Z25 против Z35 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с выбором между двумя близкими сортами продукции при спецификации стали для конструктивных, удерживающих давление или тяжелых производственных работ. Решение между Z25 и Z35 обычно балансирует между необходимой прочностью и производительностью по толщине против стоимости, свариваемости и доступности. Общие контексты принятия решений включают сварные оболочки сосудов, тяжелые плиты для мостов и изготовленные конструкции, где риск ламеллярного разрыва (деламинации) или направленная прочность вызывает беспокойство.

На высоком уровне Z35 позиционируется как более производительный сорт по сравнению с Z25: он обычно предлагает большую сопротивляемость к слоистому разрыву и более высокую прочность, часто достигаемую за счет контролируемой химии и термомеханической обработки. Z25 выбирается, когда требуется достаточная прочность и прочность при более низкой стоимости и более легкой обработке и сварке. Эти сорта сравниваются, потому что они нацелены на схожие области применения, но различаются в стратегии легирования и обработке для оптимизации вышеуказанных компромиссов.

1. Стандарты и обозначения

• Основные стандарты, в которых могут появляться продукты с префиксом Z или аналогичными номерами: национальные и собственные обозначения (EN, ASTM/ASME, JIS, GB) или стандарты заводов. Примечание: Z25 и Z35 — это ярлыки сортов продукции, используемые некоторыми заводами и спецификаторами; они не являются универсальными названиями ASTM, такими как S275 или S355.
• Классификация по семейству:
• Z25: обычно низколегированная или микроалюминированная конструкционная сталь (низкий и средний диапазон прочности).
• Z35: обычно более прочная микроалюминированная или низколегированная сталь, оптимизированная для улучшенного поведения по толщине и более высокой предельной/растяжимой прочности.
• Пользователи должны сопоставить Z25/Z35 с конкретной стандартной спецификацией или сертификатом поставщика для закупок и проверки проектирования.

2. Химический состав и стратегия легирования

Точная химия Z25 и Z35 зависит от поставщика. Таблица ниже дает типичные легирующие элементы сталей в этом диапазоне производительности и качественные или индикативные диапазоны, общие для данных о продукции завода. Всегда проверяйте с сертификатом анализа.

Таблица: Типичные диапазоны состава (индикативные; проконсультируйтесь с сертификатом завода) | Элемент | Z25 (типичная стратегия) | Z35 (типичная стратегия) | |---|---:|---:| | C (углерод) | Низкий до среднего; оптимизирован для свариваемости и пластичности (индикативно: ~0.08–0.20%) | Низкий до среднего; контролируемый для балансировки прочности и свариваемости (индикативно: ~0.08–0.22%) | | Mn (марганец) | Умеренный для повышения прочности и закаливаемости (индикативно: ~0.3–1.2%) | Умеренный до слегка более высокого для увеличения прочности (индикативно: ~0.4–1.4%) | | Si (кремний) | Небольшие количества для дегазации (≈0.1–0.4%) | Аналогично, контролируемый для прочности (≈0.1–0.4%) | | P (фосфор) | Держится на низком уровне для прочности (<0.03%) | Держится на низком уровне для прочности (<0.03%) | | S (сера) | Держится на низком уровне для пластичности (<0.02%) | Держится на низком уровне для пластичности (<0.02%) | | Cr, Ni, Mo (легирование) | Обычно минимальные или отсутствуют в основных сортах; могут содержать небольшие добавки в легированных вариантах | Могут содержать небольшие контролируемые добавки для улучшения закаливаемости и прочности в вариантах сортов | | V, Nb, Ti (микролегирование) | Могут включать следы микролегирования (уровни ppm) для уточнения зерна и повышения прочности | Более вероятно, что содержимое микролегирования и обработка спроектированы для улучшения прочности по толщине | | B (бор) | Обычно отсутствует или на очень низких уровнях | Может использоваться в небольших добавках некоторыми заводами для повышения закаливаемости (ppm) | | N (азот) | Контролируемый для управления стабильностью включений и прочностью | Контролируемый; низкий N часто помогает прочности |

Как легирование влияет на свойства: - Углерод и марганец повышают прочность и закаливаемость, но могут снижать свариваемость и прочность, если их слишком много. - Элементы микролегирования (Nb, Ti, V) позволяют увеличить прочность за счет уточнения зерна и осаждения без значительного увеличения углерода. - Контролируемые низкие интерстициальные (P, S, N) и практика чистой стали улучшают пластичность и производительность по толщине.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Типичные микроструктуры и реакции:

• Z25:
• Процессные маршруты: обычная горячая прокатка с возможным нормализацией или легким отпуском.
• Микроструктура: преимущественно феррит–перлит или мелкозернистый феррит с контролируемым перлитом; микроалюминированные варианты показывают мелкие осадки, которые повышают предельную прочность.

