低合金铸钢节点及其熔炼、浇注控制方法和热处理工艺技术

本发明专利技术提供一种低合金铸钢节点及其熔炼、浇注控制方法和热处理工艺，根据铸钢节点结构是否简单、壁厚是否均匀以及热处理过程中是否易产生裂纹的特点，对其组分中的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、铬(Cr)、镍(Ni)作相应调整，并在热处理工艺环节对其作相应的“淬火+回火”或者“正火+回火”处理。通过采用加入低合金的方法在满足铸钢节点力学性能和焊接性能的前提下，降低了铸造成本。

【技术实现步骤摘要】
低合金铸钢节点及其熔炼、浇注控制方法和热处理工艺
本专利技术涉及建筑钢结构领域，具体涉及一种低合金铸钢节点及其熔炼、浇注控制方法和热处理工艺。
技术介绍
建筑钢结构的钢架与钢架之间、钢架与柱子之间的连接多采用铸钢节点与钢架(或柱子)相焊接的结构。由于建筑钢结构的设计理念为强节点、弱杆件，为确保其钢结构不受相交(或相贯)节点性能或成本的限制，建筑设计对高强度铸钢节点的选用比较慎重随着铸钢节点在建筑钢结构领域的深入广泛的应用，对铸钢节点的力学性能有了更高的要求。目前的铸钢节点采用国家标准为GB/T7659中最高牌号为ZG340-550H，其对应的性能为屈服强度≥340Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥15％，而此牌号的铸钢节点不能够满足钢结构材料Q390B(壁厚大于16mm)：抗拉强度≥490Mpa、屈服强度≥370Mpa、伸长率≥20％；也不能够满足钢结构材料Q420B(壁厚大于50mm)：抗拉强度≥520Mpa、屈服强度≥380Mpa、伸长率≥19％的要求；实际工程应用中设计单位往往采用增加铸钢节点的壁厚或加大铸钢节点尺寸规格以使铸钢节点满足设计要求的强度，这就会使铸钢节点的用钢量大幅度增加，整体建筑成本也随之增加。除日本JIS标准中有与Q390B(壁厚大于16mm)及Q420B(壁厚大于50mm)相匹配的铸钢节点材质外，其他国家目前还没有与建筑钢结构低合金高强度、焊接性能良好的铸钢节点材质相匹配的标准。日本JIS标准所述材料的化学成分具体为：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％。可以看出，该材料对应的化学成分中合金元素添加多，且添加了较高含量的铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)和钒(V)等贵金属元素，原材料成本过高，为使铸造行业能尽快满足建筑钢结构的市场发展需求，铸造成本相对于整体建筑的综合成本的比例亟待优化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供低合金铸钢节点及其熔炼、浇注控制方法和热处理工艺，通过加入低合金的方法达到建筑要求的力学性能，在铸钢节点满足高强度力学性能和焊接性能的前提下，大大降低了铸造成本。本专利技术采用的技术方案具体为：一种低合金铸钢节点，由以下质量百分比的原料熔炼制成：碳(C)为0.17～0.25％、硅(Si)≤0.60％、锰(Mn)≤1.60％、磷(P)≤0.03％、硫(S)≤0.03％，余量为铁(Fe)。一种低合金铸钢节点，由以下质量百分比的原料熔炼制成：碳(C)为0.18～0.25％、硅(Si)≤0.60％、锰(Mn)为1.00～1.60％、磷(P)≤0.03％、硫(S)≤0.03％，余量为铁(Fe)。一种低合金铸钢节点，由以下质量百分比的原料熔炼制成：碳(C)为0.17～0.23％、硅(Si)≤0.60％、锰(Mn)≤1.60％、磷(P)≤0.02％、硫(S)≤0.02％，还包括铬(Cr)≤0.30％、镍(Ni)≤1.00％，余量为铁(Fe)。一种低合金铸钢节点的熔炼及浇注控制方法，其中熔炼工序采用电弧炉熔炼，浇注工序采用底注式钢包浇注，主要包括以下步骤：S1：将经过除锈和清洁的废钢和包括锰铁、铬铁和硅铁的合金元素加入电弧炉内熔炼；S2：熔炼的还原期加入包括锰铁、铬铁和硅铁的合金元素；S2：熔炼的钢水在温度为1600～1650℃时出炉；S3：采用底注式钢包对出炉的钢水进行浇注，浇注的温度为1500～1580℃。用于结构简单、壁厚均匀，热处理过程中不易产生裂纹的铸钢节点的热处理工艺，包括淬火处理工艺和回火处理工艺，所述淬火处理工艺和高温回火处理工艺具体为：所述淬火处理工艺过程包括淬火升温阶段和淬火保温阶段，其中：淬火升温阶段：600℃以下的淬火升温阶段其升温速度控制在每小时100℃以下，升温至600℃后保温4h；600℃到(880±10)℃的淬火升温阶段其升温速度控制在每小时100℃以下；淬火保温阶段：当温度为880±10℃时，保温时间根据铸钢节点的壁厚或者堆料高度计算；当所述的铸钢节点达到所述保温阶段需要的保温时间后，淬火后对经过上述淬火处理工艺的铸钢节点进行高温回火处理，所述高温回火处理工艺包括回火升温阶段和回火保温阶段，其中：回火升温阶段：升温速度控制在每小时100℃以下，升温至600～650℃；回火保温阶段：当温度为600～650℃时保温，回火保温时间根据所述铸钢节点的壁厚或者堆料高度计算；当所述铸钢节点达到所述回火保温阶段要求的保温时间后出炉空冷。用于结构复杂、壁厚不均匀或者热处理过程中易产生裂纹的铸钢节点的热处理工艺，包括正火处理工艺和回火处理工艺，所述正火处理工艺和回火处理工艺具体为：所述正火处理工艺包括正火升温阶段和正火保温阶段，其中：正火升温阶段：600℃以下的正火升温速度控制在每小时100℃以下，加热至600℃后保温4h；600～(900±10)℃的正火升温速度控制在每小时100℃以下；正火保温阶段：当温度为900±10℃时，回火保温时间根据所述铸钢节点的壁厚或者堆料高度计算；所述铸钢节点达到所述正火保温阶段要求的保温时间后，出炉进行强制空冷加水雾后对经过上述正火处理工艺的所述铸钢节点进行回火处理，回火处理工艺包括回火升温阶段和回火保温阶段，其中：回火升温阶段：升温速度控制在每小时100℃以下，升温至600～650℃；回火保温阶段，当温度为600～650℃时保温，回火保温时间根据上述铸钢节点的壁厚或者堆料高度计算；当所述铸钢节点达到所述回火保温阶段要求的保温时间后出炉空冷。所述淬火保温时间和所述回火保温时间根据铸钢节点的壁厚计算，按照25mm/h进行保温。所述淬火保温时间和所述回火保温时间根据堆料高度计算，按照4h/m进行保温。本专利技术产生的有益效果是：铸钢节点在保证具有良好焊接性能(碳当量＜0.48％)的前提下，实现了屈服强度＞380Mpa、抗拉强度＞550Mpa、伸长率为20％的优良性能，且铸钢节点的组分中省去了包括钼(Mo)和钒(V)在内的贵金属元素，降低了铬(Cr)、镍(Ni)的含量，在保证强度的前提下大大降低了铸造成本在综合成本中的比例。此外，本专利技术的铸钢节点能够实现建筑钢结构的快捷安装和精确调节，安装简便，钢材用量小。附图说明当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本专利技术。此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1-1为本专利技术一种低合金铸钢节点的结构简单、壁厚均匀且热处理过程中不易产生裂纹对应的主视示意图；图1-2为本专利技术一种低合金铸钢节点的结构简单、壁厚均匀且热处理过程中不易产生裂纹对应的左视剖面图；图1-3为本专利技术一种低合金铸钢节点的结构简单、壁厚均匀且热处理过程中不易产生裂纹对应的俯视示意图；图2为图1-1至1-3对应的实施例的铸钢节点布置示意图；图3-1为本专利技术一种低合金铸钢节点的结构复杂、壁厚不均匀或者热处理过程中易产生裂纹对应的主视示意图；图3-2为本专利技术一种低合金铸钢节点的结构复杂、壁厚不均匀或者热处理过程中易产生裂纹对应的左视示意图；图3-3为本专利技术一种低合金铸钢节点的结构复杂、壁厚不均匀或者热处理过程中易产生裂纹对应的俯视示意图；图3-4为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低合金铸钢节点，其特征在于，由以下质量百分比的原料熔炼制成：碳(C)为0.17～0.25％、硅(Si)≤0.60％、锰(Mn)≤1.60％、磷(P)≤0.03％、硫(S)≤0.03％，余量为铁(Fe)。

