造__船__材__料

1、 造 船 材 料 Shipbuilding Materials 1.材料的作用與意義材料與材料科學(xué)：1、材料發(fā)展史 材料的定義：人類社會所能接受并經(jīng)濟(jì)地制造有用物品的物質(zhì)。 材料是人類賴以生存和發(fā)展生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是社會文明發(fā)達(dá)和生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。 歷史學(xué)家曾用“材料”來劃分人類的時(shí)代：如石器時(shí)代、 陶器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等。 回顧人類的發(fā)展史，可以看到材料、能源、信息、生物這四根支柱支撐著人類賴以生存的大廈。2、材料科學(xué)技術(shù)：材料科學(xué)定義： 是研究材料結(jié)構(gòu)與材料性能之間關(guān)系的一門科學(xué)。材料工程定義： 討論材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能等內(nèi)容，闡述材料在工程中的應(yīng)用規(guī)律以及合理選材用材的方法

2、。材料科學(xué)技術(shù) 材料科學(xué) 材料工程。3、船舶建造方法與所用材料的密切關(guān)系1、19世紀(jì)以前，主要是以木材造船；2、19世紀(jì)中葉，出現(xiàn)鐵船；3、19世紀(jì)末開始，建造鋼船。4、造船史上的兩次革命：1、木材 鋼（鐵）woodsteel2、鉚接 焊接 rivetwelding第一章：緒論第一節(jié)：造船材料的分類第二節(jié)：對造船材料的主要性能要求第三節(jié)：船用材料的檢驗(yàn)工程材料的分類1、金屬材料（黑色金屬、有色金屬） metallic material2、有機(jī)高分子材料（纖維、橡膠、涂料、塑料）organic high polymer material3、無機(jī)非金屬材料（水泥、玻璃、陶瓷）（硅酸鹽材料）inor

3、ganic non-metallic material§1.1 造船材料的分類 造船工業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性工業(yè)，采用的材料品種多，數(shù)量大。Question? 1、一條VLCC船，有多少部件？ 2、與飛機(jī)、汽車比較，誰多？AnswerTable1.1 Number of Unique Parts in ProductBook：Ship Design and Construction 2004 Editor: Thomas Lamb Chapter 1, Page 1-3. Today ship design is seen as a typically mutli-disciplina

4、ry activity. Because of this, no one person is expected to be equally proficient in all the disciplines involved and this requires the use of what has become known as Systems Engineering and terms to accomplish the successful design of any large complex product. Ships are among the most complex prod

5、ucts in the world. Design is a process of synthesis (refining) and integration coving many disciplines. Successful design depends on knowing what information is required, how to get it, and how to use it. 建造一艘10000噸貨輪，僅鋼材就需要5000噸。船體建造流程 鋼材下料加工（切割、彎曲）零件部件組件分段總段船體1.1金屬材料黑色金屬（船用鋼材鑄鐵） 有色金屬（有色金屬其合金）1.2非金

6、屬材料按來源；有機(jī)非金屬材料（木材、塑料、橡膠、石化產(chǎn)品）；無機(jī)非金屬材料（水泥、玻璃、石棉）§1.2 對造船材料的主要性能要求一、具有一定的機(jī)械性能；二、良好的工藝性能；三、較好的耐腐蝕性能；四、適合的使用性能；五、良好的經(jīng)濟(jì)性。 上述各項(xiàng)要求有時(shí)是矛盾的，要合理解決。§1.3 船用材料的檢驗(yàn)?zāi)康模悍霞夹g(shù)規(guī)范或定貨合同要求，保證良好的機(jī)械性能和運(yùn)營可靠性。分類：1、產(chǎn)品檢驗(yàn)：質(zhì)量證書 2、復(fù)查檢驗(yàn)：船廠按船舶建造規(guī)范對材料的有關(guān)規(guī)定，對所使用的船用材料（或制品）進(jìn)行的抽查或補(bǔ)充檢查。驗(yàn)船部門的檢驗(yàn)合格印記，如下圖 1.3.2船舶建造規(guī)范對材料試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定（對金屬材料的

7、驗(yàn)收內(nèi)容）一、化學(xué)成分分析二、機(jī)械性能試驗(yàn)；材料拉伸試驗(yàn)： 硬度試驗(yàn)：沖擊試驗(yàn)：三、工藝性能試驗(yàn)（冷彎性、可焊性）四、內(nèi)外部缺陷的檢驗(yàn) 外部缺陷：肉眼、放大鏡、顯微鏡（鑄件表面缺陷） 內(nèi)部缺陷：x射線、磁力探傷、超聲波（氣泡、縮孔、偏析）規(guī)范對造船材料的規(guī)定1991年內(nèi)河鋼船建造規(guī)范第七篇：材料篇1989年鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范第九篇： 規(guī)范對材料的主要要求1、加強(qiáng)對鋼材生產(chǎn)的監(jiān)督檢查，保證材料成分和性能；2、造船廠和產(chǎn)品廠必須向經(jīng)船檢部門認(rèn)可的鋼廠認(rèn)購并取得材質(zhì)證書；3、發(fā)現(xiàn)成分和性能不合格的鋼材，要按規(guī)范進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，直至確認(rèn)合格。 鋼鐵是怎樣煉成的?鋼鐵生產(chǎn)簡介一、生鐵的冶煉 設(shè)備：高爐（3

8、040 m） 原料：鐵礦石（Fe2O3 Fe3O4 FeCO3）、廢石（SiO2 MnO） 燃料（焦炭）溶劑 （石灰石CaCO3，造渣材料）高爐煉鐵的物理化學(xué)過程： 1、焦炭的燃燒： C + O CO2 + Q CO2 + C CO 2、鐵的還原：Fe3O4+C Fe2O3+CO2 3、鐵的增碳： 9001200 生鐵（C 含量 > 3%） 鐵水 4、造渣：FeS + CaO CaS + FeO 5、去硫： 6、其他元素的還原：Si 、 Mn 、 P二、鋼的冶煉： 煉鋼：為改善生鐵的性能，將其含碳量降至某一范圍，使Si、Mn、S、P 等雜質(zhì)的含量降低到一定限度的過程。實(shí)質(zhì)上是生鐵的氧化過

