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一级建造师《机电工程》教材知识点:1H411011常用金属材料的类型及应用

发布时间:2017-03-27 来源:环球网校 发布人:daluobo

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金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。机电工程常用的金属材料主要是制造各种大型金属构件的用钢,如建筑、机电、冶金、石化、电力以及锅炉压力容器、压力管道等工程的用钢。本条主要知识点是:黑色金属材料的类型及应用;有色金属材料的类型及应用。

一、黑色金属材料的类型及应用

(一)碳素结构钢

1.碳素结构钢的分级。碳素结构钢又称为普碳钢,在国家标准《碳素结构钢》GB/工700--2006中,按照碳素结构钢屈服强度的下限值将其分为四个级别,其钢号对应为Q195,Q215,Q235和Q275,其中Q代表屈服强度,数字为屈服强度的下限值,数字后面标注的字母A、B、C、D表示钢材质量等级,即硫、磷质量分数不同,A级钢中硫、磷含量最高,D级钢中硫、磷含量最低。

2.碳素结构钢的特性及用途

(1)Q195,Q215,Q235A和Q235B塑性较好,有一定的强度,通常轧制成钢筋、钢板、钢管等;Q235C,Q235D可用于重要的焊接件;Q235和Q275强度较高,通常轧制成型钢、钢板作构件用。

(2)碳素结构钢具有良好的塑性和韧性,易于成型和焊接,常以热轧态供货,一般不再进行热处理,能够满足一般工程构件的要求,所以使用极为广泛。

例如,机电工程中常见的各种型钢、钢筋、钢丝等,优质的碳素钢还可以制成钢丝、钢绞线、圆钢、高强螺栓及预应力锚具等。

例如,武汉长江大桥是使用碳素结构钢Q235制造的。

(二)低合金结构钢

1.低合金结构钢的分级。低合金结构钢也称为低合金高强度钢,按照国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591--2008,根据屈服强度划分,其共有Q345,Q390、Q420,Q460,Q500,Q550,Q620和Q690八个强度等级。

2.低合金结构钢的特性及用途

(1)低合金结构钢是在普通钢中加入微量合金元素,而具有高强度、高韧性、良好的冷成形和焊接性能、低的冷脆转变温度和良好的耐蚀性等综合力学性能,如,Q345强度比普碳钢Q235高约20%~30%,耐大气腐蚀性能高20%~38%,用它制造工程结构,重量可减轻20%~30%。

(2)低合金结构钢主要适用于桥梁、钢结构、锅炉汽包、压力容器、压力管道、船舶、车辆、重轨和轻轨等制造,用它来代替碳素结构钢,可大大减轻结构质量,节省钢材。

例如,2008年北京奥运会主会场一国家体育场“鸟巢”钢结构总重为4.6万工,最大跨度343m,所用的钢材就是Q460,屈服强度为460MPa,是由我国自主研发生产的,这是国内在钢结构上首次使用Q460钢材,这次使用的钢板厚度达到ll0mm。

例如,某600MW超超临界电站锅炉汽包使用的就是Q460型钢;机电工程施工中使用的起重机就是Q345型钢制造的。

(三)铸钢和铸铁

1.铸钢

(1)铸钢的分类

铸钢分碳素铸钢、合金铸钢等类型。

(2)铸钢的特性及用途

将钢铸造成形,即能保持钢的各种优异性能,又能直接制造成最终形状的零件。铸钢主要用于制造形状复杂,需要一定强度、塑性和韧性的零件。

例如,轧钢机机架是轧钢机组的重要结构件,要求有较好的强度和较好的塑性,以及较好的铸造性能、焊接性能和加工性能,轧钢机机架就是选择碳素铸钢制造加工的。

例如,吊车所用的齿轮有开式小齿轮、大齿轮、过渡齿轮三种不同尺寸的齿轮,一般均采用合金铸钢件。

2.铸铁

(1)铸铁的分类

铸铁是碳质量分数大于2.11%的铁碳合金,含有较多的Si,Mn,S、P等元素。常用铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、特殊性能铸铁等。

(2)铸铁的特性及用途

铸铁具有许多优良的使用性能和工艺性能,并且生产设备和工艺简单,可以用来制造各种机器零件。

例如,普通罩壳、阀壳等强度要求不高,可采用灰铸铁制造;液压泵壳体强度有较高要求,可采用孕育铸铁(经孕育处理后的灰铸铁);汽车发动机凸轮轴常用球墨铸铁制造。

(四)特殊性能低合金高强度钢

1.特殊性能低合金高强度钢分类

特殊性能低合金高强度钢也称特殊钢,是指具有特殊化学成分、采用特殊工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。其中,工程结构用特殊钢主要包括:耐候钢、耐热钢、耐海水腐蚀钢、耐磨钢、表面处理钢材、汽车冲压钢板、石油及天然气管线钢、工程机械用钢与可焊接高强度钢、钢筋钢、低温用钢以及钢轨钢等。

2.特殊性能低合金高强度钢的特性及用途

例如,在桥梁、建筑、塔架、车辆和其他要求耐候性能好的螺栓连接等钢结构中使用的耐候钢,就是在钢中加入少量的合金元素,如Cu,Cr,Ni,P等,使其在金属基体表面形成保护层,提高了钢材的耐候性能,同时保持钢材具有良好的焊接性能。

例如,在加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中的零件就是使用耐热钢,要求在高温下具有良好的抗蠕变、抗断裂和抗氧化的能力,以及必要的韧性。

例如,钢轨钢分为轻轨钢和重轨钢,轻轨钢主要用于使用临时运输线和中小型起重机轨道,重轨钢主要用于铁道、大型起重机轨和吊车轨道。

例如,车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机腭板、铁轨分道叉等使用的就是耐磨钢,耐磨钢常用于承受严重磨损和强烈冲击的零件。

(五)钢材的类型及应用

1.型钢。在机电工程中常用型钢主要有:圆钢、方钢、扁钢、H型钢、工字钢、T型钢、角钢、槽钢、钢轨等。

例如,电站锅炉钢架的立柱通常采用宽翼缘H型钢(HK300b);为确保炉膛内压力波动时炉墙有一定的强度,在炉墙上设有足够强度的刚性梁。一般每隔3m左右装设一层,其大部分采用强度足够的工字钢制成。

2.板材。按其厚度分为厚板、中厚板和薄板。按其轧制方式分为热轧板和冷轧板两种,其中冷轧板只有薄板。按其材质有普通碳素钢板、低合金结构钢板、不锈钢板、镀锌钢薄板等。

例如,油罐、电站锅炉中的汽包就是用钢板焊制成的圆筒形容器。其中,中、低压锅炉的汽包材料常为专用的锅炉碳素钢,高压锅炉的汽包材料常用低合金钢制造。

3.管材。在机电工程中常用的有普通无缝钢管、螺旋缝钢管、焊接钢管、无缝不锈钢管、高压无缝钢管等,广泛应用在各类管道工程中。

例如,锅炉水冷壁和省煤器使用的无缝钢管一般采用优质碳素钢管或低合金钢管,但过热器和再热器使用的无缝钢管根据不同壁温,通常采用15CrMo或12CrlMoV等钢材。

4.钢制品。在机电工程中,常用的钢制品主要有焊材、管件、阀门等。

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