大型體育場館上部建筑中，節點件是關鍵件，是上部各部件連接中樞，是使整個穹頂聯接天衣無縫、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。 

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 =480-620MPa，伸長率A≥22%，沖擊功（J/-40℃）>27。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

以國家體育場體育場節點為例：首先，節點外型復雜，節點材料屬于結構碳鋼，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。

 

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γ相區，此時基本組織為γ相或者說奧氏體，隨著溫度降低，組織向α相轉變，轉變為α鐵，但是Mn和Ni都有擴大γ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γ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，綜合性能滿足要求。

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，提高流動性的作用，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。

鑄鋼節點的選材應應遵循技術可靠、經濟合理的原則，綜合考慮結構的重要性、荷載特性、節點形式、應力狀態、鑄件厚度、工作環境和鑄造工藝等多種因素，選用適當的鑄鋼牌號與熱處理工藝。

2. 焊接結構用鑄鋼節點的鑄件材料應采用符合現行國家標準《焊接結構用碳素鋼鑄件》GB/T7659規定的ZGH、ZGH鑄鋼或G17Mn5QT、G20Mn5N、G20Mn5QT鑄鋼。當有依據時，也可選用其它牌號的鑄鋼。

3. 非焊接用鑄鋼節點的鑄件材料可選用符合現行國家標準《一般工程用鑄造碳鋼件》GB/T11352的ZGZGZGZG等牌號鑄鋼，并符合非焊接結構用鑄鋼牌號的化學及力學性能要求。

4. 焊接結構用鑄鋼節點與構件母材焊接時，在碳當量與構件母材基本相同的條件下，可按與構件母材相同技術要求選用相應的焊條、焊絲與焊劑，必要時應進行焊接工藝評定認可。

5. 鑄鋼節點的鑄件材料應具有屈服強度、抗拉強度、伸長率、斷面收縮率、沖擊功（考慮環境溫度）和碳、硅、錳、硫、磷、合金元素等含量的合格保證，對焊接鑄鋼還應有碳當量的合格保證。

6. 鑄件壁厚不宜大于150 mm，當壁厚很大時應考慮厚度效應引起的屈服強度、伸長率、沖擊功等的降低。

7. 在設計文件中應提出所選用的鑄鋼牌號與標準名稱，并按使用要求提出力學性能項目與碳當量要求，以及熱處理工藝要求（正火或調質）。所有要求項目的性能指標均應作為供貨條件予以保證。鑄鋼材料因故需代用時，必須經設計核查認可