9、程。 方法：向鐵水中送入氧，使其發(fā)生各種氧化反應(yīng)。 設(shè)備：轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐。 原料：生鐵（L或S態(tài)）、廢鋼、熔劑現(xiàn)代化煉鋼的基本過程：1、氧化：Fe + O2 FeO + Q；Si(Mn) + O2 FeO. SiO2（爐渣）；C + O CO2、脫氧：FeO + Mn Fe Si 3、降低S、P含量（脫硫、脫磷） 鋼的澆注方法： 1、模鑄法 2、連續(xù)鑄錠法鋼材成型方法： 1、軋制：板材、型材、管材； 2、擠壓： 3、拉拔：絲、管感想？百煉成鋼！第二章：鋼材及其性能要求第一節(jié)：鋼材的分類、名稱及代號第二節(jié)：鋼材的性能表征第三節(jié)：鐵碳合金相圖第四節(jié)：鋼材熱處理§2.1 鋼材的分類、名稱

10、及代號一、鋼材分類概況1、按用途分：建筑工程用鋼（普通碳素鋼、低合金高強(qiáng)度鋼）結(jié)構(gòu)鋼工具鋼彈簧鋼耐酸鋼電工鋼專業(yè)用鋼（船舶、橋梁、壓力容器、鍋爐）其他2、按冶煉工藝分：按冶煉方法：轉(zhuǎn)爐鋼；平爐鋼；電爐鋼按脫氧程度: 鎮(zhèn)靜鋼；半鎮(zhèn)靜鋼；沸騰鋼3、按所含元素分：碳素鋼：（按含碳量）低碳鋼；中碳鋼 ；高碳鋼 （按含硫、磷）普通碳素鋼；優(yōu)質(zhì)碳素鋼合金鋼：低合金鋼；中合金鋼；高合金鋼4、按鋼材尺度分： 板材：薄、中厚、厚、特厚板 型材：小型、中型、大型型材5、按內(nèi)部組織分： 珠光體鋼；馬氏體鋼 ；奧氏體鋼 二、鋼材按冶煉方法分類的比較：三、鋼材按脫氧程度分類的比較：四、鋼材按合金元素分類：<一&g

11、t;. 碳素鋼1、定義：鋼中除含有一定量的為脫氧而加入的Si. Mn合金元素外，不含其他合金元素（殘余合金元素例外）的鋼，稱為碳素鋼。 其中： 普通碳素鋼：含一般S、P量的鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼：充分去除有害雜質(zhì)（S、P）及氣體，脫氧程度比普通碳素鋼更完全。2、分類：<二>合金鋼定義：除含Si、Mn合金元素或脫氧元素外，還有其他合金元素（如Cr、Ni、Ti、Cu等）或某些非金屬元素（如B、N）的鋼，稱為合金鋼。合金鋼按其合金元素總含量的分類：五、鋼材按尺度分類：<一>板材分類 <二>型材分類 大、中、小型型材1. 高度：工字鋼、橫鋼2. 直徑、邊寬：圓鋼、方鋼、六角

12、、八角、螺紋鋼3. 邊寬：扁鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼六、鋼材的名稱及其代號 GB21179 “鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法” 漢字 字母平爐鋼 平 P沸騰鋼 沸 F半鎮(zhèn)靜鋼 半 b甲類鋼 甲 A乙類鋼 乙 B特類鋼 特 T船用鋼 船 C² 重 點(diǎn) 一般強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼過去：2C 3C 4C 5C現(xiàn)在： A B D E （等級） 說明：牌號規(guī)定采用漢語拼音、化學(xué)元素符號及阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合表示法。具體規(guī)定可概括為：1、鋼號中的合金元素用化學(xué)符號表示，如Mn、S、P等；2、鋼中碳和合金元素含量以數(shù)字表示，含碳量寫在其他合金元素之前，合金元素寫在相應(yīng)元素符號后面；3、元素含量的表示方法（對結(jié)構(gòu)鋼）C

13、： 以0.01%為單位， 合金元素：以1為單位（<1.5%不以數(shù)字標(biāo)出,） 舉例：16Mn 15MnTi§2.2 鋼材性能的表征一、鋼材機(jī)械性能的表征船用鋼材的主要機(jī)械性能表征是：強(qiáng)度、塑性和缺口韌性。<一>強(qiáng)度指標(biāo)：1、強(qiáng)度 ：金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。 單位：N/mm2或Kg/mm2在造船中的作用：強(qiáng)度是船體結(jié)構(gòu)材料的基本指標(biāo)，是保證結(jié)構(gòu)使用性能的最重要條件。2、屈服點(diǎn) ： （物理屈服強(qiáng)度）定義：試樣在拉伸過程中，負(fù)荷不增加或開始有所降低而試樣仍繼續(xù)變形時(shí)的恒定負(fù)荷除以原橫剖面積所得的應(yīng)力。作用：屈服點(diǎn)是造船材料（鋼材）機(jī)械性能的主要指標(biāo)。在國內(nèi)

14、通常以此作為船體強(qiáng)度計(jì)算的技術(shù)依據(jù)，從而決定結(jié)構(gòu)的重量，并在很大程度上決定結(jié)構(gòu)的剛性?！皩Σ煌拇?，應(yīng)選擇屈服強(qiáng)度適當(dāng)?shù)匿摬慕ㄔ臁！比绾卫斫?？?guī)范要求船用碳素鋼： 235N/mm2 ；低合金剛根據(jù)使用要求確定。3、抗拉強(qiáng)度 （強(qiáng)度極限） 定義： 作用： 與冶煉工藝有關(guān)，其下限過低意味著鋼的生產(chǎn)過程不正?；蛞睙捹|(zhì)量不高，其上限過高意味著工廠采用不容許的低溫終軋或不完全退火，使鋼材過度硬化，造成機(jī)械加工困難。“規(guī)范”要求：400490 N/mm24、屈強(qiáng)比：定義：屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度的比值。作用：為鋼材強(qiáng)度儲備的一個(gè)指標(biāo)。說明：要求：船用碳素鋼：0.6 左右；低合金鋼：不大于 0.8。5、疲勞強(qiáng)度

