钢板在轧制过程中,内部组织呈层状分布,非金属夹杂物也被压成片状平行于板面分布。这导致钢板在厚度方向上的性能,明显低于沿轧制方向的性能。厚度方向的性能就称为Z向性能。
之所以关注Z向性能,是因为存在层状撕裂的风险。在厚板焊接结构中,比如梁柱节点处,如果焊缝的收缩应力作用在钢板厚度方向,而钢板的厚度方向塑性不足,就可能沿着夹杂物所在的层面开裂,形成阶梯状的裂纹,这就是层状撕裂。
层状撕裂的危害在于它发生在内部,外观不易发现,且一旦发生,修复困难。在承受较大约束应力的厚板节点中,这是一个需要重点防范的问题。
Z向性能用厚度方向拉伸试验的断面收缩率来衡量,分为Z15、Z25、Z35三个级别,数字表示断面收缩率的****值,数值越大表示厚度方向的塑性越好。级别的选择根据结构的约束程度和重要性确定。
什么情况下需要提出Z向性能要求?一般来说,厚度较大的钢板,在焊接节点处承受厚度方向拉应力时需要考虑。典型部位包括:箱形柱与梁连接的节点区域、厚板的T形和十字形接头、承受较大约束应力的焊接节点。具体是否需要,通常由设计单位根据结构分析确定。
采购时的要点:如果设计有Z向性能要求,要在合同中明确标注,比如要求Q355B-Z25。Z向钢的生产需要控制硫含量和夹杂物形态,成本高于普通钢板,价格也相应较高。同时材质书上要体现Z向性能的试验结果。
除了选用Z向钢,设计上还可以通过改善节点构造、减少厚度方向的约束应力、采用合理的焊接顺序等措施来降低层状撕裂的风险,这是综合防控的思路。