Z 向性能对中厚板钢材使用的影响及相关疑问解析

在中厚板的设计和生产过程中，我们经常会遇到Z15Z25Z35等性能要求。有的直接标注等级，如GB/T 19879-2005《建筑结构用钢板》Q345GJC-Z25：

带有此后缀的钢一般称为Z向钢，也称为“层状抗撕裂钢”。 Z向性能（厚度方向性能），这个性能对钢材的使用有什么影响？所谓面积缩小是什么意思呢？我们心里可能有很多疑问。

1、Z向性能对钢材的使用有什么影响？

由于高层建筑钢结构和海上石油生产等对结构承载力要求较高，常采用厚板焊接结构。在厚板结构的制造和焊接过程中，由于钢材质量和焊接结构等原因，厚板很容易出现层状撕裂，这对沿厚度方向受拉的接头非常不利。因此，提出了层状抗撕裂钢的概念。

为什么厚板容易出现层状撕裂？这是因为我们现有的钢铁制造技术在炼钢、连铸机、轧机的规模和技术方面都存在一定的限制。

（从专业到大众，太难太费时间了，如果你钢铁技术基础好，可以绕过下面的橙色字段）

比如我们做饺子皮的时候，我们在家通过撒面粉、和面、揉面、擀面皮就可以轻松制作出来。

但如果我们要做10厘米厚、1米直径的饺子皮，在家里就很难实现了。因为我家里有一个足够大的碗，可以把面团揉均匀，所以我的手揉起来不够用力，擀面杖也擀不出那么厚。如果你强迫它做一个，你会发现有的地方还有一坨面粉，细微的地方还会有干面粉。 ，这块饺子皮出现了分层、混杂、气泡等现象，分层的饺子皮包着的饺子的馅儿最终会露出来。

我们的钢板也是如此。我们只需要一个足够大的炼钢炉就可以炼出足够成分均匀的钢水。我们还需要一台足够大的连铸机或者铸造设备，能够铸造出足够大、足够厚的钢坯，然后进行铸造。需要足够大的轧机来压缩厚度，否则容易出现分层、夹杂、气泡等严重缺陷。

当然，这个解释从专业角度来说并不严谨。只是为了方便非专业人士理解。

Z向性能不佳对钢材有何影响？为了方便理解，我们还是用面条来比喻，不过这次是面条。抗层状撕裂性能差的钢材就像一层蛋糕。只需用手撕开即可撕下一层。

而且我们的钢材不想轻易撕掉一层。我们希望它像新疆的一个袋子一样，足够硬、足够有嚼劲，而不是像千层糕那样一捏就掉下来，否则就是一个寒酸工程。

（为了解释这一段，小编晚上九点没吃饭，却还要聊各种蛋糕，看各种好吃的图片，我饿了！！！）

2、Z向性能的具体要求

据志刚询问，Z25是指厚度方向的性能以及面积收缩率的特殊要求。例如GB/T 19879-2015《建筑结构用钢板》中的要求：

面积收缩率Z等于原始横截面积S0减去断裂后的最小横截面积SU，除以S0，再乘以100得到百分比。该值越大，钢材越好。

也许你不明白为什么数值越大，钢材就越好。我们以面食为例。我们在家做面条。由于我们缺乏压面工具和一定的技术，所以只能做粗面条。

兰州拉面店的压面设备和技术都很好，所以面条很细。

当然，制作兰州拉面不仅需要拉面技术，还需要面条，还需要涨面和添加剂。

我们的Z向钢材对钢材的化学成分也有要求。 Z向钢的硫含量要求比非Z向钢更严格，要求硫含量较低，以减少钢中夹杂物等缺陷。具体要求见下表：

而且，在实际生产中，钢水的纯度也很高（就像兰州拉面需要高筋面粉），需要添加各种合金（Mn、AL、Nb、V、Ti等）来提高强化并提炼水晶。颗粒，减少硫化物夹杂物等，提高钢的Z向性能（就像兰州拉面实际上需要添加一些食用添加剂）。

标准仅给出了各种元素合金添加量的上限（具体见标准表1）。至于每个钢厂需要添加多少种合金，各应该添加多少，这取决于每个钢厂的技术，但并不是上限没有限制，其总含量仍然受到限制焊接裂纹敏感性系数Pcm和碳当量CEV的上限（见下表3）。这就像兰州拉面。添加剂不能无限制添加。添加太多会对人体有害，而且还不一定能把面条拉细。

上面我们讲了什么是Z向钢，Z向性能要求以及化学成分的特殊要求。接下来我们主要讲一下常见的对Z向性能有要求的牌号和标准，以及Z向性能的采样和准备。

关于Z向钢，其实是一个统称。一般要求Z向性能的钢材称为Z向钢。常用国家标准中对Z向性能有要求时，一般引用GB/T 5313《厚度方向性能钢板》。本标准适用于厚度为15-400mm的钢板，这意味着只有厚度大于15mm的钢板才能根据需要进行Z向性能测试。

为什么厚度小于15mm就不适用呢？其实不是不适用，而是已经没有必要了。厚度越小，钢材的Z向性能越有保证。特别是随着现代钢铁技术的发展，钢水的纯净度以及控制轧制和冷却的能力越来越先进，变得更加容易。确保。

1. Z向性能要求的常用牌号和标准

引用GB/T 5313国家标准和下表包含的牌号。如果表中的牌号后缀为Z15Z25Z35，则需要相应的Z方向属性。这种钢也称为Z向钢。

GB 712-2011《船舶及海洋工程用结构钢》

GB/T 1591-2018《低合金高强度结构钢》

GB/T 19879-2005《建筑结构用钢板》

GB/T 28410-2012《风电塔筒用结构钢板》

GB/T 28415-2012《耐火结构用钢板及钢带》

心里有点忐忑，不过还是需要不少时间来整理。上述标准中，如无后缀或合同无要求的，则不必测试Z向性能。一般情况下，如果厚度方向仅承受压应力，则不要求Z向性能。拉应力越大，厚度越厚。钢材越厚，Z向性能要求越高，如大型船舶外壁所用钢材。

2. 板材Z向性能的取样和准备

Z向性能取样位置为板材轧制方向（纵向或主延伸方向）末端、宽度的1/2处，沿表面截取。对于厚度大于80mm的板材，应取板厚的1/2。 4处（不再从表面拍摄），如下图：

样品制备如下所示。对于厚度为15-25mm的钢板，要求直径d0为6mm或10mm。大于25mm的直径d0必须为10mm。 Lc的长度大于d0的1.5倍且小于80mm。

例如，在16mm厚的Q345R钢板的Z向性能测试中，拉伸断裂后的试样如下：

看到这里，很多人可能会疑惑，一块16mm厚的板材，厚度方向长度超过50mm，怎么能取出来呢？

事实上，这个拉伸样品并不完全由一种材料制成，而是两面焊接了两块高强度26Cr2Ni4MoV钢。如下图：

注：中间黑色部分为待测Q345R钢板。

此类样品一般采用连续摩擦焊机进行焊接。文字描述比较麻烦，所以我们直接上传视频：

经过粗加工过程，得到下图的样品，再加工成具有Z向性能要求的拉伸样品。

这种试样称为带伸标准试样，主要用于测量厚度较小的钢板。

Z向性能的基础知识我们就讲完了。需要Z向性能的标准有很多，我们就不一一列举了。 Z向性能的具体要求可参考GB/T 5313，欧洲标准可参考EN 10164。专业知识好枯燥，需要耐心去理解。

目前国内已有多家大型企业使用160mm-180mm的中厚板。火焰切割后用于海洋工程大型爬腿架。

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