15、定義：試樣在重復(fù)或交變負(fù)荷作用下，循環(huán)一定周次N后斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。作用：船舶在使用過程中，要承受各種變負(fù)荷作用，從而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞。振動(dòng)疲勞等可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。規(guī)范尚未反映。<二>塑性指標(biāo)：1、塑性：定義：金屬材料在受力破壞前經(jīng)受永久變形的能力。作用：是衡量船體結(jié)構(gòu)材料好壞的重要指標(biāo)之一。材料具有良好的塑性，才能在制造過程中承受冷熱加工，在航行過程中避免船舶局部受力而破壞。2、延伸率（伸長率） 定義： 作用：滿足船體建造中工藝要求（如加工、矯正）要求：一般船用鋼材， 223、斷面收縮率 定義： 要求：船用鋼材 >50% .規(guī)范未作規(guī)定。<三>韌性指標(biāo)1、

16、缺口韌性：定義：金屬材料抵抗帶有缺口時(shí)發(fā)生脆性破壞的能力。2、沖擊韌性 定義：受沖擊負(fù)荷破壞時(shí)，試樣刻槽處單位橫剖面所消耗的能量。它代表金屬材料抵抗沖擊載荷和脆性破壞的能力。沖擊值 ：作用：它是缺口韌性的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，也是現(xiàn)代各國造船鋼材分級的基礎(chǔ)?！暗蜏貨_擊韌性”<四>硬度指標(biāo)1、布氏硬度HB2、洛氏硬度HR3、維氏硬度HV二、鋼材的工藝性能的表征Ø 1、冷彎性能：定義：金屬材料承受冷彎曲加工的能力。分類：1、標(biāo)準(zhǔn)冷彎（窄冷彎） 2、寬冷彎作用：要求：標(biāo)準(zhǔn)冷彎試驗(yàn)180°不裂；寬冷彎試驗(yàn)120 °不裂，180 °不斷。Ø 2、切削

17、加工性：定義：金屬材料承受切削加工的難易程度。作用：對鋼材邊緣加工（如刨邊、鉆孔、沖孔）的速度和質(zhì)量有較大影響。要求：有良好的切削加工性。Ø 3、不淬硬性：定義：金屬材料承受相似于淬火的溫度驟變后所能達(dá)到的最高硬度的能力。也稱“淬硬性”作用：影響鋼材的水火彎板和火工矯正性能。要求：硬度升高不大，即應(yīng)有良好的不淬硬性。水火彎板介紹船體外板： 1、單曲度（三芯輥彎） 2、雙曲度（水火彎板）鞍形板、帆形板Ø 4、熱加工性能：定義：金屬材料在高于再結(jié)晶溫度時(shí)，承受塑性變形的能力。Ø 5、可焊性：定義：金屬材料在一定工藝條件和結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭性能的難易程度。作用

18、：造船材料的重要工藝性能之一，它直接影響船體結(jié)構(gòu)、使用性能和建造的難易。鋼材化學(xué)成分滿足可焊性的條件：1、含碳量 < 0.25% 2、對低碳鋼 C1/6Mn0.4%3、P<0.5%； S<0.5% 要求：1、焊縫及其熱影響區(qū)不產(chǎn)生冷熱裂縫傾向；2、焊縫及其熱影響區(qū)強(qiáng)度、塑性無顯著變化；3、熱影響區(qū)小，焊后不必進(jìn)行熱處理；4、剛性固定下具有較好塑性。思考題11、對造船材料的主要性能要求有哪些？2、鎮(zhèn)靜鋼、碳素鋼、合金鋼的定義？3、鋼材性能表征有哪些指標(biāo)，在造船中的作用？4、 如何理解對不同的船舶，應(yīng)選擇屈服強(qiáng)度適當(dāng)?shù)匿摬慕ㄔ欤?#167;2.3 鐵碳合金相圖定義：鐵碳相圖是研究

19、鐵碳合金組織與性能關(guān)系的重要工具。意義：對制定鋼鐵材料的各種加工工藝有重要的指導(dǎo)意義。碳在鐵碳合金中存在形式：1、以原子形式溶于鐵晶格中，形成以鐵為基的間隙固溶體；2、與鐵形成化合物（Fe3C、 Fe2C、 FeC）；3、在一定條件下形成游離態(tài)石墨。鐵碳相圖的研究范圍： FeFe3C（含C 6.69%）相圖 Why？在鋼中，含碳量：<2.11%在鑄鐵中，含碳量：<5 %而含碳量 > 5% 鐵碳合金很脆，沒有實(shí)用價(jià)值。晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識：一、組元的性能與相的類型：1、純鐵： 99.899.9% 工業(yè)純鐵 性能： HB5080 晶體結(jié)構(gòu)： 912 1394 體心 面心 體心同素異構(gòu)

20、轉(zhuǎn)變。 2、鐵素體：定義：碳在 中形成的固溶體，稱為鐵素體。用 表示。² 性能：與純鐵相近。硬度低 塑性、韌性高3、奧氏體：定義：碳溶于 形成的固溶體。最大溶解度為2.11%，why? 性能：與含碳量及晶粒度有關(guān)；是一個(gè)硬度較低，而塑性較高的相。 4、滲碳體：定義：鐵和碳的化合物，F(xiàn)e3C （含C量6.69%）由于碳在aFe中的溶解度很小，所以常溫下，碳在鐵碳合金中主要是以滲碳體形式存在。性能：硬度高、脆性大，塑性及沖擊韌性幾乎未零。 作用：是碳鋼中的主要強(qiáng)化相，它的形態(tài)、大小、分布對鋼的性能有很大影響。小結(jié)：在FeFe3C相圖中，有四種合金相。1、液相：2、滲碳體：3、鐵素體：4、

