一級(jí)建造師《機(jī)電工程》教材知識(shí)點(diǎn)：1H411011常用金屬材料的類型及應(yīng)用

一、黑色金屬材料的類型及應(yīng)用

(一)碳素結(jié)構(gòu)鋼

1.碳素結(jié)構(gòu)鋼的分級(jí)。碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱為普碳鋼，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/工700--2006中，按照碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服強(qiáng)度的下限值將其分為四個(gè)級(jí)別，其鋼號(hào)對(duì)應(yīng)為Q195,Q215,Q235和Q275，其中Q代表屈服強(qiáng)度，數(shù)字為屈服強(qiáng)度的下限值，數(shù)字后面標(biāo)注的字母A、B、C、D表示鋼材質(zhì)量等級(jí)，即硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，A級(jí)鋼中硫、磷含量最高，D級(jí)鋼中硫、磷含量最低。

2.碳素結(jié)構(gòu)鋼的特性及用途

(1)Q195,Q215,Q235A和Q235B塑性較好，有一定的強(qiáng)度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等;Q235C,Q235D可用于重要的焊接件;Q235和Q275強(qiáng)度較高，通常軋制成型鋼、鋼板作構(gòu)件用。

(2)碳素結(jié)構(gòu)鋼具有良好的塑性和韌性，易于成型和焊接，常以熱軋態(tài)供貨，一般不再進(jìn)行熱處理，能夠滿足一般工程構(gòu)件的要求，所以使用極為廣泛。

例如，機(jī)電工程中常見的各種型鋼、鋼筋、鋼絲等，優(yōu)質(zhì)的碳素鋼還可以制成鋼絲、鋼絞線、圓鋼、高強(qiáng)螺栓及預(yù)應(yīng)力錨具等。

例如，武漢長(zhǎng)江大橋是使用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235制造的。

(二)低合金結(jié)構(gòu)鋼

1.低合金結(jié)構(gòu)鋼的分級(jí)。低合金結(jié)構(gòu)鋼也稱為低合金高強(qiáng)度鋼，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T 1591--2008，根據(jù)屈服強(qiáng)度劃分，其共有Q345,Q390、Q420,Q460,Q500,Q550,Q620和Q690八個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

2.低合金結(jié)構(gòu)鋼的特性及用途

(1)低合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通鋼中加入微量合金元素，而具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的冷成形和焊接性能、低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度和良好的耐蝕性等綜合力學(xué)性能，如，Q345強(qiáng)度比普碳鋼Q235高約20%～30%，耐大氣腐蝕性能高20%～38%，用它制造工程結(jié)構(gòu)，重量可減輕20%～30%。

(2)低合金結(jié)構(gòu)鋼主要適用于橋梁、鋼結(jié)構(gòu)、鍋爐汽包、壓力容器、壓力管道、船舶、車輛、重軌和輕軌等制造，用它來代替碳素結(jié)構(gòu)鋼，可大大減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，節(jié)省鋼材。

例如，2008年北京奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)一國(guó)家體育場(chǎng)“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)總重為4.6萬工，最大跨度343m，所用的鋼材就是Q460，屈服強(qiáng)度為460MPa，是由我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的，這是國(guó)內(nèi)在鋼結(jié)構(gòu)上首次使用Q460鋼材，這次使用的鋼板厚度達(dá)到ll0mm。

例如，某600MW超超臨界電站鍋爐汽包使用的就是Q460型鋼;機(jī)電工程施工中使用的起重機(jī)就是Q345型鋼制造的。

(三)鑄鋼和鑄鐵

1.鑄鋼

(1)鑄鋼的分類

鑄鋼分碳素鑄鋼、合金鑄鋼等類型。

(2)鑄鋼的特性及用途

將鋼鑄造成形，即能保持鋼的各種優(yōu)異性能，又能直接制造成最終形狀的零件。鑄鋼主要用于制造形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件。

例如，軋鋼機(jī)機(jī)架是軋鋼機(jī)組的重要結(jié)構(gòu)件，要求有較好的強(qiáng)度和較好的塑性，以及較好的鑄造性能、焊接性能和加工性能，軋鋼機(jī)機(jī)架就是選擇碳素鑄鋼制造加工的。

