低合金鑄鋼節(jié)點及其熔煉、澆注控制方法和熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低合金鑄鋼節(jié)點及其熔煉、澆注控制方法和熱處理工藝，根據(jù)鑄鋼節(jié)點結(jié)構(gòu)是否簡單、壁厚是否均勻以及熱處理過程中是否易產(chǎn)生裂紋的特點，對其組分中的碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、鉻(Cr)、鎳(Ni)作相應(yīng)調(diào)整，并在熱處理工藝環(huán)節(jié)對其作相應(yīng)的“淬火+回火”或者“正火+回火”處理。通過采用加入低合金的方法在滿足鑄鋼節(jié)點力學(xué)性能和焊接性能的前提下，降低了鑄造成本。
【專利說明】低合金鑄鋼節(jié)點及其熔煉、澆注控制方法和熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種低合金鑄鋼節(jié)點及其熔煉、澆注控制方法和熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼架與鋼架之間、鋼架與柱子之間的連接多采用鑄鋼節(jié)點與鋼架(或柱子)相焊接的結(jié)構(gòu)。由于建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念為強節(jié)點、弱桿件，為確保其鋼結(jié)構(gòu)不受相交(或相貫)節(jié)點性能或成本的限制，建筑設(shè)計對高強度鑄鋼節(jié)點的選用比較慎重隨著鑄鋼節(jié)點在建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的深入廣泛的應(yīng)用，對鑄鋼節(jié)點的力學(xué)性能有了更高的要求。
[0003]目前的鑄鋼節(jié)點采用國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T7659中最高牌號為ZG340-550H，其對應(yīng)的性能為屈服強度≥340Mpa、抗拉強度≥ 550Mpa、伸長率≥15%，而此牌號的鑄鋼節(jié)點不能夠滿足鋼結(jié)構(gòu)材料Q390B(壁厚大于16mm):抗拉強度≥490Mpa、屈服強度≥370Mpa、伸長率≥20% ;也不能夠滿足鋼結(jié)構(gòu)材料Q420B (壁厚大于50mm):抗拉強度≥520Mpa、屈服強度≥ 380Mpa、伸長率≥ 19%的要求；實際工程應(yīng)用中設(shè)計單位往往采用增加鑄鋼節(jié)點的壁厚或加大鑄鋼節(jié)點尺寸規(guī)格以使鑄鋼節(jié)點滿足設(shè)計要求的強度，這就會使鑄鋼節(jié)點的用鋼量大幅度增加，整體建筑成本也隨之增加。
[0004]除日本JIS標(biāo)準(zhǔn)中有與Q390B(壁厚大于16mm)及Q420B(壁厚大于50mm)相匹配的鑄鋼節(jié)點材質(zhì)外，其他國家目前還沒有與建筑鋼結(jié)構(gòu)低合金高強度、焊接性能良好的鑄鋼節(jié)點材質(zhì)相匹配的標(biāo)準(zhǔn)。日本Jis標(biāo)準(zhǔn)所述材料的化學(xué)成分具體為:C≤0.22%、Si ≤ 0.80 %、Mn ≤ 1.50 %、P ≤ 0.04 %、S ≤ 0.04 %、Cr ≤ 0.50 %、Ni ≤ 2.50 %、Mo ≤ 0.30% v≤0.20%?？梢钥闯?，該材料對應(yīng)的化學(xué)成分中合金元素添加多，且添加了較高含量的鉻(Cr)、鎳(Ni)、鑰(Mo)和釩(V)等貴金屬元素，原材料成本過高，為使鑄造行業(yè)能盡快滿足建筑鋼結(jié)構(gòu)的市場發(fā)展需求，鑄造成本相對于整體建筑的綜合成本的比例亟待優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供低合金鑄鋼節(jié)點及其熔煉、澆注控制方法和熱處理工藝，通過加入低合金的方法達(dá)到建筑要求的力學(xué)性能，在鑄鋼節(jié)點滿足高強度力學(xué)性能和焊接性能的前提下，大大降低了鑄造成本。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為:一種低合金鑄鋼節(jié)點，由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成-M (C)為 0.17 ~0.25%、硅(Si)≤ 0.60%、錳(Mn) ≤ 1.60%、磷(P)≤ 0.03%,硫(S) ≤0.03%，余量為鐵(Fe)。
[0007]—種低合金鑄鋼節(jié)點，由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成:碳(C)為0.18~0.25%、硅(Si)≤ 0.60%、錳(Mn)為 1.00 ~1.60%、磷(P)≤ 0.03%、硫(S)≤ 0.03%,余量為鐵(Fe)。[0008]一種低合金鑄鋼節(jié)點，由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成:碳(C)為0.17~