21、奧氏體：定義：是在平衡狀態(tài)下鐵碳合金的組織，成分和溫度相互關(guān)系的一種合金狀態(tài)圖。作用：它是制定鋼鐵熱處理工藝的基礎(chǔ)。常用部分如下圖：相圖中的相變線與相變點(diǎn)：ABCD：液相線AHJECF：固相線ES：碳在奧氏體中的溶解度曲線PQ：碳在鐵素體中的溶解度曲線GS：奧鐵（起） 鐵奧（終）PSK：共析線三、鐵碳合金的一般分類根據(jù)相圖上所示成分和室溫組織的不同，鐵碳合金可分為：1、工業(yè)純鐵：C <0.0218%，組織為鐵素體2、鋼：C 0.02182.11%高溫：組織為奧氏體，具有良好的塑性，適合于鍛造。室溫：亞共析鋼：C<0.77% 組織：鐵素體珠光體 共析鋼：C0.77% 組織：珠光體 過

22、共析鋼：C>0.77% 組織：珠光體+二次滲碳體3、白口鐵 C：2.116.69% 特點(diǎn)：液態(tài)結(jié)晶都有共晶轉(zhuǎn)變，生成萊氏體，因而有較好的鑄造性能。高溫組織中滲碳體量多，硬而脆，不能鍛造。四、碳含量對鋼組織和性能的影響（成分性能關(guān)系）碳鋼的機(jī)械性能主要取決于含碳量以及滲碳體存在的形態(tài)與分布等因素。參見下圖。五、鐵碳合金相圖的應(yīng)用鐵碳相圖反映了鐵碳合金的組織隨溫度、成分而變化的客觀規(guī)律，應(yīng)用這些規(guī)律可指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。但注意：1、相圖是在極緩慢加熱及冷卻測制出的，與實(shí)際過程有差別；2、鐵碳相圖是二元合金相圖，實(shí)際鋼中含有雜質(zhì)，對性能有影響。應(yīng)用：1、可作為根據(jù)工件性能要求合理選用材料的依據(jù)；2、

23、為制定加工工藝提供參考依據(jù)； 鑄造方面的應(yīng)用：鑄鐵澆注溫度（靠近共晶點(diǎn)，流動(dòng)性好）； 鍛造方面的應(yīng)用：選擇在單相奧氏體的適當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行。3、制定熱處理工藝的依據(jù)。§2.4 鋼材熱處理熱處理1、定義：利用鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)加熱與冷卻的方法，改變合金相的內(nèi)部組織，從而得到所要求的性能的一種工藝方法。2、目的與作用：消除由前道工序所產(chǎn)生的缺陷（如消除內(nèi)應(yīng)力），為后道工序創(chuàng)造條件。 也是進(jìn)一步提高合金性能的重要途徑。3、處理過程：碳鋼在常溫下的組織： 鐵素體滲碳體 組織轉(zhuǎn)變 均勻的奧氏體 不同的冷卻方法 不同的組織所需性能幾種主要的熱處理工藝方法：一、退火 定義：把鋼加熱至一定溫度（A1或A3

24、線以上）保溫一定時(shí)間后隨爐冷卻（或空冷），從而得到接近于平衡組織的熱處理方法。A1線：723 A3線：910其中包括幾種形式：1、再結(jié)晶退火 650700 2、低溫退火 500600 3、完全退火 800900 4、擴(kuò)散退火5、等溫退火應(yīng)用范圍：亞共析鋼（C<0.8%） 合金鋼的鑄件及鍛壓件Ø 目的與作用：1、細(xì)化晶粒，均勻組織，以提高機(jī)械性能；2、軟化鋼的硬度；3、消除內(nèi)應(yīng)力（焊接、加工），提高塑性。二、正火：定義：將鋼構(gòu)件加熱至一定溫度（A3以上），使鋼全部奧氏體化，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在空氣中冷卻。（冷卻速度比退火快） 熱處理曲線示意圖： ² 應(yīng)用范圍；僅用于低碳鋼

25、和低合金鋼（造船中常用）² 目的與作用：1、提高低碳鋼的機(jī)械性能（特別是沖擊韌性），并改善切削加工性能；2、細(xì)化晶粒，使鋼材得到穩(wěn)定均勻的組織。三、淬火定義：將鋼加熱到A3或A1以上3050，保溫一定時(shí)間后，以大于臨界冷卻速度快速冷卻，從而得到高硬度（馬氏體）組織的一種熱處理方法。應(yīng)用范圍：1、完全淬火：對亞共析鋼2、不完全淬火：對過共析鋼目的與作用：獲得不均勻（不穩(wěn)定）組織（馬奧），鋼處于高應(yīng)力狀態(tài)，具有較大的硬度和脆性，韌性差，并通過隨 后的回火得到一定的綜合機(jī)械性能。四、回火定義：將淬火后的鋼材（或零件）重新加熱到相變溫度A1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間后水冷或油冷卻至室溫，以

26、得到預(yù)期性能。 分類：1、低溫回火（150200）：高硬度零件2、中溫回火（350500）：彈簧、熱鍛件3、高溫回火（500650）目的與作用：消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，使其具有一定韌性、穩(wěn)定組織，使構(gòu)件獲得較好的綜合機(jī)械性能。五、調(diào)質(zhì)定義：鋼件淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。 調(diào)質(zhì)淬火高溫回火應(yīng)用范圍：中碳鋼（35、40、45）中合金鋼目的與作用：獲得索氏體組織，具有良好綜合機(jī)械性能，即高強(qiáng)度和高韌性的適當(dāng)配合。² 造船中常用的熱處理：雖然一般船體結(jié)構(gòu)鋼都是以熱軋狀態(tài)（正火）供應(yīng)的，需要熱處理的較少，但隨著船用合金的應(yīng)用，熱處理對改善船用鋼材的性能日益重要。例如：1、較薄的

