CN1202323C - 稀土低合金铸钢节点的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种网架结构中的节点，尤其是涉及到网架结构中节点的生产工艺，提供一种节点的铸造生产工艺，一次浇注成形，并可根据设计要求，设计出多种形状的节点，同时在铸造过程中加入稀土元素，增加铸造节点的强度和刚度。该铸钢节点的空间角度一致性能好，可保证空间钢架结构的精度要求，便于现场施工安装。

Description

稀土低合金铸钢节点的生产工艺

技术领域：本发明涉及到一种网架结构中的节点，尤其是涉及到网架结构中节点的生产工艺。

背景技术：据报道，钢构建筑是21世纪新型节能环保建筑的典范，发达国家早在八、九十年代即大量兴建，它不但能满足单体建筑造型新颖独特、大跨度、重量轻、抗震性能好的要求，而且构件在工厂制作，减少现场工作量，尺寸精度高，建设周期短，现场安装施工方便，在若干年后，可回收利用，同时建造和拆除时污染少。

节点是钢架结构中的一个重要结构构件，它起着连接交叉杆件、传递杆件内力的作用，同时也是网架与屋面、天棚、管道、悬挂设备等连接之点，起着传递和托挂荷载的作用，因此，节点的结构对整个网架的受力性能、制作安装、工程进度、用钢量指标以及工程造价都有直接影响。目前，钢架结构的节点普遍采用Q235、Q345或普通低合金钢厚板组焊而成，采用这种节点存在现场制作工作量大，材料利用率不高、焊接结构复杂、变形量难以预测、焊接残余应力无法消除、焊接难度大等缺点。

技术内容：大型钢结构建筑铸钢节点、支座产品以及高层钢构建筑柱墙节点等产品，属钢构建筑中的重要焊接结构件。本发明所述一种稀土低合金铸钢节点的生产工艺，该节点的主要成份按重量百分比计，Ni≤0.03、Mo≤0.15、Cr≤0.30、S≤0.015、P≤0.02、Mn＝1.10∽1.80、Si＝0.20∽0.50、C＝0.06∽0.23、Re＝0.20∽0.35，余量为Fe，其特征在于：该稀土低合金铸造节点的生产工艺包括以下工艺步骤：

(1)炉料配备及金属液的冶炼  以碳素钢的钢锭切头或边角料为主要炉料；辅以低P、S含量的铁合金采用电弧炉进行熔炼；在熔化期提前进行吹氧，并将吹氧过程一直持续到氧化期终了时；同时在熔氧期采用特效脱磷剂造渣；然后进行还原：造渣操作程序为白渣--电石渣--白渣；

(2)造型工艺  选用水玻璃-CO₂硬化型砂造型；

(3)浇注工序  在出钢时，在盛钢桶中加入重稀土对钢水进行孕育，同时镇静5S以上时间，然后进行浇注；

(4)热处理工艺  对浇注的产品毛坯进行正火+回火热处理。

本发明还采用了自硬树脂砂和铸造用铬矿砂作原砂进行造型，并对浇注的产品毛坯进行淬火+回火热处理。本发明采用优质低合金钢一次浇铸成型，化学成份设计合理，通过一定的热处理工艺来保证其良好的机械性能：抗拉强度δ_b≥450MPa，屈服强度δ₅≥250MPa，延伸率≥24％；同时具有较好的焊接性能及结构件外形美观、精致等特性。所以在生产过程中，在某些工序将采用有别于一般机械类铸钢构件的工艺手段，来满足其综合性能和形体造型的要求。

本发明的目的在于克服了上述现有技术中存在的不足，提供一种节点的铸造生产工艺，一次浇注成形，并可根据设计要求，设计出多种形状的节点，采用电弧炉熔炼，同时加入稀土元素，增加铸钢节点的强度和刚度。该铸钢节点的空间角度一致性能好，既可保证空间连接件安装精度的要求，又便于现场施工安装。

具体实施方式：本发明所述稀土低合金铸造节点的生产工艺，该节点的主要成份为(按重量百分比计)Ni≤0.03、Mo≤0.15、Cr≤0.30、S≤0.015、P≤0.02、Mn＝1.10∽1.80、Si＝0.20∽0.50、C＝0.06∽0.23、Re＝0.20∽0.35，余量为Fe，其特征在于：该稀土低合金铸造节点的生产工艺包括以下工艺步骤：

1.炉料配备及金属液的冶炼

在金属炉料的配备方面，由于产品的化学成份和综合机械性能等方面的要求均系具有良好的焊接性能的优质合金钢范畴，特别是要求Cr、Ni、Cu、Mo、V等残余元素总量不超过1％，所以炉料的配备主要的碳素钢的钢锭切头或边角料为主要炉料；辅以低P、S含量的铁合金及辅料进行熔炼，以保证其材质化学成份合格。

金属液的冶炼方面，根据相关的DIN德国标准，JIS日本标准以及ANSI/ASTM美国标准的有关阐述均采用电弧炉碱性氧化法熔炼工艺，本发明的冶炼工艺能满足产品材质的冶炼要求，整个冶炼过程由熔化期、氧化期、还原期、出钢镇静等四个工步组成。

