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1、 造 船 材 料Shipbuilding Materials1.材料的作用与意义 材料与材料科学： 1、材料发展史材料的定义：人类社会所能接受并经济地制造有用物品的物质。材料是人类赖以生存和发展生产的物质基础，也是社会文明发达和生产技术进步的 标志。历史学家曾用“材料”来划分人类的时代：如石器时代、 陶器时代、铜器时代、铁 器时代等。回顾人类的发展史，可以看到材料、能源、信息、生物这四根支柱支撑着人类赖以 生存的大厦。 2、材料科学技术： 材料科学定义： 是研究材料结构与材料性能之间关系的一门科学。 材料工程定义： 讨论材料的成分、结构、性能等内容，阐述材料在工程中的应用规律以及合理选材用材的
2、方法。 材料科学技术 材料科学 材料工程。 3、船舶建造方法与所用材料的密切关系 1、19 世纪以前，主要是以木材造船； 2、19 世纪中叶，出现铁船； 3、19 世纪末开始，建造钢船。 4、造船史上的两次革命： 1、木材 钢（铁）woodsteel 2、铆接 焊接 rivetwelding 第一章：绪论 第一节：造船材料的分类 第二节：对造船材料的主要性能要求 第三节：船用材料的检验 工程材料的分类 1、金属材料（黑色金属、有色金属） metallic material 2、有机高分子材料（纤维、橡胶、涂料、塑料）organic high polymer material 3、无机非金属材料
3、（水泥、玻璃、陶瓷） （硅酸盐材料）inorganic non-metallic material1.1 造船材料的分类造船工业是一个复杂的综合性工业，采用的材料品种多，数量大。 Question?1、一条 VLCC 船，有多少部件？2、与飞机、汽车比较，谁多？ Answer Table1.1 Number of Unique Parts in ProductBook：Ship Design and Construction 2004Editor: Thomas LambChapter 1, Page 1-3.Today ship design is seen as a typically m
4、utli-disciplinary 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 mos
5、t complex products 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 吨货轮，仅钢材就需要 5000 吨。 船体建造流程钢材下料加工（切割、弯曲）零件部件组件分段总段船体 1.1 金属材料 黑色金属（船用钢材铸铁）
6、 有色金属（有色金属其合金） 1.2 非金属材料 按来源；有机非金属材料（木材、塑料、橡胶、石化产品） ；无机非金属材料（水泥、 玻璃、石棉）1.2 对造船材料的主要性能要求 一、具有一定的机械性能； 二、良好的工艺性能； 三、较好的耐腐蚀性能； 四、适合的使用性能； 五、良好的经济性。 上述各项要求有时是矛盾的，要合理解决。1.3 船用材料的检验 目的：符合技术规范或定货合同要求，保证良好的机械性能和运营可靠性。 分类：1、产品检验：质量证书2、复查检验：船厂按船舶建造规范对材料的有关规定，对所使用的船用材料（或 制品）进行的抽查或补充检查。验船部门的检验合格印记，如下图1.3.2 船舶建造
7、规范对材料试验的有关规定（对金属材料的验收内容） 一、化学成分分析 二、机械性能试验；材料拉伸试验： 硬度试验：冲击试验： 三、工艺性能试验（冷弯性、可焊性） 四、内外部缺陷的检验外部缺陷：肉眼、放大镜、显微镜（铸件表面缺陷）内部缺陷：x 射线、磁力探伤、超声波（气泡、缩孔、偏析） 规范对造船材料的规定 1991 年内河钢船建造规范第七篇：材料篇 1989 年钢质海船入级与建造规范第九篇： 规范对材料的主要要求 1、加强对钢材生产的监督检查，保证材料成分和性能； 2、造船厂和产品厂必须向经船检部门认可的钢厂认购并取得材质证书；3、发现成分和性能不合格的钢材，要按规范进行复验，直至确认合格。钢铁
8、是怎样炼成的? 钢铁生产简介 一、生铁的冶炼设备：高炉（3040 m）原料：铁矿石（Fe2O3 Fe3O4 FeCO3） 、废石（SiO2 MnO） 燃料（焦炭） 溶剂 （石灰石 CaCO3，造渣材料） 高炉炼铁的物理化学过程：1、焦炭的燃烧：C + O CO2 + Q CO2 + C CO2、铁的还原：Fe3O4+C Fe2O3+CO23、铁的增碳： 9001200 生铁（C 含量 3%） 铁水4、造渣：FeS + CaO CaS + FeO5、去硫：6、其他元素的还原：Si 、 Mn 、 P 二、钢的冶炼：炼钢：为改善生铁的性能，将其含碳量降至某一范围，使 Si、Mn、S、P 等杂质 的含