27、低合金鋼，由于停軋溫度較低，往往引起加工硬化，可采用高溫回火提高塑性、韌性和消除應(yīng)力；2、熱軋鋼材中出現(xiàn)帶狀組織，可采用正火方法加以消除。² 鋼中雜質(zhì)及其對性能的影響1、硫 S 有害元素 鋼的熱脆性： 影響：機(jī)械性能明顯的方向性，損害可焊性，耐腐蝕性。 控制范圍：0.05%2、磷 P 有害元素 由生鐵、廢鋼、溶劑帶入鋼的冷脆性：控制范圍：0.045%3、硅 Si 脫氧劑4、錳 Mn 有益元素5、O、N、H 有害雜質(zhì)² 提高船體結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械性能的有效途徑目的：盡可能提高其強(qiáng)度而保證有足夠的塑性與韌性。思路：從改變金屬組織、結(jié)構(gòu)的冶金、工藝等方面來著手設(shè)法提高其各種性能。具體方法

28、（途徑）：l 途徑一、合金化：（固溶強(qiáng)化）固溶體：組成合金的元素在固態(tài)時(shí)相互溶解，形成均勻組織。包括：溶劑與溶質(zhì)。固溶強(qiáng)化：原因：應(yīng)用： （有限）C<0.15%； Mn、Si<2%l 途徑二、細(xì)化晶粒；通常晶粒愈細(xì)，性能愈好。Ø 細(xì)化晶粒的方法：1、增加液態(tài)金屬的冷卻速度（即增加過冷度），使形成的晶核多，晶粒就細(xì)；2、加入高溶點(diǎn)物質(zhì)，增加非自發(fā)核心；3、用熱處理或冷熱加工方法細(xì)化晶粒。l 途徑三、改變金相組織由于FeC合金在不同成分和不同溫度下有不同的金相組織，而不同的金相組織其機(jī)械性能亦各不相同，所以可以根據(jù)使用要求，通過控制成分，加熱或冷卻溫度和速度來改變鋼材的金相組

29、織，以獲得需要的機(jī)械性能。具體金相組織如下：1. 鐵素體：2. 滲碳體：3. 奧氏體： （高溫組織）4. 珠光體： （鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物、常溫組織）5. 萊氏體：6. 馬氏體：過飽和的A固溶體l 途徑四、熱處理 利用鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)加熱與冷卻的方法，改變合金相的內(nèi)部組織，從而得到所要求的性能的一種工藝方法。消除由前道工序所產(chǎn)生的缺陷（如消除內(nèi)應(yīng)力），為后道工序創(chuàng)造條件。也是進(jìn)一步提高合金性能的重要途徑。常用方法：退火、正火、淬火、回火l 途徑五：改善冶金質(zhì)量鋼材在生產(chǎn)過程中，要經(jīng)過冶煉、鑄錠、軋制（或鍛造）等工序，最后成材，這些工藝過程所控制的質(zhì)量，稱為冶金質(zhì)量。l 途徑六、控制軋制在

30、一定合金化的基礎(chǔ)上，控制鋼坯的開軋溫度與變形，尤其是在較低的終軋溫度，采用大壓下量，使之晶粒已經(jīng)細(xì)化的形變奧氏體在再結(jié)晶后控制其不再長大，經(jīng)過控冷得到細(xì)小的鐵素體晶粒，同時(shí)具有高密度位錯(cuò)，由此造成強(qiáng)化和低溫韌性的顯著提高，這種強(qiáng)化方法，稱為控制軋制。思考題21、Fe-C合金相圖中， （1）主要有哪4種相組織，各有什么特點(diǎn)？ （2）PQ、ES、GS曲線各代表什么含義？ （3）什么是共析轉(zhuǎn)變、共析點(diǎn)？2、什么是正火（調(diào)質(zhì)），其應(yīng)用范圍和作用是什么？3、鋼中雜質(zhì)有哪些，其中S、P各有什么危害？4、提高船體結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能的有效途徑有哪些？第三章 船體結(jié)構(gòu)鋼第一節(jié)：船體結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展概況第二節(jié)：船用碳素

31、結(jié)構(gòu)鋼第三節(jié)：船用合金鋼及特種鋼第四節(jié)：海洋平臺用鋼§ 3.1 船體結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展概況國內(nèi)：一.五期間，試制2C、3C、4C等類型一般強(qiáng)度船體鋼，研制16Mn、15MnTi鋼；1959年后仿制蘇聯(lián)潛艇用鋼、防彈鋼、低磁鋼。1977開始耐腐蝕船體鋼研制。形成系列，基本滿足艦船建造要求。為配合出口船舶的生產(chǎn)，試制了高強(qiáng)度鋼，如315N/mm2 （32 kgf/mm2）、 355N/mm2 （36 kgf/mm2）差距：1、品種單一；2、冶煉質(zhì)量差；3、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)低。例如，1991年江南船廠“華粵”3000立方全壓式LPG運(yùn)輸船（1994年獲國家級金獎(jiǎng)） ，使用鋼材為德國Dillinger鋼廠

