CN105149521B - 一种地铁内钢架铸件及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地铁内钢架铸件及其生产工艺，生产工艺包括以下步骤：以对称点上下分型，采用浇注内浇道截面小于铸件截面积的浇注系统，从铸型两端进入，数量6道，中间一段不设内水口；设置多个冒口，其中中间冒口为主冒口，孔上半部分注释，增加对幅板热节的补缩能力，筋板上设置出气冒口；采用电弧炉冶炼钢，用加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，钢包吹氩气钢包上钢水面翻花，维持几分钟，净化去除杂质，造型；控制浇注温度使之保持在≤1560~1570℃范围内，保证优质钢水浇注，型砂采用铬铁树脂砂，保温时间≥24小时，采用外冷铁辅助冒口达到顺序凝固，落砂后切割冒口再装炉热处理；最后对热处理后的铸件进行精整。
Description
技术领域
本发明涉及金属铸造技术领域，更具体地说，涉及一种地铁内钢架铸件及其生产工艺。
背景技术
随着空间结构的发展，结构的跨度越来越大，在建筑工程领域，新技术、新材料大量涌现，结构形式也相应增多，特别是近年来新型结构体系不断出现，使得钢架结构中节点的链接方式日趋复杂，传统的焊接球节点、钢管相贯节点等传统节点型式也不能完全适应现在钢结构的发展。节点构造的好坏对结构的传力途径、制作安装、工程造价都有相当大的影响，因此寻找受力合理、施工简便造价低的节点型式摆在了建筑结构设计人员的面前。铸钢节点结构件以其合理性、实用性越来越受到工程界的关注。
目前，用于地铁内钢架铸件的加工存在以下难度：1、材质与国内20SiMn相比Si含量低，强度相差不大但塑性更高，主要是S、P要求低难于控制；2、结构复杂；3、皮薄箱形结构，在铸造行业是最难生产的容易产生浇不足和裂纹，如1号件皮厚30mm长度近6米，钢水浇注温度不能高也不能低，高了会产生裂纹，低了就会产生浇不足；3、验收标准高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种地铁内钢架铸件及其生产工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种地铁内钢架铸件生产工艺，其中，包括以下步骤：
以对称点上下分型，采用浇注内浇道截面小于铸件截面积的浇注系统，从铸型两端进入，数量6道，中间一段不设内水口；
设置多个冒口，其中中间冒口为主冒口，孔上半部分注释，增加对幅板热节的补缩能力，筋板上设置出气冒口，辅助筋板同时凝固，十字头热节处放置若干小冒口，保证各个小热节铸造致密；
采用电弧炉冶炼钢，加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，钢包吹氩气钢包上钢水面翻花，维持几分钟，净化去除杂质，造型；
控制浇注温度范围为1560℃≤浇注温度≤1570℃，保证优质钢水浇注，型砂采用铬铁树脂砂，保温时间≥24小时，采用外冷铁辅助冒口达到顺序凝固，落砂后切割冒口再装炉热处理；
最后对热处理后的铸件进行精整。
本发明所述的生产工艺，其中，所述步骤采用电弧炉冶炼钢，加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，最终钢水内含氧量≤60PPm。
本发明所述的生产工艺，其中，热处理工艺具体包括：设计两次热处理提高性能，毛坯预处理采用正火，后进行二次正火+喷雾处理，再回火的热处理工艺。
本发明所述的生产工艺，其中，还包括步骤：采取防裂措施，即在铸件内圆角设置防裂筋板。
本发明所述的生产工艺，其中，收缩率工艺参数为：全部收缩率均采用2%。
本发明所述的生产工艺，其中，收缩率工艺参数为：较长横梁收缩率采用长度方向1.8%，其余方向收缩率采用2%；其他配件全部收缩率采用2%。