0.23%、硅(Si)≤ 0.60%、錳(Mn)≤ 1.60%、磷(P)≤ 0.02%、硫⑶≤ 0.02%，還包括鉻(Cr) ( 0.30%、鎳(Ni) ( 1.00%，余量為鐵(Fe)。
[0009]一種低合金鑄鋼節(jié)點的熔煉及澆注控制方法，其中熔煉工序采用電弧爐熔煉，澆注工序采用底注式鋼包澆注，主要包括以下步驟:
[0010]S1:將經(jīng)過除銹和清潔的廢鋼和包括錳鐵、鉻鐵和硅鐵的合金元素加入電弧爐內(nèi)熔煉；
[0011]S2:熔煉的還原期加入包括錳鐵、鉻鐵和硅鐵的合金元素；
[0012]S2:熔煉的鋼水在溫度為1600~1650°C時出爐；
[0013]S3:采用底注式鋼包對出爐的鋼水進行澆注，澆注的溫度為1500~1580°C。
[0014]用于結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻，熱處理過程中不易產(chǎn)生裂紋的鑄鋼節(jié)點的熱處理工藝，包括淬火處理工藝和回火處理工藝，所述淬火處理工藝和高溫回火處理工藝具體為:
[0015]所述淬火處理工藝過程包括淬火升溫階段和淬火保溫階段，其中:
[0016]淬火升溫階段:600°C以下的淬火升溫階段其升溫速度控制在每小時100°C以下，升溫至600°C后保溫4h ;600°C到(880± 10) °C的淬火升溫階段其升溫速度控制在每小時100°C以下；
[0017]淬火保溫階段:當(dāng)溫度為880±10°C時，保溫時間根據(jù)鑄鋼節(jié)點的壁厚或者堆料高度計算；
[0018]當(dāng)所述的鑄鋼節(jié)點達(dá)到所述保溫階段需要的保溫時間后，淬火后對經(jīng)過上述淬火處理工藝的鑄鋼節(jié)點進行高溫回火處理，所述高溫回火處理工藝包括回火升溫階段和回火保溫階段，其中:
[0019]回火升溫階段:升溫速度控制在每小時100°C以下，升溫至600~650°C ；
[0020]回火保溫階段:當(dāng)溫度為600~650°C時保溫，回火保溫時間根據(jù)所述鑄鋼節(jié)點的壁厚或者堆料高度計算；
[0021]當(dāng)所述鑄鋼節(jié)點達(dá)到所述回火保溫階段要求的保溫時間后出爐空冷。
[0022]用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻或者熱處理過程中易產(chǎn)生裂紋的鑄鋼節(jié)點的熱處理工藝，包括正火處理工藝和回火處理工藝，所述正火處理工藝和回火處理工藝具體為:
[0023]所述正火處理工藝包括正火升溫階段和正火保溫階段，其中:
[0024]正火升溫階段:600°C以下的正火升溫速度控制在每小時100°C以下，加熱至600°C后保溫4h ；600~(900±10) °C的正火升溫速度控制在每小時100°C以下；
[0025]正火保溫階段:當(dāng)溫度為900±10°C時，回火保溫時間根據(jù)所述鑄鋼節(jié)點的壁厚或者堆料高度計算；
[0026]所述鑄鋼節(jié)點達(dá)到所述正火保溫階段要求的保溫時間后，出爐進行強制空冷加水霧后對經(jīng)過上述正火處理工藝的所述鑄鋼節(jié)點進行回火處理，回火處理工藝包括回火升溫階段和回火保溫階段，其中:
[0027]回火升溫階段:升溫速度控制在每小時100°C以下，升溫至600~650°C ；
[0028]回火保溫階段，當(dāng)溫度為600~650°C時保溫，回火保溫時間根據(jù)上述鑄鋼節(jié)點的壁厚或者堆料高度計算；
[0029]當(dāng)所述鑄鋼節(jié)點達(dá)到所述回火保溫階段要求的保溫時間后出爐空冷。[0030]所述淬火保溫時間和所述回火保溫時間根據(jù)鑄鋼節(jié)點的壁厚計算，按照25mm/h進行保溫。
[0031]所述淬火保溫時間和所述回火保溫時間根據(jù)堆料高度計算，按照4h/m進行保溫。
[0032]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
[0033]鑄鋼節(jié)點在保證具有良好焊接性能(碳當(dāng)量<0.48%)的前提下，實現(xiàn)了屈服強度> 380Mpa、抗拉強度> 550Mpa、伸長率為20%的優(yōu)良性能，且鑄鋼節(jié)點的組分中省去了包括鑰(Mo)和釩(V)在內(nèi)的貴金屬元素，降低了鉻(Cr)、鎳(Ni)的含量，在保證強度的前提下大大降低了鑄造成本在綜合成本中的比例。此外，本發(fā)明的鑄鋼節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)的快捷安裝和精確調(diào)節(jié)，安裝簡便，鋼材用量小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0035]圖1-1為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻且熱處理過程中不易產(chǎn)生裂紋對應(yīng)的主視示意圖；
[0036]圖1-2為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻且熱處理過程中不易產(chǎn)生裂紋對應(yīng)的左視剖面圖；
