CN113431014B - 一种海洋平台渐变壁厚铸造节点及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种海洋平台渐变壁厚铸造节点，包括用于连接钢结构管件的主体，所述主体为整体浇铸的铸钢，所述主体包括一根中心连接管，2‑4根斜管，2‑6根底管；中心连接管、斜管和底管的连接端相贯汇集于一处形成节点核心区，所有连接管件的中轴线在节点核心区交汇于两个中心点上，两个中心点相距250‑300mm，相邻两根连接的管的内外壁表面之间设置圆角过渡。该铸造节点在降低整体重量，减少的同时，保证了良好的焊接性能。所述铸造节点能够一次成型，工艺更加简单，且大大降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明属于海洋平台装备领域，尤其涉及一种低温环境下耐腐蚀高强高韧铸造节点。
背景技术
海洋平台是人类进行海洋开发的基础，节点是海洋平台中一个关键组件。节点的主要作用是连接关键，并承受载荷，由于节点的应力状态较为复杂，容易产生应力集中现象，导致裂纹出现，并可能进一步扩展导致结构失效，进而发生严重事故。因此节点设计除了需要满足平台结构总体受力强度以外，还要满足交汇于节点的各构件的局部强度，包括构造强度、静力强度和疲劳强度，以保障平台安全。焊接节点内应力高，低温冷脆问题严重，在外力作用下容易发生应力集中导致节点破坏，危害平台的安全性。铸造节点刚性大，应力集中系数仅为焊接节点的二分之一，疲劳寿命高，抗极端环境能力强，同时，铸钢各向同性，厚度方向具有较高的韧性。另外，铸造节点成本相比焊接节点低，具体表现为铸造节点代替焊接节点，除个别节点外，多数铸造节点可节约钢材5-15％，降低造价3-30％，因而开发海洋平台铸造节点是未来发展的趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海洋平台渐变壁厚铸造节点，包括用于连接钢结构管件的主体，所述主体为整体浇铸的铸钢，所述主体包括一根中心连接管，2-4根斜管，2-6根底管；中心连接管、斜管和底管的连接端相贯汇集于一处形成节点核心区，所有连接管件的中轴线在节点核心区交汇于两个中心点上，两个中心点相距250-300mm，相邻两根连接的管的内外壁表面之间设置圆角过渡。优选所述主体包括一根中心连接管，2根斜管，2根底管。
所述新型渐变壁厚铸造节点，中心连接管和斜管的管件上部为壁厚逐渐增加，下部为均匀壁厚；中心连接管从距离中心连接管端点180-220mm处开始逐渐增加壁厚，中心连接管上部的中心点位置壁厚最大，中心连接管上部的最小壁厚25-30mm，最大壁厚为35-45mm，中心管下部的壁厚为25-30mm；斜管从与中心连接管的交汇区域开始逐渐增加壁厚，斜管上部最小壁厚20-25mm，最大壁厚为30-40mm，斜管下部壁厚为20-25mm；斜管与中心连接管呈30-45°角连接；底管为均匀壁厚管，壁厚为12-15mm，与中心连接管呈60-90°角连接。
所述中心连接管和斜管的管件上部是指管件横截面的水平面以上部分。
斜管的最大壁厚处位于节点中心处与中心连接管的轴线垂直的截面上。
优选的，所述新型渐变壁厚铸造节点，中心连接管和斜管的管件上部为壁厚逐渐增加，下部为均匀壁厚；中心连接管从距离中心连接管端点190-210mm处开始逐渐增加壁厚，中心连接管的中心点位置壁厚最大，中心连接管上部的最小壁厚28-30mm，最大壁厚为40-42mm，中心连接管的下部壁厚为28-30mm；斜管从与中心连接管的交汇区域开始逐渐增加壁厚，斜管上部最小壁厚22-23mm，最大壁厚为32-38mm，斜管下部壁厚为22-23mm；斜管与中心连接管呈35-40°角连接；底管为均匀壁厚管，壁厚为13-14mm，与中心连接管件呈70-80°角连接。
