgrund der niedrigeren Festigkeit und weniger Ausscheidungshärtung oft etwas einfacher bearbeiten. Z35, mit Mikrolegierung und höherer Festigkeit, kann härter für den Werkzeugverschleiß sein; wählen Sie Werkzeuge und Geschwindigkeiten entsprechend aus.
• Umformbarkeit und Biegen: Z25 bietet im Allgemeinen eine bessere Biegbarkeit bei gegebener Dicke aufgrund der niedrigeren Streckgrenze. Z35 kann geformt werden, wenn es entsprechend entworfen ist, aber die minimalen Biegeradien können größer und der Rückfederungsgrad höher sein.
• Wärmeeintrag und Umformung: Bei schwerer Umformung oder Nachbearbeitung nach dem Schweißen sollten Sie die spezifizierte Wärmebehandlung der Güte berücksichtigen und sicherstellen, dass die Prozesse keinen unerwünschten Festigkeitsverlust verursachen.

8. Typische Anwendungen

Tabelle: Typische Anwendungen für jede Güte | Z25 (typische Anwendungen) | Z35 (typische Anwendungen) | |---|---| | Allgemeine Strukturplatten und Träger, bei denen Standardfestigkeit und gute Schweißbarkeit Priorität haben | Schwere gefertigte Komponenten und Platten, bei denen höhere Festigkeit und verbessertes Verhalten durch die Dicke erforderlich sind | | Gefertigte Rahmen, Förderer und allgemeine Stahlkonstruktionen | Druckbehälter-Skirts, schwere Flansche und geschweißte Strukturen mit Risiko von lamellarem Reißen | | Mittelstark geschweißte Tanks und Behälter mit Beschichtungen zum Korrosionsschutz | Brücken, offshore oder nearshore strukturelle Elemente, bei denen Zähigkeit durch die Dicke entscheidend ist | | Anwendungen, die Kosten, einfache Beschaffung und unkompliziertes Schweißen priorisieren | Anwendungen, die höhere Tragfähigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und reduziertes Delaminationsrisiko priorisieren |

Auswahlbegründung: - Wählen Sie Z25, wenn Kosten, unkomplizierte Fertigung und gute allgemeine Duktilität/Schweißbarkeit die Hauptfaktoren sind. - Wählen Sie Z35, wenn stärkere, zähere Platten mit konstruiertem Verhalten durch die Dicke erforderlich sind (z.B. dicke geschweißte Verbindungen, schwere tragende geschweißte Baugruppen).

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: Z35 hat typischerweise einen Aufpreis gegenüber Z25 aufgrund strengerer Chemiekontrolle, Mikrolegierung, TMCP-Verarbeitung oder zusätzlicher Qualifikationsschritte. Der Aufpreis variiert je nach Region und Hersteller.
• Verfügbarkeit: Z25 ist oft in mehreren Werkgrößen, Dicken und Produktformen breiter verfügbar. Z35 kann als Standardplatten-Coils und Platten verfügbar sein, kann jedoch in speziellen Dicken oder bei Kleinserienaufträgen begrenzt sein; die Lieferzeiten können für zertifiziertes Z35-Material länger sein.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle, die die wichtigsten Kompromisse zusammenfasst | Merkmal | Z25 | Z35 | |---|---:|---:| | Schweißbarkeit | Hoch; einfachere PQR/WPS | Gut, aber mehr Aufmerksamkeit für Vorwärmung/Wasserstoffkontrolle erforderlich | | Festigkeits-Zähigkeits-Balance | Mäßige Festigkeit mit guter Duktilität | Höhere Festigkeit mit verbesserter Zähigkeit durch die Dicke | | Kosten | Niedriger | Höher |

Empfehlungen: - Wählen Sie Z25, wenn: - Ihr Projekt Kosteneffizienz, unkompliziertes Schweißen und allgemeine strukturelle Leistung priorisiert. - Plattendicke, Fugenanordnung und Einsatzbedingungen kein erhöhtes Risiko von lamellarem Reißen oder Spannungen durch die Dicke darstellen. - Sie eine breite Verfügbarkeit und kurze Lieferzeiten benötigen.

• Wählen Sie Z35, wenn:
• Sie höhere Streckgrenze/Zugfestigkeit und verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen lamellares oder durch die Dicke reißen benötigen.
• Das Design schwere geschweißte Verbindungen, dicke Platten oder Bedingungen umfasst, bei denen richtungsabhängige Zähigkeit wichtig ist (ermüdungsanfällig oder zyklische Belastung).
• Sie einen höheren Materialkosten und möglicherweise strengere Fertigungskontrollen für ein langlebigeres strukturelles Ergebnis akzeptieren.

Letzte Anmerkung: Z25 und Z35 sind Kurzbezeichnungen für Produktgüten, deren genaue Chemie und mechanische Garantien aus dem Werkzertifikat und der geltenden Spezifikation entnommen werden müssen. Für sicherheitskritische oder geschweißte druckhaltende Anwendungen sollten immer die erforderlichen mechanischen Eigenschaften (Streckgrenze, Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit bei Temperatur), maximal zulässige Chemiewerte und erforderliche Schweißverfahren in der Beschaffung und den Zeichnungen spezifiziert werden.