桥梁支座铸钢件的机械性能

桥梁支座铸钢件的机械性能

宫小能张迎春

衡水中铁建集团公司

摘要：ZG270-500是桥梁支座普遍采用的原材料。本文从化学成分、热处理工艺、连体试棒铸造与加工、拉力试验等方面，说明了如何有效地保证ZG270-500铸钢件的机械性能要求。

关键词：桥梁支座铸钢件机械性能

一、前言

由于ZG270-500铸钢在退火后具有较好的综合机械性能，铁路桥梁盆式橡胶支座、钢支座及新版的公路桥梁盆式支座普遍采用ZG270-500铸钢，而桥梁支座在桥梁中的作用非常重要，它将桥梁上部结构与下部结构连接，要求有足够的承载能力，以保证桥梁在运营中的安全以至地震时抗震的要求。一旦桥梁支座破坏，就可能发生桥梁坍塌的危险，造成重大的人员生命和经济财产损失，而要保证桥梁支座的质量，必须保证支座铸钢件的机械性能要求。

二、ZG270-500铸钢的化学成分与机械性能要求

GB/T 11352-2009《一般工程用铸造碳钢件》规定，ZG270-500的化学成分如表1所示，机械性能如表2所示。

表1 ZG270-500的化学成分表

注：1、对上限减少0.01%的碳，允许增加0.04%的锰，锰最高至1.20%。

2、除另有规定外，残余元素不作为验收依据。

表2 ZG270-500的机械性能

三、如何保证ZG270-500的机械性能

1、要保证铸造浇铸前的化学成分

要保证铸件的机械性能符合标准要求，首先要保证铸件的化学成分。首先对铸造原材料要进行适度筛选，尽量少用或不用杂质或合金元素（如Cr、W、Ni等）高的废钢，否则铸件中由于杂质或合金化的影响，使铸件退火后的机械性能难以满足标准要求。其次，在浇铸前，要加入钢水净化剂，对钢水进行净化，除去钢水中的大部分杂质及有害元素，特别要注意的一点是，并非化学成分满足标准要求，退火后机械性能就能满足标准要求。如果碳、锰含量太低，铸件的强度指标将不能满足标准要求，如果碳含量过高，钢的韧性、塑性指标将难以满足要求。经过多年的试验，作者摸索出ZG270-500的最佳碳及锰含量范围：碳含量0.27-0.33%，锰含量0.6-0.9%，经合适的退火后，机械性能最好，各项指标均有一定的安全裕度，为最佳搭配，分别为：屈服强度在330MPa左右，抗拉强度在570 MPa左右，伸长率在35%左右，冲击功在30J左右，收缩率在40%左右，以上控制如有难度，碳含量0.25-0.35%，锰含量0.6-1.0%，退火合适时，也能保证合格。

2、连体试棒的铸造质量要保证

铸件的机械性能要通过连体试棒来检测，退火时因连体试棒体积小，连接部位截面积小，在工件退火工艺合适的情况下，连体试棒退火更充分，不会有什么问题。但是，由于连体试棒尺寸小，在边缘，浇铸时易出现疏松，这样，在化学成分和退火均没有问题的情况下，由于连体试棒疏松，检验时会出现强度不能满足要求，而肉眼又很难判断试棒是否疏松。此时，虽然试棒不合格，但工件本体不一定疏松，不一定不合格，容易造成误判，有经验的试验人员，除对拉断的试样进行分析外，可根据伸长率、收缩率和冲击功的大小及化学成分判断是否是疏松。如碳及锰含量不低，伸长率、收缩率及冲击功均较高的话，强度不应该低，基本可判定为试棒疏松，工件可放行进行加工，在下面的探伤工序，如果工件疏松还可检出，如果不疏松，则工件没问题，但这要求试验人员要有丰富的经验，有条件的应对试棒进行金相分析。

3、支座铸钢件的热处理

由于支座铸钢件机械性能指标较低，采用退火或正火即可达到。支座铸钢件，如盆式支座、球型支座、柱面支座、双曲面支座的铸钢件，形状都比较简单，尺寸比较小，且都是毛坯件，在空气炉内加热时，对热处理时的入炉温度、加热速度及出炉温度一般没有什么严格要求，不必十分注意，只有盆式支座的固定上座板，截面过渡较大，在铸造时，应力较大，特别圆柱体内拉应力较大，易变形开裂。清砂后应趁热及时入炉进行热处理。必要时应分级加热，降温出炉，有些

铸钢厂热处理不及时，造成开裂。另外，由于盆式支座固定上座板的厚度尺寸比单向上、中及下座板大，加热时需要的保温时间长。在其它件加热充分后，固定上座板还要再继续保温，这样会降低生产效率，浪费能源，故盆式支座固定上座板宜分批单独铸造、单独退火，有利于保证质量，提高生产效率、节约能源。有些工厂，各种大小、形状不一的件一起退火，造成盆式支座固定上退火不充分、开裂，这是应该注意的。

支座铸钢件的退火设备，目前多数采用煤气加热炉，成本较低，退火质量较稳定。有些工厂采用燃煤反射炉，炉内温差大，特别当炉门密封性差及烟道不畅时，炉内温差很大，很难保证一炉内退火件质量合格，经常造成部分件退火不充分，而有的则退火温度过高。有的厂采用电炉退火，工艺控制很好，但成本太高。

对于退火或正火的温度，根据我们几年来的经验，要远远高于一般教科书或资料上介绍的830-850℃或850-870℃，采用880-900℃，较为合适。由于铸钢件的铸态组织中，常有粗大的枝晶、柱状晶，偏析严重，加热温度偏低，不但生产效率低，也不利于组织及成分的均匀化，机械性能也不容易合格。

4、连体试棒的加工与试验

作为有经验的检验人员，检验铸件时，首先看铸件的颜色，由此可判断热处理时的温度是否过高或过低。在撬下连体试棒后，从断裂的过程看是否脆断和观察连接处的断口，大致可判断试棒是否能够合格。

试棒加工时，拉伸试棒除要保证各圆柱面的同心外，还要注意粗糙度、过渡圆角要保证图纸要求，绝不允许扎刀，还要保证拉伸部分，特别标距内直径的尺寸在公差范围之内。冲击试样要保证形位公差、尺寸公差要求，特别缺口部分的尺寸要求，应经常在投影仪上进行检测。

在进行拉伸试验时，直径测量要准确，要注意避免偏斜拉伸。冲击试验时，试样要放正，要注意试验环境及试样的温度符合要求。

以上是作者的一些工作经验，曾向很多铸钢厂及同行厂推荐，得到了较好的反馈。