[0037]圖1-3為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻且熱處理過程中不易產(chǎn)生裂紋對應(yīng)的俯視示意圖；
[0038]圖2為圖1-1至1-3對應(yīng)的實施例的鑄鋼節(jié)點布置示意圖；
[0039]圖3-1為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻或者熱處理過程中易產(chǎn)生裂紋對應(yīng)的主視示意圖；
[0040]圖3-2為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻或者熱處理過程中易廣生裂紋對應(yīng)的左視不意圖；
[0041]圖3-3為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻或者熱處理過程中易產(chǎn)生裂紋對應(yīng)的俯視示意圖；
[0042]圖3-4為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻或者熱處理過程中易產(chǎn)生裂紋對應(yīng)的1、2桿剖面示意圖；
[0043]圖3-5為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻或者熱處理過程中易產(chǎn)生裂紋對應(yīng)的3、4桿剖面示意圖；
[0044]圖3-6為本發(fā)明一種低合金鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻或者熱處理過程中易產(chǎn)生裂紋對應(yīng)的5、6桿剖面示意圖；
[0045]圖4為圖3-1至3-6對應(yīng)的實施例的鑄鋼節(jié)點布置示意圖。
[0046]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細(xì)的說明。
【具體實施方式】
[0047]一種低合金鑄鋼節(jié)點，由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成:碳(C)為0.17~
0.25%、硅(Si)≤ 0.60%、錳(Mn)≤ 1.60%、磷(P)≤ 0.03%、硫⑶≤ 0.03%，余量為鐵(Fe)。[0048]當(dāng)鑄鋼節(jié)點為結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻且熱處理過程中不易產(chǎn)生裂紋的情況下，優(yōu)選由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成:碳(C)為0.18~0.25%、硅(Si)≤0.60%、錳(Mn)為1.00~1.60%、磷(P) ( 0.03%、硫(S) ( 0.03%，余量為鐵(Fe)。其在熔煉、澆注后對應(yīng)的熱處理工藝包括淬火處理工藝和回火處理工藝
[0049]當(dāng)鑄鋼節(jié)點為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻或者熱處理過程中易產(chǎn)生裂紋的情況下，優(yōu)選由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成:碳(C)為0.17~0.23%、硅(Si) <0.60%、錳(Mn) ( 1.60% M (P) ( 0.02 %、硫(S) ( 0.02%、鉻(Cr) ^ 0.30%, (Ni) ^ 1.00%,余量為鐵(Fe)。其在熔煉、澆注后對應(yīng)的熱處理工藝包括正火處理工藝和回火處理工藝。
[0050]下面通過兩個實際工程的應(yīng)用案例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
[0051]實施例1
[0052]一種建筑鋼結(jié)構(gòu)用的低合金高強度鑄鋼節(jié)點在國外某地鐵站工程的具體應(yīng)用，材料力學(xué)性能要求抗拉強度> 540Mpa、屈服強度> 350Mpa、伸長率> 16% ;鑄鋼節(jié)點的結(jié)構(gòu)如圖1-1至1-3所示，鑄鋼節(jié)點的布置(部分)如圖2所示，且鑄鋼節(jié)點數(shù)量3727件。顯然，鑄鋼節(jié)點為結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻且熱處理過程中不易產(chǎn)生裂紋的慶幸，故采用“淬火+回火”的調(diào)質(zhì)熱處理工藝。
[0053]在滿足鑄鋼節(jié)點的組分為“碳為0.18~0.25 %、硅≤0.60 %、錳為LOO~
1.60%、磷< 0.03%、硫< 0.03%,余量為鐵”的前提下,具體實例如表1所示:
[0054]表1鑄鋼節(jié)點的各組分質(zhì)量百分比