优选的，所述的铸造节点用钢可以进行预处理，包括如下步骤：
(1)淬火处理：将与所述低温环境下耐腐蚀高强高韧铸造节点用钢铸件升温至930-970℃，保温1-2h后以30-50K/s速度水冷至室温；
(2)回火处理：将上述水淬后的低温环境下耐腐蚀高强高韧铸造节点用钢升温至450-700℃，保温4-6h后空冷至室温。
本发明专利在制备低温环境下耐腐蚀高强高韧铸造节点时采用淬火+回火的热处理工艺，从而获得回火索氏体加少量残余奥氏体和铁素体的显微组织。组织中分布的残余奥氏体能够增强钢整体的强度以及韧性，且在形变过程中残余奥氏体可以有效地吸收应力，阻止微裂纹的产生；而回火索氏体是一种具有较好强韧性的基体组织；弥散分布的细小铁素体组织能够很好的阻抑裂纹扩展，同时可以在相变过程中阻止晶粒长大，在淬火和回火的过程中，铁素体沿淬火原奥氏体晶界将会形成一些极细的亚晶粒，从而增加晶界的比例，使得单位界面上有害杂质元素含量进一步降低，有利于增加合金的强韧性。
优选的，铸造节点用钢中碳含量满足C≤0.12％，碳当量满足Ceq≤0.56％，降低铸造节点整体重量，减少铸造节点壁厚的同时，保证良好的焊接性能。
优选的，所述铸造节点用钢中铁素体占比≥10％。
优选的，在-40℃低温环境下，所述制备用于低温环境下耐腐蚀高强高韧铸造节点用钢具有良好的耐腐蚀性。
有益效果：与现有铸造节点相比，本发明专利的显著优点为：凝固过程，薄壁、渐变壁厚，单位体积上钢液的蓄热量较小，其凝固速度相对较快；产品相邻厚薄悬殊较小，厚薄交接逐渐过渡；冒口分布位置使整个铸件的收缩应力分布基本均匀，补缩距离通常可以达到壁厚的4～5倍；浇注系统的设计可以从低处入液，开设边冒口引入或使用缝隙浇口引入，使得其充型过程平稳，利于排渣、排、内浇道的开设应尽量均匀分布，收缩应力均匀；铸件愈壁薄、面积愈大和形状复杂金属在铸型中流动时的阻力就大，同时降温也快，流动性就差，就愈不容易浇满，铸件便会产生冷隔、浇不足等缺陷，上述的渐变厚度很好的解决了这个问题。
附图说明
图1为渐变壁厚铸造节点结构示意图；
图2为渐变壁厚铸造节点剖视结构示意图；
图3为渐变壁厚铸造节点剖视结构俯视图。
其中，1为中心连接管件；2为斜管；3为连接管件；4为斜管中轴线；5为中心连接管件中轴线；6为中心点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明专利的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
一种海洋平台渐变壁厚铸造节点，包括用于连接钢结构管体的主体，所述主体为整体浇铸的铸钢节点，所述主体包括用于连接钢结构管件的主体，所述主体为整体浇铸的铸钢，所述主体包括一根中心连接管，2根斜管，2根底管；中心连接管、斜管和底管的连接端相贯汇集于一处形成节点核心区，所有连接管件的中轴线在节点核心区交汇于两个中心点上，两个中心点相距250mm，相邻两根连接管体的内外壁表面之间设置圆弧过渡。所述新型渐变壁厚铸造节点，上部为渐变壁厚，下部为均匀壁厚；中心连接管体最小壁厚25mm，从距离中心连接管端点200mm区域开始渐进增加，最厚处为35mm；斜管最小壁厚20mm，从200mm区域开始渐进增加，最厚处为30mm，与中心连接管体呈30°角连接；底管为均匀壁厚，壁厚为12mm，与中心连接杆呈60°角连接。所述铸造节点的最大抗拉强度为632MPa。
实施例2
一种海洋平台渐变壁厚铸造节点，包括用于连接钢结构管体的主体，所述主体为整体浇铸的铸钢节点，所述主体包括用于连接钢结构管件的主体，所述主体为整体浇铸的铸钢，所述主体包括一根中心连接管，2根斜管，2根底管；中心连接管、斜管和底管的连接端相贯汇集于一处形成节点核心区，所有连接管件的中轴线在节点核心区交汇于两个中心点上，两个中心点相距300mm，相邻两根连接管体的内外壁表面之间设置圆弧过渡。
