铸钢节点的材料及其选用

     本条参照国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定与工程经验，以及铸钢材料的性能特点，提出了铸钢选材时应考虑的要素，荷载特征是指静力荷载与直接动力荷载(或较高烈度地震作用)的不同，同时也注明了不包括需要疲劳计算的动力荷载;节

点形式是指单管或多管构造复杂程度的不同;应力状态是指单双向与多向受力或应力集中情况的不同;铸造工艺是指铸造工艺设计和工艺装备的不同等。上述分类仅是一种原则性的划分，选材时应综合考虑各种要素，合理选用。同时由于铸钢节点造价较高

而不同的工艺方法或材质的价格差别较大，故选材时尚应考虑性价比的比较，不宜随意提高材质和工艺处理的要求，做到选材安全合理，经济适用。

​        根据选材匹配的原则，铸钢节点材料应与构件母材性能相匹配，但由于材料标准系列不同，各项参数(如强度级别、断面收缩率等)又有差别，匹配选用宜按主要性能相当、其他参数相近的原则考虑。即使对强度指标，也宜按节点区的实际应力情况，允许有一定的调整。

    本条结合国内外工程应用经验，对焊接结构铸钢节点所用的铸钢，推荐提出了按中国与德国标准生产的共5种牌号铸钢材料，其强度与材性可与钢结构用钢材Q235、0345相匹配其中ZG275-485H，G20Mn5铸钢节点在国内钢结构工程已有应用，取得较好效果，尤其以正火状态交货的铸钢G20Mn5，综合性能较为优良，已用于国内多项重要工程，但其价格较高，故在实际工程中应区别使用条件，合理选材。

非焊接用铸钢仍可按国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定，采用按中国标准生产的4种铸钢牌号，其强度级别分别为:230、270、310与340MPa;因其相应含碳量可达0.3%~0.6%，故不能用于焊接结构，选材时应特别注意

​      用于焊接铸钢节点与构件母材焊接的焊接材料可参照行业标准《建筑钢结构焊接技术规程]G81200中表6.1.31及表6.1.3-2的规定选用。由于铸钢的材性、厚度及成型方法与构件母材有很大不同，而且铸钢节点受力状态比较复杂，故必要时(如对某类铸钢节点与母材首次焊接时)应进行焊接工艺评定。

本条参照国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关选材的规定，提出了对铸钢节点的材料应要求保证的力学性能项目与化学成分要求，其中有些项目各标准不尽相同，如断面收缩率y，碳当量CE等，但按使用要求均属重要性能指标，故统一列为应保证的基本性能参数。关于冲击功，部分牌号铸钢只规定了常温下或0℃时的保证值，但按使用环境温度条件，必要时仍应要求20℃或-40℃的冲击功保证。

铸件较厚时，其表面与芯部冷却速度差别较大，导致芯部结晶组织与力学性能明显差别于表面部分;同时较厚铸件的表面部分因冷却速度降低，其组织性能也差于较薄的铸件;此即铸件的費面(厚度)效应:即铸件强度、伸长率、冲击功等重要指标均会随壁厚的增加而降低。各国现行标准均未列出壁厚分组及相应的指标值，但中国标准在附录条款中说明所规定的力学性能指标可用于壁厚长<100mm的铸件，并且屈服强度值还可用于t>100mm铸件的设计;德国92年DN7182曾规定了不同壁厚的不同强度等

力学指标，但2005年修订后的DNEN0293又取消了壁厚分组，同时对G17Mn5QT;G20Mn5N只规定了较薄壁厚(50mm与30mm)的力学性能指标。试验结果表明30mm基尔试块与500-600mm试棒芯部相比，后者下降约10%，下降约25%，和冲击功下降约40%。故设计时不宜选用过大的壁厚，否则应考虑相应力学性能指标的降低，具体降幅或取值可与供货厂家商定。基于上述原因，本条只能提出原则性要求和最大壁的建议限值(参照国外经验建议为(150mm由设计人自行掌握。关于厚度方向断面收缩率，由于铸钢更接近各向同性材料，性能的方向性差异不大故未再专门提出厚度方向收缩率的要求，但标准上列有断面收缩率指标时，仍应作为交货的保证指标。  

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为方便设计人员合理选材，本条结合选材原则与要素以及工程经验，列出了选材建议表供设计参考。表中内容按选材要素与不同使用条件，分别给出了选材应要求保证的性能项目与适用的铸钢牌号。虽然各铸钢材料标准中对冲击功限值规定不尽相同，但根据钢结构选材的经验与要求，在表3.1.7中仍按不同使用条件的环境温度提出了相应的冲击功最低限值要求(仍统一按Av，即带V型槽口，槽深2mm的试件试验取值)。其他力学性能与化学成分、碳当量等的指标或参数因有差异，表3.1.7未作统规定，选材时可按使用要求选用铸钢牌号并提出各项性能指标具体要求。

​      本条参照国家标准《钢结构设计规范》GB50017有关强制性条文的规定，明确提出应在设计文件中注明要求铸钢材料的牌号，应保证的具体性能项目与参数指标等，以作为加工订货与监理、验收的依据。同时对铸钢材料代用的程序与责任也作出了规定。

关于铸件的热处理工艺，从应用性能考虑，当铸件尺寸较大、壁厚较厚时宜以正火状态交货，尺寸较小并对性要求较高时，宜以调质状态交货。采用何种工艺，一般由厂家按性能要求确定并在订货合同中约定。但对低碳钢，正火或调质处理的效果基本相近，再由于国内铸造厂商缺少超大型淬火池，对特大型铸件调质后的变形也无法控制，按国内近年来的生产经验，即使较厚的G20Mn铸件店水工艺处理后都可以保证较高的应用性能故从技术经济综合考虑，在保证性能、质量的前提下，尽量以正火状态交货为宜。

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