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種低合金鑄鋼節(jié)點，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成:碳(C)為0.17 ~0.25%、硅(Si) ≤ 0.60%、錳(Mn) ≤1.60%、磷(P) ≤ 0.03%、硫(S) ≤ 0.03%,余量為鐵(Fe)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低合金鑄鋼節(jié)點，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成:碳(C)為0.18~0.25 %、硅(Si)≤0.60 %、錳(Mn)為1.00~1.60 %、磷(P) ≤ 0.03%、硫(S) ( 0.03%，余量為鐵(Fe)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低合金鑄鋼節(jié)點，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的原料熔煉制成:碳(C)為0.17~0.23 %、硅(Si) ≤ 0.60 %、錳(Mn) ≤L 60 %、磷(P) ≤ 0.02%、硫⑶(0.02%，還包括鉻(Cr) ≤ 0.30%、鎳(Ni) ≤1.00%，余量為鐵(Fe)。
4.一種低合金鑄鋼節(jié)點的熔煉、燒注控制方法，其特征在于，其中熔煉工序采用電弧爐熔煉，澆注工序采用底注式鋼包澆注，主要包括以下步驟: 51:將經(jīng)過除銹和清潔的廢鋼和包括錳鐵、鉻鐵和硅鐵的合金元素加入電弧爐內(nèi)熔煉； 52:熔煉的鋼水在溫度為1600~1650°C時出爐； 53:采用底 注式鋼包對出爐的鋼水進行澆注，澆注的溫度為1500~1580°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低合金鑄鋼節(jié)點的熱處理工藝，其特征在于，包括淬火處理工藝和回火處理工藝，所述淬火處理工藝和高溫回火處理工藝具體為: 所述淬火處理工藝過程包括淬火升溫階段和淬火保溫階段，其中: 淬火升溫階段:600°C以下的淬火升溫階段其升溫速度控制在每小時100°C以下，升溫至600°C后保溫4h ;600°C到880±10°C的淬火升溫階段其升溫速度控制在每小時100°C以下； 淬火保溫階段:當(dāng)溫度為880±10°C時，保溫時間根據(jù)鑄鋼節(jié)點的壁厚或者堆料高度計算; 當(dāng)所述的鑄鋼節(jié)點達(dá)到所述保溫階段需要的保溫時間后，淬火后對經(jīng)過上述淬火處理工藝的鑄鋼節(jié)點進行高溫回火處理，所述高溫回火處理工藝包括回火升溫階段和回火保溫階段，其中: 回火升溫階段:升溫速度控制在每小時100°c以下，升溫至600~650°C ； 回火保溫階段:當(dāng)溫度為600~650°C時保溫，回火保溫時間根據(jù)所述鑄鋼節(jié)點的壁厚或者堆料高度計算； 當(dāng)所述鑄鋼節(jié)點達(dá)到所述回火保溫階段要求的保溫時間后出爐空冷。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低合金鑄鋼節(jié)點的熱處理工藝，其特征在于，包括正火處理工藝和回火處理工藝，所述正火處理工藝和回火處理工藝具體為: 所述正火處理工藝包括正火升溫階段和正火保溫階段，其中: 正火升溫階段:600°C以下的正火升溫速度控制在每小時100°C以下，加熱至600°C后保溫4h ；600~(900±10) °〇的正火升溫速度控制在每小時100°C以下； 正火保溫階段:當(dāng)溫度為900±10°C時，回火保溫時間根據(jù)所述鑄鋼節(jié)點的壁厚或者堆料高度計算； 所述鑄鋼節(jié)點達(dá)到所述正火保溫階段要求的保溫時間后，出爐進行強制空冷加水霧后對經(jīng)過上述正火處理工藝的所述鑄鋼節(jié)點進行回火處理，回火處理工藝包括回火升溫階段和回火保溫階段，其中: 回火升溫階段:升溫速度控制在每小時100°c以下，升溫至600~650°C ； 回火保溫階段，當(dāng)溫度為600~650°C時保溫，回火保溫時間根據(jù)上述鑄鋼節(jié)點的壁厚或者堆料高度計算； 當(dāng)所述鑄鋼節(jié)點達(dá)到所述回火保溫階段要求的保溫時間后出爐空冷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種建筑鋼結(jié)構(gòu)用低合金高強度鑄鋼節(jié)點的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述淬火保溫時間和所述回火保溫時間根據(jù)鑄鋼節(jié)點的壁厚計算，按照25mm/h進行保溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種建筑鋼結(jié)構(gòu)用低合金高強度鑄鋼節(jié)點的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述 淬火保溫時間和所述回火保溫時間根據(jù)堆料高度計算，按照4h/m進行保溫。
【文檔編號】C22C38/58GK103993244SQ201410231686
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】王海霞, 趙剛, 范寶華, 齊復(fù)祥, 崔志明, 章亞紅, 呂建強 申請人:北京機電院高技術(shù)股份有限公司