如何進行鑄鋼節點的深化設計

鑄鋼節點設計是建筑師、結構工程師和鑄造工程師密切合作的過程。鑄鋼節點設計流程一般是1.綜合考慮建筑美觀、鑄造工藝、受力性能、連接構造、施工安裝要求。2.工藝設計與分析鑄造工藝過程數值模擬，確定澆鑄工藝和尺寸要求，制定工藝流程，3.力學性能分析與節點校核根據設計準則和計算方法進行節點分析、設計加工圖紙。檢驗鑄鋼節點的設計結果，設計方在必要時可提出對鑄鋼節點的試驗驗證建筑用要求。

1.鑄鋼材料的選用

鑄鋼選材時應綜合考慮結構的重要性、荷載特性(承受靜力荷載或間接動力荷載、承受直接 動力荷載或7 ~9度設防的地震作用)、節點類型 (單管或多管節點)、應力狀態(單、雙向受力或三 向受力)、鑄造工藝(工藝設計與裝備)、工作環境 溫度等因素,選擇技術可靠、經濟合理的鑄鋼材 料。目前國內工程中釆用的非焊接鑄鋼材料有現 行國家標準《一般工程用鑄造碳鋼件》(GB/T 11352—2009)的 ZG230 - 450, ZG270 - 500, ZG310 -570,ZG340 -640等鑄造碳素鋼;采用的 焊接鑄鋼材料有現行國家標準《焊接結構用碳素 鋼鑄件》(GB/T 7659—1987)規定的ZG230 - 450H,ZG275 -485H鑄鋼，日本《焊接結構用鑄鋼 件》(JISG 5102 )規定的 SCW410, SCW450, SCW480,SCW550等牌號鑄鋼，以及德國《一般工 程用鑄鋼》(DIN EN 10293 : 2005 )規定的 G17Mn5QT, G20Mn5N, G20Mn5QT 等牌號鑄鋼。 德國牌號鑄鋼的硫、磷含量均控制在0. 02%以 內，遠比中國、日本各牌號鑄鋼中0.04%的硫、磷 含量控制嚴格，確保了材料的塑性和韌性性能，尤 其是與鋼構件之間的可焊性能，因而廣泛應用于 國內外工程中。

2.鑄件壁厚

鑄件壁較厚時，其表面與芯部冷卻速度差別較 大，導致芯部結晶組織與力學性能明顯差別于表面 部分。因而,較厚鑄件的組織性能比較薄鑄件要 差，其強度、伸長率、沖擊功等力學指標亦會隨壁厚的增加而降低。試驗結果表明,30 mm基爾試塊與 </>500~</>600 mm試棒芯部相比，后者抗拉強度下 降約10%，屈服強度下降約25% ,伸長率、面縮率 和沖擊功下降約40%。因此，設計時不宜選用過 大的壁厚,否則應考慮相應力學指標的降低。目 前，中國和日本的鑄鋼材料標準均未列出壁厚分組 及相應的指標值，但中國標準在附錄條款中說明所 規定的力學性能指標可用于壁厚小于WO mm的 鑄件，并且屈服強度值還可用于t >100 mm鑄件的 設計;德國1992年DIN17182規定了不同壁厚的不 同強度等力學指標，但2005年修訂后的DIN EN10293則取消了壁厚分組，同時對G17Mn5QT, G20Mn5N只規定了壁厚50 mm與30 mm以下時的 力學性能指標,G20Mn5QT規定了壁厚100 mm以 下時的力學性能指標。參照德國標準和工程經驗, 建議鑄鋼件最大壁厚取為150 mm,此時其屈服強 度及強度設計值應予折減。

3.調質處理

鑄鋼件的鑄態組織取決于化學成分和凝固結 晶過程，一般存在較嚴重的枝晶偏析、組織極不均 勻以及晶粒粗大等問題，需要通過熱處理消除或 減輕其有害影響，改善鑄鋼件的力學性能。此外, 由于鑄鋼件結構和壁厚的差異，同一鑄件的各部 位具有不同的組織狀態，并產生相當大的殘余應 力。因此，鑄鋼件尤其是合金鑄鋼件，一般均應以 熱處理狀態供貨。當鑄件尺寸較大、壁厚較厚時, 宜以正火狀態交貨;尺寸較小并對性能要求較高 時,宜以調質狀態交貨。目前國內鑄造廠商缺少 超大型淬火池，對特大型鑄件調質后的變形也無 法控制，按國內近年來的生產經驗，壁厚較厚的 G20Mn5鑄件釆用正火工藝處理后亦可保證較高 的應用性能。