32、的DSE620V調(diào)質(zhì)細(xì)晶粒高強(qiáng)度鋼。對于高強(qiáng)度船體鋼，一般主要用于軍用艦船和深潛器。如，美國潛艇用鋼HY80、HY100、HY130。Ø 船用鋼材分類：按用途：船體結(jié)構(gòu)鋼、低溫用鋼、耐大氣及海水腐蝕用鋼、船用壓力容器用鋼。規(guī)范將船體結(jié)構(gòu)鋼分為兩類：Ø 我國船級社所頒布的有關(guān)船舶、海上平臺入級與建造規(guī)范對船用鋼材的冶煉方法、力學(xué)性能、化學(xué)成分、供應(yīng)狀態(tài)、檢查驗(yàn)收以及等級劃分等內(nèi)容都進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。§3.2 船用碳素結(jié)構(gòu)鋼規(guī)范對船用碳素結(jié)構(gòu)鋼的規(guī)定：1、分類：A、B、D、E 級2、供應(yīng)應(yīng)滿足的條件：化學(xué)成分：供應(yīng)狀態(tài)：力學(xué)性能：3、鋼材等級與鋼材鋼號對應(yīng)關(guān)系、應(yīng)用A2

33、C （內(nèi)河船舶、港口船舶）B3C （沿海船舶）D4C （遠(yuǎn)洋船舶）E5C （大型遠(yuǎn)洋船舶的強(qiáng)力甲板邊板、舷頂列板和外板等結(jié)構(gòu)）l 分類區(qū)別：一般強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼四個(gè)級別的強(qiáng)度、伸長率、抗彎能力差別不大，其主要區(qū)別在于抗沖擊載荷和抗脆性破壞的能力，即低溫下擺錘V型缺口沖擊試驗(yàn)溫度和能量。對于同一材料，有兩個(gè)主要因素會影響材料的抗脆性破壞能力：1、溫度；（脆性轉(zhuǎn)變溫度）2、材料的厚度。（薄板具有相當(dāng)大的缺口延性）§3.3 船用合金鋼一、合金鋼概述定義：為改善鋼的組織與性能，而在鋼中有意加入一種或幾種元素而形成的合金。特點(diǎn)：具有較高的強(qiáng)度與優(yōu)良的機(jī)械性能。合金元素：Mn、Si、V、Ti、B代

34、替Cr、Ni、Mo二、合金鋼種類和用途：a) 按含量：低合金、中、高b) 按組織：鐵、珠、奧、萊c) 按用途（實(shí)用）： 1、合金結(jié)構(gòu)鋼 2、合金工具鋼 3、特殊性能鋼（不銹、耐熱磨、低磁）三、船用低合金高強(qiáng)度鋼定義：合金元素含量<5%, 而屈服強(qiáng)度比普通碳素鋼高50以上，并具有良好的可焊性和耐腐蝕性的鋼。分類： 民品 12MC、16Mn、15MnTi、4MnVTiXt 軍品 90系列、921系列四、規(guī)范對高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼的規(guī)定規(guī)范按其最小屈服應(yīng)力值劃分為二個(gè)強(qiáng)度等級，每個(gè)強(qiáng)度等級又按其缺口沖擊韌性的不同而分為A、D、E三個(gè)級別，而且規(guī)定，高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼均應(yīng)為鎮(zhèn)靜鋼。即 A32、D3

35、2、E32 A36、D36、E36 其化學(xué)成分與機(jī)械性能見下表。（圖略）u 船用鋼材的選擇方法Ø 船用鋼材的選擇原則：材料來源充足，使用安全可靠，鋼種選擇要經(jīng)濟(jì)合理，一般選用低碳鋼和低合金鋼。在同一條船上，除可采用不同鋼種不同級別的鋼材外，還可以使用不同強(qiáng)度等級的不同鋼種來建造，即可根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的重要性和使用要求來選擇強(qiáng)度、韌性等性能合適的鋼材。這在各國規(guī)范中都有明確的規(guī)定。具體選擇方法歸納如下：（1）按受力情況、重要程度和環(huán)境溫度等條件來選擇適當(dāng)?shù)牟牧霞墑e，見下表1；（2）由構(gòu)件厚度和相應(yīng)材料級別確定適當(dāng)?shù)匿摬姆N類級別，如A、B、A32，見（圖略）總之，對于重要部位的結(jié)構(gòu)及低溫條件

36、下的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇質(zhì)量較高的韌性材料，對于構(gòu)件厚度較大的應(yīng)選用強(qiáng)度較高的鋼材。u 關(guān)于高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼的選用： 提高，減小構(gòu)件截面尺寸，從而減輕自重，提高經(jīng)濟(jì)性與使用性（作戰(zhàn)性）?？傮w上，采用高強(qiáng)度鋼比采用普通碳素鋼優(yōu)越。例如：東風(fēng)號，17000 t，L161.4 m主船體結(jié)構(gòu)采用國產(chǎn)16Mn、15MnTi鋼，比碳素鋼減重400余噸。但應(yīng)注意如下問題：1、船體剛性：2、船體結(jié)構(gòu)穩(wěn)性：3、疲勞強(qiáng)度：4、耐海水腐蝕性能： （留有余量）5、可焊性及其他加工性舉例：1、“向陽紅”海洋調(diào)查船、江南廠造 3C、4C 1030×1800×800 3565 t 902 816×18

37、00×800 97 t2、18500 t 多用途貨輪、164.3m 江南廠造 2C 418×1800×800 3295 t 3C 2024×1800×800 404 t 4C 2650×1800×800 223 t鋼種和鋼級的代用原則：1、鋼種的代用原則：2、鋼材的換算問題：船體結(jié)構(gòu)鋼材選用的原則：1、材料來源充足；2、使用安全可靠；3、鋼種選擇要經(jīng)濟(jì)合理。小結(jié)：規(guī)范選擇鋼質(zhì)海船主船體用鋼級別的依據(jù)：1、船體的不同部位構(gòu)件所承受的應(yīng)力狀態(tài)；2、構(gòu)件的厚度；3、工作環(huán)節(jié)溫度。§3.4 船舶與海洋工程用鋼一、耐大氣腐蝕