• Реакция на термообработку: нормализация уточняет зерно и улучшает прочность; тяжелые закалка и отпуск являются редкостью для этого класса.

• Z35:

• Процессные маршруты: могут использовать контролируемую прокатку (термомеханическая контролируемая обработка, TMCP) и ускоренное охлаждение для уточнения микроструктуры и продвижения мелких байнитных/ферритных составляющих.
• Микроструктура: более мелкозернистый феррит с дисперсным байнитом или закаленным мартенситом/байнитом в некоторых низколегированных вариантах; спроектированный контроль включений для снижения риска ламеллярного разрыва.
• Реакция на термообработку: TMCP и контролируемое охлаждение увеличивают прочность и улучшают прочность по толщине более эффективно, чем простая нормализация; закалка и отпуск возможны, если это указано, но изменяет классификацию.

Эффект общих маршрутов: - Нормализация: уточняет размер зерна и гомогенизирует микроструктуру; улучшает прочность для обоих сортов. - Закалка и отпуск: значительно повышают прочность, но требуют более строгого контроля сварки и предварительного/последующего нагрева. - TMCP: позволяет достичь более высокой прочности и прочности с хорошей свариваемостью, уточняя микроструктуру без тяжелого легирования.

4. Механические свойства

Точные механические значения зависят от сертификации завода, формы продукта (плита, рулон, кованая деталь) и термообработки. Следующая таблица дает индикативные сравнительные диапазоны и качественные дескрипторы; проверьте конкретные значения в документах на закупку.

Таблица: Индикативные механические свойства (типичные диапазоны; проконсультируйтесь с данными завода) | Свойство | Z25 (индикативно) | Z35 (индикативно) | |---|---:|---:| | Прочность на разрыв | Умеренная — обычно в низком до среднем диапазоне для конструкционных сталей | Более высокая — обычно выше Z25, отражая более высокую предельную прочность | | Предельная прочность | Низкий/средний диапазон (подходит для общего конструкционного) | Более высокая; предназначена для более высоких статических нагрузок | | Удлинение (%) | Хорошая пластичность; достаточная для формовки и обработки | Немного ниже или сопоставимо; зависит от обработки | | Ударная прочность (Шарпи, - или указанная температура) | Умеренная; зависит от чистоты и обработки | Более высокая прочность по толщине и направленная прочность; спроектирована для сопротивления ламеллярному разрыву | | Твердость (HB или HRC) | Умеренная | Более высокая, но все еще в пределах свариваемых диапазонов для многих сортов |

Кто сильнее, прочнее или более пластичен, и почему: - Прочность: Z35 спроектирована для обеспечения более высокой предельной и растяжимой прочности, чем Z25, за счет сочетания слегка более высокого содержания легирующих элементов и контроля процесса. - Прочность: Z35, как правило, обеспечивает улучшенную прочность по толщине и сопротивление деламинации благодаря более чистым практикам стали, контролю формы включений и термомеханической обработке. Это критично, когда существует риск ламеллярного разрыва. - Пластичность: Z25 может показывать немного более высокое равномерное удлинение в некоторых условиях из-за более низкой прочности; однако тщательно обработанный Z35 может сохранять хорошую пластичность, увеличивая прочность.

5. Свариваемость

Свариваемость в первую очередь определяется эквивалентом углерода и закаливаемостью. Для качественной оценки вы можете использовать эквивалент углерода IIW и индекс Pcm:

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

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

Интерпретация (качественная): - Z25: С относительно низким углеродом и более простой химией, как правило, имеет более низкий $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ — что приводит к более легкой сварке, меньшим требованиям к предварительному/последующему нагреву и меньшей восприимчивости к холодным трещинам. - Z35: Более высокая прочность и добавленное микролегирование или слегка более высокий Mn могут незначительно увеличить $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$. Это требует более тщательных спецификаций сварочных процедур (PQR/WPS), возможного предварительного нагрева и внимания к контролю водорода. - В обоих сортах: толщина, конфигурация соединений и практики обработки (чистота, выпекание водорода, выбор электрода) значительно влияют на производительность сварки. Проверьте с квалификацией сварочной процедуры, используя целевую химию плиты.