本发明还提供了一种采用如前述任一项所述的生产工艺铸造的地铁内钢架铸件，其中，按质量百分比记，所述钢架铸件化学成分为：C含量0.17~0.23，Si含量≤0.60，Mn含量为1.00~1.50，P含量为≤0.020，S含量为≤0.015，Ni含量为≤0.40，Cr含量为≤0.30，Mo含量为≤0.15。
本发明所述的地铁内钢架铸件，其中，所述钢架铸件厚度≤50mm时，屈服强度为≥360 N/mm²，抗拉强度为500~650N/mm²，延伸率为≥24%，冲击功为≥70J。
本发明所述的地铁内钢架铸件，其中，所述钢架铸件厚度范围为50mm＜钢架铸件厚度≤100mm时，屈服强度为≥300 N/mm²，抗拉强度为500~650N/mm²，延伸率为≥24%，冲击功为≥50J。
本发明的有益效果在于：通过选用S、P较低的废钢，用石灰和萤石进行脱S和P处理来控制钢水中的S、P含量；通过对铸件收缩量的控制及前期试制，不断调整铸造参数，最终满足客户产品要求；另外，铸件选用合适的浇注系统，采用多点进浇口方式，来避免铸件在浇注过程中可能出现的浇不住；浇注温度通过测温枪来保证产品浇注时的温度；以及，对相关部位采用放置冒口及冒口下补贴，部分远离冒口区域铸件较厚位置同时不利于放置冒口通过放置冷铁，缩小热节来保证；对于易产生裂纹部位放置防裂筋来消除，使得制备的横梁性能测试结果完全符合德国标准《高焊接性能和韧性的通用铸钢件》（DIN EN 10213-3.1996)中的G20Mn5QT（调质）标准。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明较佳实施例的地铁内钢架铸件生产工艺流程图。
具体实施方式
本发明较佳实施例的地铁内钢架铸件生产工艺包括以下步骤：
以对称点上下分型，采用浇注内浇道截面小于铸件截面积的浇注系统，从铸型两端进入，数量6道，中间一段不设内水口；
设置多个冒口，其中中间冒口为主冒口，孔上半部分注释，增加对幅板热节的补缩能力，筋板上设置出气冒口，辅助筋板同时凝固，十字头热节处放置若干小冒口，保证各个小热节铸造致密；
采用电弧炉冶炼钢，加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，钢包吹氩气钢包上钢水面翻花，维持几分钟，净化去除杂质，造型；
控制浇注温度范围为1560℃≤浇注温度≤1570℃，保证优质钢水浇注，型砂采用铬铁树脂砂，保温时间≥24小时，采用外冷铁辅助冒口达到顺序凝固，落砂后切割冒口再装炉热处理；
最后对热处理后的铸件进行精整。
上述工艺通过选用S、P较低的废钢，用石灰和萤石进行脱S和P处理来控制钢水中的S、P含量；通过对铸件收缩量的控制及前期试制，不断调整铸造参数，最终满足客户产品要求；另外，铸件选用合适的浇注系统，采用多点进浇口方式，来避免铸件在浇注过程中可能出现的浇不住；浇注温度通过测温枪来保证产品浇注时的温度；以及，对相关部位采用放置冒口及冒口下补贴，部分远离冒口区域铸件较厚位置同时不利于放置冒口通过放置冷铁，缩小热节来保证；对于易产生裂纹部位放置防裂筋来消除，使得制备的横梁性能测试结果完全符合德国标准《高焊接性能和韧性的通用铸钢件》（DIN EN 10213-3.1996)中的G20Mn5QT（调质）标准。
优选地，上述工艺中，步骤采用电弧炉冶炼钢，加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，最终钢水内含氧量≤60PPm。
优选地，上述工艺中，热处理工艺具体包括：设计两次热处理提高性能，毛坯预处理采用正火，后进行二次正火+喷雾处理，再回火的热处理工艺。
优选地，上述工艺还包括步骤：采取防裂措施，即在铸件内圆角设置防裂筋板。
上述工艺中，收缩率工艺参数为：全部收缩率均采用2%；或者，收缩率工艺参数为：较长横梁收缩率采用长度方向1.8%，其余方向收缩率采用2%；其他配件全部收缩率采用2%。