例如，吊車所用的齒輪有開式小齒輪、大齒輪、過渡齒輪三種不同尺寸的齒輪，一般均采用合金鑄鋼件。

2.鑄鐵

(1)鑄鐵的分類

鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金，含有較多的Si,Mn,S、P等元素。常用鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、特殊性能鑄鐵等。

(2)鑄鐵的特性及用途

鑄鐵具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，并且生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，可以用來制造各種機(jī)器零件。

例如，普通罩殼、閥殼等強(qiáng)度要求不高，可采用灰鑄鐵制造;液壓泵殼體強(qiáng)度有較高要求，可采用孕育鑄鐵(經(jīng)孕育處理后的灰鑄鐵);汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸常用球墨鑄鐵制造。

(四)特殊性能低合金高強(qiáng)度鋼

1.特殊性能低合金高強(qiáng)度鋼分類

特殊性能低合金高強(qiáng)度鋼也稱特殊鋼，是指具有特殊化學(xué)成分、采用特殊工藝生產(chǎn)、具備特殊的組織和性能、能夠滿足特殊需要的鋼類。其中，工程結(jié)構(gòu)用特殊鋼主要包括：耐候鋼、耐熱鋼、耐海水腐蝕鋼、耐磨鋼、表面處理鋼材、汽車沖壓鋼板、石油及天然氣管線鋼、工程機(jī)械用鋼與可焊接高強(qiáng)度鋼、鋼筋鋼、低溫用鋼以及鋼軌鋼等。

2.特殊性能低合金高強(qiáng)度鋼的特性及用途

例如，在橋梁、建筑、塔架、車輛和其他要求耐候性能好的螺栓連接等鋼結(jié)構(gòu)中使用的耐候鋼，就是在鋼中加入少量的合金元素，如Cu,Cr,Ni,P等，使其在金屬基體表面形成保護(hù)層，提高了鋼材的耐候性能，同時(shí)保持鋼材具有良好的焊接性能。

例如，在加熱爐、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫裝置中的零件就是使用耐熱鋼，要求在高溫下具有良好的抗蠕變、抗斷裂和抗氧化的能力，以及必要的韌性。

例如，鋼軌鋼分為輕軌鋼和重軌鋼，輕軌鋼主要用于使用臨時(shí)運(yùn)輸線和中小型起重機(jī)軌道，重軌鋼主要用于鐵道、大型起重機(jī)軌和吊車軌道。

例如，車輛履帶、挖掘機(jī)鏟斗、破碎機(jī)腭板、鐵軌分道叉等使用的就是耐磨鋼，耐磨鋼常用于承受嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈沖擊的零件。

(五)鋼材的類型及應(yīng)用

1.型鋼。在機(jī)電工程中常用型鋼主要有：圓鋼、方鋼、扁鋼、H型鋼、工字鋼、T型鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。

例如，電站鍋爐鋼架的立柱通常采用寬翼緣H型鋼(HK300b);為確保爐膛內(nèi)壓力波動(dòng)時(shí)爐墻有一定的強(qiáng)度，在爐墻上設(shè)有足夠強(qiáng)度的剛性梁。一般每隔3m左右裝設(shè)一層，其大部分采用強(qiáng)度足夠的工字鋼制成。

2.板材。按其厚度分為厚板、中厚板和薄板。按其軋制方式分為熱軋板和冷軋板兩種，其中冷軋板只有薄板。按其材質(zhì)有普通碳素鋼板、低合金結(jié)構(gòu)鋼板、不銹鋼板、鍍鋅鋼薄板等。

例如，油罐、電站鍋爐中的汽包就是用鋼板焊制成的圓筒形容器。其中，中、低壓鍋爐的汽包材料常為專用的鍋爐碳素鋼，高壓鍋爐的汽包材料常用低合金鋼制造。

3.管材。在機(jī)電工程中常用的有普通無縫鋼管、螺旋縫鋼管、焊接鋼管、無縫不銹鋼管、高壓無縫鋼管等，廣泛應(yīng)用在各類管道工程中。

例如，鍋爐水冷壁和省煤器使用的無縫鋼管一般采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼管或低合金鋼管，但過熱器和再熱器使用的無縫鋼管根據(jù)不同壁溫，通常采用15CrMo或12CrlMoV等鋼材。

4.鋼制品。在機(jī)電工程中，常用的鋼制品主要有焊材、管件、閥門等。