9、量降低到一定限度的过程。实质上是生铁的氧化过程。方法：向铁水中送入氧，使其发生各种氧化反应。设备：转炉、平炉、电炉。原料：生铁（L 或 S 态） 、废钢、熔剂 现代化炼钢的基本过程： 1、氧化：Fe + O2 FeO + Q；Si(Mn) + O2 FeO. SiO2（炉渣） ；C + O CO 2、脱氧：FeO + Mn FeSi 3、降低 S、P 含量（脱硫、脱磷） 钢的浇注方法： 1、模铸法2、连续铸锭法 钢材成型方法：1、轧制：板材、型材、管材；2、挤压：3、拉拔：丝、管 感想？百炼成钢！ 第二章：钢材及其性能要求 第一节：钢材的分类、名称及代号 第二节：钢材的性能表征 第三节：铁碳合
10、金相图 第四节：钢材热处理2.1 钢材的分类、名称及代号 一、钢材分类概况 1、按用途分： 建筑工程用钢（普通碳素钢、低合金高强度钢） 结构钢工具钢 弹簧钢 耐酸钢 电工钢 专业用钢（船舶、桥梁、压力容器、锅炉） 其他 2、按冶炼工艺分： 按冶炼方法：转炉钢；平炉钢；电炉钢 按脱氧程度: 镇静钢；半镇静钢；沸腾钢 3、按所含元素分： 碳素钢：（按含碳量）低碳钢；中碳钢 ；高碳钢（按含硫、磷）普通碳素钢；优质碳素钢 合金钢：低合金钢；中合金钢；高合金钢 4、按钢材尺度分：板材：薄、中厚、厚、特厚板型材：小型、中型、大型型材 5、按内部组织分：珠光体钢；马氏体钢 ；奥氏体钢 二、钢材按冶炼方法分类
11、的比较：三、钢材按脱氧程度分类的比较：四、钢材按合金元素分类： . 碳素钢 1、定义：钢中除含有一定量的为脱氧而加入的 Si. Mn 合金元素外，不含其他合金元素 （残余合金元素例外）的钢，称为碳素钢。其中：普通碳素钢：含一般 S、P 量的钢优质碳素钢：充分去除有害杂质（S、P）及气体，脱氧程度比普通碳素钢更完全。 2、分类：合金钢 定义：除含 Si、Mn 合金元素或脱氧元素外，还有其他合金元素（如 Cr、Ni、Ti、Cu 等） 或某些非金属元素（如 B、N）的钢，称为合金钢。 合金钢按其合金元素总含量的分类：五、钢材按尺度分类： 板材分类型材分类大、中、小型型材 1.高度：工字钢、横钢 2.
12、直径、边宽：圆钢、方钢、六角、八角、螺纹钢 3.边宽：扁钢、等边角钢、不等边角钢 六、钢材的名称及其代号GB21179 “钢铁产品牌号表示方法”汉字 字母 平炉钢 平 P 沸腾钢 沸 F 半镇静钢 半 b 甲类钢 甲 A 乙类钢 乙 B 特类钢 特 T 船用钢 船 C 重 点一般强度船体结构用钢 过去：2C 3C 4C 5C 现在： A B D E （等级） 说明： 牌号规定采用汉语拼音、化学元素符号及阿拉伯数字相结合表示法。具体规定可概括为：1、钢号中的合金元素用化学符号表示，如 Mn、S、P 等； 2、钢中碳和合金元素含量以数字表示，含碳量写在其他合金元素之前，合金元素写在相应 元素符号后
13、面； 3、元素含量的表示方法（对结构钢）C： 以 0.01%为单位， 合金元素：以 1为单位 （强度指标： 1、强度 ：金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 单位：N/mm2 或 Kg/mm2 在造船中的作用：强度是船体结构材料的基本指标，是保证结构使用性能的最重要条件。 2、屈服点 ： （物理屈服强度） 定义：试样在拉伸过程中，负荷不增加或开始有所降低而试样仍继续变形 时的恒定负荷除以原横剖面积所得的应力。 作用：屈服点是造船材料（钢材）机械性能的主要指标。在国内通常以此 作为船体强度计算的技术依据，从而决定结构的重量，并在很大程度上决定结构的刚性。 “对不同的船舶，应选择屈服强度适当
14、的钢材建造。 ”如何理解？规范要求 船用碳素钢： 235N/mm2 ；低合金刚根据使用要求确定。 3、抗拉强度 （强度极限） PFs0FPsssb定 义：作 用：与 冶 炼 工 艺 有 关， 其 下 限 过 低 意 味 着 钢 的 生 产 过 程 不 正 常 或 冶 炼 质 量 不 高， 其 上 限 过 高 意 味0FPbb着 工 厂 采 用 不 容 许 的 低 温 终 轧 或 不 完 全 退 火， 使 钢 材 过 度 硬 化， 造 成 机 械 加 工 困 难。“规范”要求：400490 N/mm24、 屈 强 比：定义：屈服点与抗拉强度的比值。 作用：为钢材强度储备的一个指标。bs 说明：要求：船用碳素钢：0.6 左右；低合金钢：不大于 0.8。 5、疲劳强度 定义：试样在重复或交变负荷作用下，循环一定周次 N 后断裂时所能承受的最大应力。 作用：船舶在使用过程中，要承受各种变负荷作用，从而使结构产生疲劳。振动疲劳等可 能导致结构破坏。 规范尚未反映。 塑性指标： 1、塑性： 定义：金属材料在受力破坏前经受永久变形的能力。 作用：是衡量船体结构材料好坏的重要指标之一。材料具有良好的塑性，才能在制造过程 中承受冷热加工，在航行过程中避免船舶局部受力而破坏。 2、延伸率（伸长率） 定义： 作用：满足船体建造中工艺要求（如加工、矫正） 要求：一般船用钢材， 22 3、断面收缩率