本发明的另一实施例中，还提供了一种采用如前述任一项所述的生产工艺铸造的地铁内钢架铸件，其中，按质量百分比记，所述钢架铸件化学成分为：C含量0.17~0.23，Si含量≤0.60，Mn含量为1.00~1.50，P含量为≤0.020，S含量为≤0.015，Ni含量为≤0.40，Cr含量为≤0.30，Mo含量为≤0.15。钢架铸件厚度≤50mm时，屈服强度为≥360 N/mm²，抗拉强度为500~650N/mm²，延伸率为≥24%，冲击功为≥70J。钢架铸件厚度范围为50mm＜钢架铸件厚度≤100mm时，屈服强度为≥300 N/mm²，抗拉强度为500~650N/mm²，延伸率为≥24%，冲击功为≥50J。
下面通过两个具体实施例来对上述描述进行进一步详细说明：
实施例1：
工艺参数：收缩率采用全部2%。
分型面：以对称点上下分型，有利于取模，也方便造型，但是由于壁薄模型强度降低，不利于批量生产，所以采用了带底板模型。
浇注系统：内浇道截面小于铸件截面积。从铸型两端进入，数量6道，中间一段不设内水口。
冒口设置：中间冒口为主冒口，孔上半部分注死，增加对幅板热节的补缩能力。筋板上设置出气冒口，辅助筋板同时凝固。十字头热节处放置若干小冒口。保证各个小热节铸造致密。
防裂措施：在内圆角设置防裂筋板。
采用电弧炉冶炼钢，加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，最终钢水内含氧量≤60PPm，钢包吹氩气钢包上钢水面翻花，维持2分钟，净化去除杂质，造型，严格控制浇注温度范围为1560℃≤浇注温度≤1570℃，保证优质钢水浇注，型砂采用铬铁树脂砂，保温时间≥24小时，采用外冷铁辅助冒口达到顺序凝固，落砂后切割冒口再装炉热处理。
热处理：工艺设计了两次热处理提高性能，毛坯预处理采用正火，后进行二次正火+喷雾处理，再回火的热处理工艺，满足性能要求。
制备的横梁性能测试结果为：完全符合德国标准《高焊接性能和韧性的通用铸钢件》（DIN EN 10213-3.1996)中的G20Mn5QT（调质）标准，
机械性能：
| 厚度 | 屈服强度（N/mm²） | 抗拉强度（N/mm²） | 伸长率% | 冲击功J |
| ≤50 | ≥360 | 500~650 | ≥24 | ≥70 |
表面MT（磁粉探伤）探伤达到了（GB9444-88)重要部位II级，其余部位III级的要求，UT（超声波探伤）探伤达到了（GB7233-87）端口以内300mm范围内质量等级I级，其余可探测外表面II级标准的要求。
实施例2：
工艺参数：较长横梁收缩率采用长度方向1.8%，其余2%。其余配件全部2%。
分型面：以对称点上下分型，有利于取模，也方便造型，但是由于壁薄模型强度降低，不利于批量生产，所以采用了带底板模型。
浇注系统：内浇道截面小于铸件截面积。从铸型两端进入，数量6道，中间一段不设内水口。
冒口设置：中间冒口为主冒口，孔上半部分注死，增加对幅板热节的补缩能力。筋板上设置出气冒口，辅助筋板同时凝固。十字头热节处放置若干小冒口。保证各个小热节铸造致密。
防裂措施：在内圆角设置防裂筋板。
采用电弧炉冶炼钢，加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，最终钢水内含氧量≤60PPm，钢包吹氩气钢包上钢水面翻花，维持2分钟，净化去除杂质，造型，严格控制浇注温度范围为1560℃≤浇注温度≤1570℃，保证优质钢水浇注，型砂采用铬铁树脂砂，保温时间≥24小时，采用外冷铁辅助冒口达到顺序凝固，落砂后切割冒口再装炉热处理。
热处理：工艺设计了两次热处理提高性能，毛坯预处理采用正火，后进行二次正火+喷雾处理，再回火的热处理工艺，满足性能要求。
制备的横梁性能测试结果为：完全符合德国标准《高焊接性能和韧性的通用铸钢件》（DIN EN 10213-3.1996)中的G20Mn5QT（调质）标准，
机械性能：
| 厚度 | 屈服强度（N/mm²） | 抗拉强度（N/mm²） | 伸长率% | 冲击功J |
| ≤50 | ≥360 | 500~650 | ≥24 | ≥70 |