38、鋼、耐海水腐蝕鋼方法：在鋼中加入抗腐蝕合金元素。舉例： 美國：CrCuP鋼 CrNi系 我國：MnCu系 CuP 系二、低溫用鋼定義：工作溫度在20269之間的低合金高強(qiáng)度鋼和合金鋼。應(yīng)用：破冰船、冷藏船、海上作業(yè)采油平臺解決低溫脆性的方法：通過加入少量合金元素以固溶強(qiáng)化基體、細(xì)化晶?；蛲ㄟ^熱處理的手段細(xì)化晶粒、均勻組織，以達(dá)到提高低溫性能，滿足低溫使用要求的目的。三、海洋平臺結(jié)構(gòu)用鋼 平臺結(jié)構(gòu)用鋼材厚度大，且平臺管節(jié)點(diǎn)多，除承受水平方向的應(yīng)力外，在垂直方向也要承受很大的載荷和應(yīng)力。為防止構(gòu)件在厚度方向受到較大應(yīng)力而產(chǎn)生層狀撕裂，故可采用 Z 向鋼。國外規(guī)范對船體鋼的要求一、國外主要船級社及規(guī)

39、范；技術(shù)監(jiān)督 ；船舶檢驗(yàn)二、國外規(guī)范與我國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)比較世界各主要船級社或驗(yàn)船機(jī)構(gòu)Ø 船用鑄鐵、鑄鋼一、鑄鐵1、什么是鑄造：通過液態(tài)金屬在模具中凝固而獲得所需零件或產(chǎn)品的一種工藝。是船舶結(jié)構(gòu)常采用的制造方式之一。 鑄造選用的金屬通常有：鑄鐵和鑄鋼。2、鑄鐵：含碳量大致高于2的FeC合金其中，C可分為兩部分： 一部分溶解在鐵內(nèi)（化合碳）； 另一部分則以石墨或塊狀碳化物的形式存在。分類：1、白口鐵：斷口的顏色呈白色 2、灰鑄鐵： 3、球墨鑄鐵：鋼基本體 4、可鍛鑄鐵：3、船用鑄鐵：主要限于次要結(jié)構(gòu)件，如螺旋槳、氣缸體、氣缸套、活塞等機(jī)械和管路零件。規(guī)范規(guī)定：必須作試樣檢驗(yàn)，并在機(jī)加工前作適

40、當(dāng)熱處理以消除應(yīng)力、保持鑄件的尺寸和形態(tài)穩(wěn)定。二、鑄鋼：1、化學(xué)成分2、船體結(jié)構(gòu)用鑄鋼的力學(xué)性能3、應(yīng)用：鑄鋼比鑄鐵的剛性、韌性、塑性好得多；焊接性也好（含碳量高的鑄鐵件往往焊接時(shí)發(fā)生開裂現(xiàn)象）。鑄鋼件一般用于鑄鐵件的性能不能滿足設(shè)計(jì)要求的地方，以及各種板材和型材難以成型的地方。如：首柱、尾柱、螺旋槳軸架等次要結(jié)構(gòu)件。規(guī)范明確了檢驗(yàn)內(nèi)容。思考題31、一般船體結(jié)構(gòu)鋼與高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼各分為幾各等級？2、規(guī)范對船體結(jié)構(gòu)鋼的哪些方面作出了詳細(xì)規(guī)定？3、船用鋼材的選用原則與具體選用方法？第四章 船用有色金屬第一節(jié)：船用鋁合金第二節(jié)：船用銅合金概述：1、有色金屬定義除鋼鐵（黑色金屬）以外的其他金屬統(tǒng)稱為

41、有色金屬。2、用途022型隱身全鋁合金導(dǎo)彈快艇§4.1 船用鋁合金一、鋁及鋁合金 鋁的存在： 純鋁的特點(diǎn)：二、鋁合金用于船舶工程的主要優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、比強(qiáng)度高 2、低溫性能好 3、無磁性 4、良好耐腐蝕性 5、良好成形性缺點(diǎn)：1、彈性模量低 2、焊接工藝復(fù)雜 3、成本高三、鋁及鋁合金的分類工業(yè)純鋁：鋁合金：純鋁中加入Cu、Mg、Mn、Si合金元素分類： （按合金狀態(tài)圖） 1、變形鋁合金 2、鑄造鋁合金（按用途）LF、LY、LC、LT 圖4.1 鋁合金狀態(tài)圖四、對船用鋁合金性能的基本要求1、機(jī)械方面；屈強(qiáng)比；高溫強(qiáng)度；疲勞強(qiáng)度； 延伸率：>10%2、抗腐蝕性能方面：3、其他方面

42、（熱處理不強(qiáng)化合金）良好的可焊性、加工性：五、船用變形鋁合金定義：分類：1、熱處理不強(qiáng)化鋁合金（LF） AlMn ；AlMg 應(yīng)用：LF2： （主機(jī)油管、油箱） LF3 ：（船舶焊接結(jié)構(gòu)、零件 圍壁，煙囪殼體）LF5： （船殼板、構(gòu)架、桅桿） LF6： （上層建筑、構(gòu)架）2、熱處理強(qiáng)化鋁合金硬鋁合金，如LY11、LY12特點(diǎn)：缺點(diǎn)：1、可焊性差（只能用鉚接）2、耐腐蝕性差（含Cu）應(yīng)用：快艇外板 民船上層建筑、船體鉚接結(jié)構(gòu) 六、鋁合金的熱處理與加工熱處理：1、自然時(shí)效：鋁合金材料在淬火后置于室溫中，隨時(shí)間的延續(xù)而強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。2、人工時(shí)效：提高淬火后材料溫度，可加速時(shí)效過程，稱為人工時(shí)效。加