6. Коррозия и защита поверхности

• Некоррозионные сорта: Z25 и Z35 обычно являются некоррозионными низколегированными сталями. Защита от коррозии обеспечивается покрытиями и дизайном:
• Горячее цинкование, цинкосодержащие грунтовки, эпоксидные покрытия или металлизация являются распространенными защитными стратегиями.
• Выберите систему покрытия в зависимости от окружающей среды (категории коррозионной активности C3–C5 или морская против сельской/промышленной).
• Коррозионные соображения: PREN не применимо, если сорт не является нержавеющей легированной сталью. Для справки, нержавеющие легированные стали используют: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ — используется для оценки устойчивости к коррозии нержавеющих сталей.
• Когда рассматривать нержавеющую сталь: Если требуется долговечная коррозионная стойкость без внешних покрытий, переходите к семейству нержавеющих сталей, а не полагайтесь на Z25/Z35.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка: Оба сорта могут быть резаны пламенем, плазмой или лазером; более высокая прочность Z35 может потребовать корректировки параметров резки и привести к более жестким зонам термического влияния.
• Обрабатываемость: Z25 часто обрабатывается немного легче из-за более низкой прочности и меньшего осаждения. Z35, с микролегированием и более высокой прочностью, может быть более жестким для износа инструмента; выбирайте инструменты и скорости соответственно.
• Формуемость и изгиб: Z25 обычно предлагает лучшую изгибаемость при данной толщине из-за более низкой предельной прочности. Z35 может быть сформирован, если он спроектирован соответствующим образом, но минимальные радиусы изгиба могут быть больше, а возврат может быть больше.
• Тепловой ввод и формование: Для тяжелого формования или формования после сварки учитывайте указанную термообработку сорта и убедитесь, что процессы не вызывают нежелательной потери прочности.

8. Типичные применения

Таблица: Типичные применения для каждого сорта | Z25 (типичные применения) | Z35 (типичные применения) | |---|---| | Общие конструкционные плиты и балки, где стандартная прочность и хорошая свариваемость являются приоритетом | Тяжелые изготовленные компоненты и плиты, где требуется более высокая прочность и улучшенная производительность по толщине | | Изготовленные рамы, конвейеры и общие стальные конструкции | Юбки сосудов под давлением, тяжелые фланцы и сварные конструкции с риском ламеллярного разрыва | | Средненагруженные сварные резервуары и контейнеры с покрытиями для защиты от коррозии | Мосты, элементы конструкций в открытом море или близко к берегу, где критична прочность по толщине | | Применения, приоритетом которых являются стоимость, легкость закупки и простота сварки | Применения, приоритетом которых являются более высокая грузоподъемность, усталостная стойкость и сниженный риск деламинации |

Обоснование выбора: - Выбирайте Z25, когда стоимость, простота обработки и хорошая общая пластичность/свариваемость являются основными факторами. - Выбирайте Z35, когда требуется более прочная, более устойчивая плита с спроектированной производительностью по толщине (например, толстые сварные соединения, тяжелые несущие сварные конструкции).

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: Z35 обычно имеет надбавку по сравнению с Z25 из-за более строгого контроля химии, микролегирования, обработки TMCP или дополнительных этапов квалификации. Надбавка варьируется в зависимости от региона и производителя.
• Доступность: Z25 часто более широко доступна в нескольких размерах, толщинах и формах продукции. Z35 может быть доступна в виде стандартных плит и рулонов, но может быть ограничена в специализированных толщинках или в небольших партиях; сроки поставки могут быть длиннее для сертифицированного материала Z35.

10. Резюме и рекомендации

Таблица, подводящая итоги ключевых компромиссов | Характеристика | Z25 | Z35 | |---|---:|---:| | Свариваемость | Высокая; легче PQR/WPS | Хорошая, но требуется больше внимания к предварительному нагреву/контролю водорода | | Баланс прочности и прочности | Умеренная прочность с хорошей пластичностью | Более высокая прочность с улучшенной прочностью по толщине | | Стоимость | Ниже | Выше |

Рекомендации: - Выбирайте Z25, если: - Ваш проект придает приоритет стоимости, простоте сварки и общей конструкционной производительности. - Толщина плиты, конфигурация соединений и условия эксплуатации не представляют повышенного риска ламеллярного разрыва или напряжений по толщине. - Вам требуется широкая доступность и короткие сроки поставки.

• Выбирайте Z35, если:
• Вам нужна более высокая предельная/растяжимая прочность и повышенная устойчивость к слоистым или разрывам по толщине.
• Дизайн включает тяжелые сварные соединения, толстые плиты или условия, где важна направленная прочность (подверженные усталости или циклической нагрузке).
• Вы принимаете более высокую стоимость материала и, возможно, более строгие контрольные процедуры обработки для более долговечного конструкционного результата.

Заключительная заметка: Z25 и Z35 — это ярлыки сортов продукции, точная химия и механические гарантии которых должны быть получены из сертификата завода и соответствующей спецификации. Для критически важных или сварных приложений, содержащих давление, всегда указывайте необходимые механические свойства (предельная, растяжимая, ударная при температуре), максимальные допустимые значения химии и необходимые сварочные процедуры в документах на закупку и чертежах.