所述新型渐变壁厚铸造节点，上部为渐变壁厚，下部为均匀壁厚；中心连接管体最小壁厚30mm，距离中心连接管端点220mm区域开始渐进增加，最厚处为45mm；斜管最小壁厚25mm，从220mm区域开始渐进增加，最厚处为40mm，与中心连接管体呈45°连接；底管为均匀壁厚，壁厚为15mm，与中心连接管体呈90°角连接。所述铸造节点的最大抗拉强度为627MPa。
对比例1
一种海洋平台渐变壁厚铸造节点，所述铸造节点的结构与实施例1相同，但是所有管件采用完全相同壁厚的管件，管件厚度为35mm。所述铸造节点的最大抗拉强度为520MPa。
对比例2
一种海洋平台渐变壁厚铸造节点，所述铸造节点的结构与实施例1相同，但是所有管件采用完全相同壁厚的管件，管件厚度为25mm。所述铸造节点的最大抗拉强度为504MPa。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种海洋平台渐变壁厚铸造节点，其特征在于包括用于连接钢结构管件的主体，所述主体为整体浇铸的铸钢，所述主体包括一根中心连接管，2-4根斜管，2-6根底管；中心连接管、斜管和底管的连接端相贯汇集于一处形成节点核心区，所有连接管件的中轴线在节点核心区交汇于两个中心点上，两个中心点相距250-300mm，相邻两根连接的管的内外壁表面之间设置圆角过渡；所述中心连接管和斜管的管件上部为壁厚逐渐增加，下部为均匀壁厚；
中心连接管从距离中心连接管端点180-220mm处开始逐渐增加壁厚，中心连接管上部的中心点位置壁厚最大，中心连接管上部的最小壁厚25-30mm，最大壁厚为35-45mm，中心管下部的壁厚为25-30mm；斜管从与中心连接管的交汇区域开始逐渐增加壁厚，斜管上部最小壁厚20-25mm，最大壁厚为30-40mm，斜管下部壁厚为20-25mm；斜管与中心连接管呈30-45°角连接；底管为均匀壁厚管，壁厚为12-15mm，与中心连接管呈60-90°角连接；
对所述的铸造节点用钢进行预处理，包括如下步骤：
(1)淬火处理：将低温环境下耐腐蚀高强高韧铸造节点用钢铸件升温至930-970℃，保温1-2h后以30-50K/s速度水冷至室温；
(2)回火处理：将上述水淬后的低温环境下耐腐蚀高强高韧铸造节点用钢升温至450-700℃，保温4-6h后空冷至室温。
2.如权利要求1所述的铸造节点，其特征在于所述中心连接管和斜管的管件上部为壁厚逐渐增加，下部为均匀壁厚；中心连接管从距离中心连接管端点190-210mm处开始逐渐增加壁厚，中心连接管的中心点位置壁厚最大，中心连接管上部的最小壁厚28-30mm，最大壁厚为40-42mm，中心连接管的下部壁厚为28-30mm；斜管从与中心连接管的交汇区域开始逐渐增加壁厚，斜管上部最小壁厚22-23mm，最大壁厚为32-38mm，斜管下部壁厚为22-23mm；斜管与中心连接管呈35-40°角连接；底管为均匀壁厚管，壁厚为13-14mm，与中心连接管件呈70-80°角连接。
3.如权利要求1所述的铸造节点，其特征在于所述中心连接管和斜管的管件上部是指管件横截面的水平面以上部分。
4.如权利要求1所述的铸造节点，其特征在于斜管的最大壁厚处位于节点中心处与中心连接管的轴线垂直的截面上。
5.如权利要求1所述的铸造节点，其特征在于所述铸造节点用钢中的铁素体占比≥10％。
6.如权利要求1所述的铸造节点，其特征在于所述铸造节点用钢中碳含量满足C≤0.12％，碳当量满足Ceq≤0.56％。
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