43、工：鋁合金無法用氧乙炔火焰切割。Why？Answer：由于鋁的氧化物溶點(diǎn)比鋁合金高得多；導(dǎo)熱性能好。（惰性氣體保護(hù)的金屬極弧設(shè)備）七、鋁合金的腐蝕與防腐鋁：標(biāo)準(zhǔn)電級電位1.67V，化學(xué)性活潑 ；大氣中，耐腐蝕（Al2O3）；海水中，點(diǎn)腐蝕 鋁合金：晶間腐蝕問題？1、船用螺旋槳使用什么材料？2、船體外板上的許多小塊是什么東西？ 起何作用？ §4.2 船用銅合金一、銅及銅合金1、銅的性能及應(yīng)用（純銅紫銅）導(dǎo)電性導(dǎo)熱性比鋁好（電氣工業(yè)）；塑性好；強(qiáng)度低；無磁；價(jià)格高2、銅合金的種類：銅合金CuRe分類： （按合金的成分）H 黃銅 CuZnQ 青銅 CuSn CuAlB 白銅 CuNi二、黃

44、銅及船用黃銅性能： 特殊黃銅 CuZnRe（Pb、Al、Mn、Fe）分類：壓力加工用；鑄造用應(yīng)用：民用船舶的中小型螺旋槳（鑄造錳鐵黃銅） ZHMn5531 高速小艇、大型螺旋槳 ZHAl67522、 ZQAl12832三、青銅及船用青銅1、錫青銅 CuSn（Al）應(yīng)用：其抗腐蝕和耐磨性都比純銅和黃銅好，多用來制造耐磨零件，如軸套、軸瓦。同時(shí)也用來制造與酸、堿、蒸氣等接觸的零件。2、無錫青銅 Cu Al （Mn、Si、Fe、Ni）應(yīng)用：采用性能優(yōu)良的鋁青銅來制造船用螺旋槳（小艇）如高錳鋁青銅 Z QAl 12 8 3 2 鑄造 Mn Al Fe Ni（上下對應(yīng)）四、銅合金的腐蝕問題：用銅合金制造

45、船用螺旋槳的優(yōu)點(diǎn)？1、耐腐蝕（保護(hù)膜CuO2銅銹）2、無海生物沾污3、陰極保護(hù)4、良好的鑄造性能。第五章 船用塑料第一節(jié)：塑料的組成與分類第二節(jié)：塑料的特性及其在造船中的應(yīng)用第三節(jié)：熱固性玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）u 塑料的定義：塑料是指以合成樹脂為基本成分，在一定的溫度和壓力條件下能塑造成需 要的形狀，并且在常溫下保持其形狀不變的高分子有機(jī)材料。例如：酚醛樹脂、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有機(jī)玻璃、尼龍、ABS樹脂、環(huán)氧樹脂§5.1 塑料的組成及分類一、塑料的組成塑料合成樹脂添加劑1、合成樹脂 最主要部分，它粘結(jié)塑料中的一切組成成分，并使其具有成型性能，它決定塑料的類型，影響塑料的基本性能

46、。 用量：30602、添加劑： 填料：無機(jī)及有機(jī)，影響性能，降低成本，5070 固化劑：變硬 增塑劑：增加塑料塑性、流動(dòng)性及柔軟性，減低脆性及硬度 穩(wěn)定劑：抗氧化、潤滑劑、著色劑、阻燃劑、 發(fā)泡劑、（均無）二、塑料的分類按塑料加熱時(shí)的工藝性能分：1、熱固性塑料：受熱后，先軟化，后內(nèi)部變化而變硬，一旦成型，再不會軟化。 如：酚醛塑料、環(huán)氧塑料2、熱塑性塑料：受熱時(shí)軟化，冷卻后才硬化，可多次反復(fù)成型。 如：聚苯乙烯、聚氯乙烯§5.2 塑料的特性及其在造船中的應(yīng)用一、塑料的特性1、比重?。?.92.2 泡沫（0.03） 5、耐磨、減磨：2、比強(qiáng)度高： （按單位重量計(jì)算強(qiáng)度） 6、消音吸振：

47、3、良好的耐腐蝕性： 7、絕熱：4、絕緣性好： 8、加工簡便：9、無磁，不反射雷達(dá)波：制造軍用艦艇二、塑料在造船中的應(yīng)用玻璃鋼：快艇、工作艇、救生艇、上層建筑、棚頂；尼龍：艉軸承、舵軸；環(huán)氧粘接劑：膠合、修補(bǔ)漏油等ABS塑料管、救生泡沫塑料塑料的不足：1、機(jī)械性能差，特別是剛性； 3、長期載荷作用下，產(chǎn)生塑性流動(dòng)，即蠕變；2、耐熱性低，100以下； 4、易老化。§5.3 熱固性玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）1、什么是玻璃鋼？它是以熱固性樹脂為粘結(jié)劑，玻璃纖維為增強(qiáng)材料的一種復(fù)合材料。它的質(zhì)地很堅(jiān)固，故稱為玻璃鋼。2、什么是玻璃纖維？由玻璃經(jīng)過高溫溶化成液體并以極快的速度控制而成，玻璃原性

48、脆，但拉成纖維后柔軟如絲，可以像棉紗一樣紡織，強(qiáng)度也很高。玻璃纖維愈細(xì)，強(qiáng)度愈高。3、玻璃鋼特點(diǎn)：（1）比重?。?（4）耐腐蝕性：（2）耐氣候老化性好，吸水率低：（3）制品表面光滑：（5）耐沖擊性好： （6）抗磁、隔音、不反射雷達(dá)：（7）施工簡便、易維修。4、玻璃鋼成型方法： （1）手糊成型（2）模壓成型（3）噴射成型5、應(yīng)用舉例：我國：蕪湖造船廠 1974年 中型艇 L39.8m B=6.1m D=3.1m 140t國外： 英國，1982年 Cottesmore號獵雷艇 L60 m 625 t 美國，Silverdo號游艇，1977年 L37m 165 t v=18節(jié)塑料制品的檢驗(yàn)及勞動(dòng)保護(hù)1、檢驗(yàn)項(xiàng)目： 外觀、尺寸、物理機(jī)械性能2、勞動(dòng)保護(hù)：塑料制品在生產(chǎn)過程中，所用的原料及反應(yīng)過程中放出的氣體和加工時(shí)產(chǎn)生的塑料塵灰等，對人體有害，必須加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)，