【技术特征摘要】
1.一种低合金铸钢节点的熔炼、浇注和热处理控制方法，其特征在于，包括熔炼、浇注控制步骤、热处理工艺步骤和正火处理工艺步骤：质量百分比的原料为：碳(C)为0.23～0.25％、硅(Si)≤0.60％、锰(Mn)≤1.60％、磷(P)为0.02～0.03％、硫(S)为0.015～0.03％，余量为铁(Fe)；一、熔炼、浇注控制步骤如下：步骤S10、熔炼工序：将经过除锈和清洁的废钢和包括所述原料加入电弧炉内熔炼，至熔炼的钢水在温度为1600～1650℃时出炉；步骤S20、浇注工序：采用底注式钢包对出炉的钢水进行浇注，浇注的温度为1500～1580℃，得到铸钢节点；二、热处理工艺步骤包括淬火处理工艺步骤和之后的回火处理工艺步骤1；步骤如下：步骤31)、所述淬火处理工艺步骤包括淬火升温阶段和淬火保温阶段，其中：步骤31.1)、所述淬火升温阶段具体为：600℃以下的淬火升温阶段其升温速度控制在每小时100℃以下，升温至600℃后保温4h；600℃到880±10℃的淬火升温阶段其升温速度控制在每小时100℃以下；步骤31.2)、所述淬火保温阶段具体为：温度为880±10℃时进入保温阶段，保温5h后，进行淬火，随后进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海霞，赵刚，范宝华，齐复祥，崔志明，章亚红，吕建强，
申请(专利权)人：北京机电院高技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11