在冶炼过程中打破传统工艺，采用先进的熔氧结合工艺，在熔化期提前进行吹氧，并将吹氧过程一直持续到氧化期终了，即将熔化与氧化结合为一个连续的过程，此工艺与传统工艺相比，大大地降低了钢液中的氢的含量，避免了因钢液含氢而造成产品气孔缺陷。同时在熔氧期采用脱磷剂造渣，通过吹氧，获得脱磷效果较好的较高碱度和较高氧化铁含量的炉渣。在氧化期终了时有目的地将钢液中P的含量控制在0.005以下。再者，在熔化期提前吹氧，有足够的时间通过吹氧法进行脱碳，使氧化期终了时，钢液的碳含量达到痕迹值。同时由于连续的吹氧操作，可以在氧化末期获得较高的钢液温度，为钢液进入还原期打下良好的基础。

熔炼过程中还原期的主要任务是有效地脱氧、脱硫，并调整好钢液的化学成份和钢液温度，使之达到出钢的要求。主要操作是通过渣况的改变，进行有效地脱硫、脱氧过程，造渣操作程序为白渣--电石渣--白渣。由于在氧化末期已获得了较高的钢液温度，首次白渣可创造良好的脱硫条件，将钢液的S含量控制在痕迹值范围，即S≤0.015％。电石渣的操作，主要目的是有利于钢液的脱氧，配合铁合金的加入，将钢液中含氧量大幅度降低。最后还原成白渣，并及时调整其化学成份达到规定要求。

出钢时，在底注式盛钢桶中加入0.20∽0.35重稀土铈对钢水进行孕育，以利于细化钢的晶粒，为产品的热处理工艺打好基础。

2.造型工艺

由于钢构建筑用铸钢构件的立体形状复杂，产品的制作多采用砂型铸造工艺来完成。根据它对形状、尺寸精度以及表面粗糙度的要求，一般选用水玻璃-CO₂硬化型砂造型，针对一般盲孔、杆件相贯点特别采用自硬树脂砂和铸造用铬矿砂作原砂。在造型工艺方面，着重考虑的是浇注系统的设计、设置和材料的选用。浇注系统的设计，根据产品的结构形式和壁厚、重量等因素，考虑产品的出品率为50-65％之间，冒口均采用保温冒口或发热冒口，以保证浇注系统有足够的补缩能力，保证产品无缩孔、缩松等铸造缺陷。另外，所有的浇道及浇口杯均采用成型浇道砖铺设，减少钢液在注入型腔时所形成的夹杂和冲砂，保证产品内在质量无夹杂和夹砂现象。

3.浇注工艺

钢液冶炼还原期结束，所有的化学成份均符合标准要求后，对钢液进行终脱氧。同时在红热的盛钢桶中加入稀土出钢。出钢操作强调钢渣同流以进一步达到脱硫效果。

钢液在盛钢桶内得到了稀土孕育，同时镇静5秒以上时间以利钢液中杂质的上浮净化，保证钢液的纯净和成份均匀。利用底注式钢包浇注，保证了钢渣不随钢液流入型腔，使产品毛坯无夹渣现象。同时减少了钢液的吸气时间，保证产品成形过程中无气孔缺陷产生。

4.热处理工艺

钢构建筑用铸钢产品，要求具有良好的综合性能，同时要求其无内在应力存在，所以有必要对其进行热处理。主要采用的热处理方法的：正火+回火、淬火+回火(调度处理)两种热处理方式。在热处理操作中，关键是控制产品的冷却速度。一般针对较大件的热处理，必要时采用强风冷却，以达到所需的冷却速度，保证材质在相变过程中得到细化的晶粒，然后通过高温回火达到产品所需的综合性能。

Claims (3)

1.一种稀土低合金铸钢节点的生产工艺，该节点的主要成份按重量百分比计，Ni≤0.03、Mo≤0.15、Cr≤0.30、S≤0.015、P≤0.02、Mn＝1.10∽1.80、Si＝0.20∽0.50、C＝0.06∽0.23、Re＝0.20∽0.35，余量为Fe，其特征在于：该稀土低合金铸造节点的生产工艺包括以下工艺步骤：

(1)炉料配备及金属液的冶炼  以碳素钢的钢锭切头或边角料为主要炉料；辅以低P、S含量的铁合金采用电弧炉进行熔炼；在熔化期提前进行吹氧，并将吹氧过程一直持续到氧化期终了时；同时在熔氧期采用特效脱磷剂造渣；然后进行还原：造渣操作程序为白渣--电石渣--白渣；

(2)造型工艺  选用水玻璃-CO₂硬化型砂造型；

(3)浇注工序  在出钢时，在盛钢桶中加入重稀土对钢水进行孕育，同时镇静5S以上时间，然后进行浇注；

(4)热处理工艺  对浇注的产品毛坯进行正火+回火热处理。

2.根据权利要求1所述的一种稀土低合金铸钢节点的生产工艺，其特征在于：采用自硬树脂砂和铸造用铬矿砂作原砂进行造型。

3.根据权利要求1所述的一种稀土低合金铸钢节点的生产工艺，其特征在于：对浇注的产品毛坯进行淬火+回火热处理。