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鑄鋼節點材料

大型體育場館上部建筑中節點件是關鍵件，是上部各部件連接,是使整個穹頂聯 接天衣無鐘、美觀、自然的關鍵，本文著重對節點用材料進行分析,為節點件的制造提供較為明確關注點。

1.前言

在當今的大型體育場館、劇院、展覽館等 大跨度頂部結構的復雜鏈接中大多采用鑄鋼節 點。鑄鋼是鋼品種中很重要組成部分，鑄鋼件 既有液態成型的一切長處，又可保有各種鋼所 特有的優異性能。鑄鋼按化學成分主要分為鑄 造碳鋼和鑄造合金鋼，其中有些鋼種，有些零 件本身性能特點，不可能用機加工、焊接、軋制、 鍛造等手段獲得，只能用鑄造方法。節點產品 就屬于只能用鑄造方法加工的產品。鑄鋼節點 用鋼要求低硫磷含量，高純凈度和高的低溫沖 擊性能，屈服強度 >300Mpa,抗拉強度=500- 650MPa,伸長率 A 3 22%,沖擊功（J/-40C） >270本文從節點材料的熱處理性能及鑄造性能 入手論證節點選材的可行性。

2.實際應用舉例

以伊拉克AL-MENNA體育場節點為例：首先，節點外型復雜，有五個聯接用法蘭， 有八個形狀復雜的索槽。其次，節點材料屬于低碳低合金焊接結構碳鋼，此材料使用鑄造工 藝可提高效率、節約成本。節點產品使用環境 特殊，要求使用壽命長、不易更換、安全系數高、 抗震。所以材料抗拉強度、屈服強度、延伸率、 抗沖擊性能等綜合性能要有嚴格要求，從而對 化學成分也有嚴格規定。

伊拉克心網體育場整體效果圖索夾節點放大圖

3.節點制造用鑄造合金鋼G20Mn5QT

3. 1 G20Mn5QT的熱處理性能

本件含碳量在0.2%左右，在熱處理中達到 正火溫度后，也就是使組織達到Y相區，此時基 本組織為Y相或者說奧氏體，隨著溫度降低，組 織向a相轉變，轉變為a鐵，但是Mn和Ni都 有擴大Y相區的作用，能使在常溫下獲得奧氏體 組織，所以含碳0.2%的鋼通過正火、回火處理 后，組織存在相當數量的奧氏體和鐵素體，所以 材料具有很好的延伸率和沖擊韌性。Mn、Ni不僅有擴大Y相區的作用，并都有提高強度的作用。 鐵素體、奧氏體自身的強度都比較低，都不超過 400MPa,但是由于有Mn、Ni、Si的存在，使機械 性能得到改善，強度提高，綜合性能滿足上表要求。

合金元素的存在狀態有多種：①合金元素以 原子狀態，固溶于鐵素體、奧氏體。②元素部分 與碳形成碳化物。③與鋼中的0、N、S化合，形 成非金屬夾雜物。④有的元素以游離狀態存在。 本產品的特點是低碳、低硫、低磷。再加血、 Ni、Si自身特點，所以Mn、Ni、Si在合金組織 中的存在形式是以固溶于鐵素體、奧氏體為主。 Mn不僅有擴大Y相區，形成無限固溶體，對鐵 素體及奧氏體均有較強的固溶強化作用，與S形 成熔點較高的MnS,可防止因FeS而導致的熱脆 現象，降低鋼的下臨界點，增加奧氏體冷卻時的 過冷度，細化珠光體組織以改善鋼的機械性能， 為低合金鋼的重要合金元素之一，并為無Ni及 少Ni奧氏體鋼的主要奧氏體化元素。Ni擴大Y 相區，形成無限固溶體，在a鐵中溶解度 約10%,不形成碳化物，細化鐵素體晶粒，在強 度相同條件下，提高鋼的塑性和韌性，特別是低 溫韌性，為主要奧氏體形成元素，并改善鋼的耐 腐蝕性能。Si有縮小y相區，形成Y相圈作用， 在a鐵及丫鐵中溶解度分別為18. 5%及2. 15%, 不形成碳化物，對提高鋼的綜合性能，特別是彈 性極限有利，可增強在自然條件下的耐蝕性。P 縮小Y相圈，與S、Mn聯合使用增強鋼的被切 削性，在鋼中偏析嚴重，增加鋼的回火脆性及冷 脆性，但本產品中P、S含量很低，其作用 也很低，所以S、P在本產品中的作用可不作討論。

3.2 G20Mn5QT的鑄造性能

合金元素對鑄造性能具有影響，首先是C, C有利于改善鋼水的流動性，但本產品C含量低， 只有0.2%,所以對鋼水的流動性不利。Si能 降低熔點，改善流動性，本產品含硅量為0.6%, 含量不高，Si有良好的脫氧作用，鋼水流動性 會有所改善，Mn有縮小結晶范圍，提髙流動性 的作用，但Mn增加體收縮和線收縮，增加冷、 熱裂傾向。P能改善流動性，但也增大冷、熱裂 傾向，S降低流動性，增大冷熱裂傾向，本產品P、 S含量很低，影響自然比較小。但綜合上述影響 比較大的當屬C、Si、Mn,綜合比較，鑄造性能 不屬于很不好，只要合理設計鑄造工藝，嚴格 執行工藝要求，就能生產出性能合格、外觀完 美的節點產品。

3.3采用鑄造合金鋼的優點

鑄鋼件不論其重量大小，批量多少，均易 于按設計者的構思制成具有合理外形和內部輪 廓、剛度高、形狀復雜且應力集中不顯著的零件。 單件或小量生產時，可用木模具或聚苯乙烯氣化 模具，生產準備周期短，生產成本低。批量生產 時，可用塑料或金屬模具，并用適當的造型工藝， 是鑄件具有符合要求的尺寸精度和表面質量。這 些優點是用其他方法制作難以達到的。

4.結論

節點產品結構比較復雜，要求嚴格，是因為 它的重要。對于如此重要的產品要了解每一個細 節，對元素的含量及作用要了解，對它的性能要 了解，對它的使用及環境要了解，總之，對所有 應了解的東西都了解后，才能設計合理的鑄造工 藝，和合理的澆注系統。每個產品都可以設計出 多種工藝方案，每一種方案都能生產出合格鑄件， 但哪種方案成品率高，節約工時材料，降低成本， 提高效率，區別可能是很大的，所以我們要分析 產品，從產品的每一個細節著手，包括材料,外形， 精度要求等等，根據各廠條件制定出一套完整、 可行、好的工藝?綜上所述采用G20Mn5QT作為 節點材料，經過適當的熱處理完全能夠達到節點 的機械性能要求，通過合理的鑄造工藝也能生產 出高品質的結構復雜節點鑄件。