表面MT（磁粉探伤）探伤达到了（GB9444-88)重要部位II级，其余部位III级的要求，UT（超声波探伤）探伤达到了（GB7233-87）端口以内300mm范围内质量等级I级，其余可探测外表面II级标准的要求。
综上所述，本发明通过选用S、P较低的废钢，用石灰和萤石进行脱S和P处理来控制钢水中的S、P含量；通过对铸件收缩量的控制及前期试制，不断调整铸造参数，最终满足客户产品要求；另外，铸件选用合适的浇注系统，采用多点进浇口方式，来避免铸件在浇注过程中可能出现的浇不住；浇注温度通过测温枪来保证产品浇注时的温度；以及，对相关部位采用放置冒口及冒口下补贴，部分远离冒口区域铸件较厚位置同时不利于放置冒口通过放置冷铁，缩小热节来保证；对于易产生裂纹部位放置防裂筋来消除，使得制备的横梁性能测试结果完全符合德国标准《高焊接性能和韧性的通用铸钢件》（DIN EN 10213-3.1996)中的G20Mn5QT（调质）标准。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种地铁内钢架铸件生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
以对称点上下分型，采用浇注内浇道截面小于铸件截面积的浇注系统，从铸型两端进入，数量6道，中间一段不设内水口；
设置多个冒口，其中中间冒口为主冒口，孔上半部分注释，增加对幅板热节的补缩能力，筋板上设置出气冒口，辅助筋板同时凝固，十字头热节处放置若干小冒口，保证各个小热节铸造致密；
采用电弧炉冶炼钢，加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，钢包吹氩气钢包上钢水面翻花，维持几分钟，净化去除杂质，造型；
控制浇注温度范围为1560℃≤浇注温度≤1570℃，保证优质钢水浇注，型砂采用铬铁树脂砂，保温时间≥24小时，采用外冷铁辅助冒口达到顺序凝固，落砂后切割冒口再装炉热处理；
最后对热处理后的铸件进行精整。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤采用电弧炉冶炼钢，加入铝、稀土和硅锆合金进行强脱氧，最终钢水内含氧量≤60PPm。
3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，热处理工艺具体包括：设计两次热处理提高性能，毛坯预处理采用正火，后进行二次正火+喷雾处理，再回火的热处理工艺。
4.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，还包括步骤：采取防裂措施，即在铸件内圆角设置防裂筋板。
5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，收缩率工艺参数为：全部收缩率均采用2%。
6.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，收缩率工艺参数为：较长横梁收缩率采用长度方向1.8%，其余方向收缩率采用2%；其他配件全部收缩率采用2%。
7.一种采用如权利要求1-6中任一项所述的生产工艺铸造的地铁内钢架铸件，其特征在于，按质量百分比记，所述钢架铸件化学成分为：C含量0.17~0.23，Si含量≤0.60，Mn含量为1.00~1.50，P含量为≤0.020，S含量为≤0.015，Ni含量为≤0.40，Cr含量为≤0.30，Mo含量为≤0.15。
8.根据权利要求7所述的地铁内钢架铸件，其特征在于，所述钢架铸件厚度≤50mm时，屈服强度为≥360 N/mm²，抗拉强度为500~650N/mm²，延伸率为≥24%，冲击功为≥70J。
9.根据权利要求7所述的地铁内钢架铸件，其特征在于，所述钢架铸件厚度范围为50mm＜钢架铸件厚度≤100mm时，屈服强度为≥300 N/mm²，抗拉强度为500~650N/mm²，延伸率为≥24%，冲击功为≥50J。
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