安装工程精讲班讲义：建设工程材料

  题库对答案 ※ 考后感言

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　　第一章 安装工程材料

　　第一节 建设工程材料

　　工程材料种类繁多，应用广泛，有着多种不同的分类方法。一般将工程材料按化学成分划分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类，如表1.1.1所示。

　　表1.1.1 常用的工程材料分类

　　一、金属材料

　　金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。工业上把金属及其合金分为黑色金属材料和有色金属材料两大部分。

　　(一)黑色金属

　　黑色金属材料一般是指铁和以铁为基的合金，即钢铁材料。

　　钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属材料。含碳量小于2 %(重量)的铁合金称为钢;而含碳量大于2%(重量)的铁合金称为生铁。钢和铸铁中除了含铁、碳以外，还含有一些其它元素，其中一类是杂质元素，如硫、磷、氧、氮等;另一类是根据使用性能和工艺性能的需要，在其生产过程中适量添加的合金元素，常见有铬、镍、锰和钛等，铁碳合金中加入这些合金元素就成为合金钢或合金铸铁。

　　1. 钢的分类和用途

　　钢中主要化学元素为铁，另外还含有少量的碳、硅、锰、硫、磷、氧和氮等，这些少量元素对钢的性质影响很大。钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响，含碳量低的钢材强度较低，但塑性大，延伸率和冲击韧性高，质地较软，易于冷加工、切削和焊接;含碳量高的钢材强度高(当含碳量超过1.00%时，钢材强度开始下降)、塑性小、硬度大、脆性大和不易加工。硫、磷为钢材中有害元素，含量较多就会严重影响钢材的塑性和韧性，磷使钢材显著产生冷脆性，硫则使钢材产生热脆性。硅、锰等为有益元素，它们能使钢材强度、硬度提高，而塑性、韧性不显著降低。

　　钢材的力学性能(如抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧度和硬度等)取决于钢材的成分和金相组织。钢材的成分一定时，其金相组织主要取决于钢材的热处理，如退火、正火、淬火加回火等，其中淬火加回火的影响最大。

　　例题1：钢的成分确定后，其力学性能主要取决于(　)。

　　A.钢的冲击韧性

　　B.碳的含量

　　C.有害元素含量

　　D.钢的金相组织

　　答案：D

　　例题2：能够使钢材的强度、硬度提高，而塑性、韧性不显著降低的化学元素为( )。

　　A.碳 B.硅 C.磷 D.硫

　　答案：B

　　(1)钢的分类。《钢分类》(GB/T13304)按照化学成分将钢材分为非合金钢、低合金钢和合金钢三类，其合金元素规定含量界限值如表1.1.2所示。

　　(2)钢牌号的表示方法。

　　《钢铁产品牌号表示方法》(GB/T211-2008)中规定：

　　1)碳素结构钢和低合金结构钢。

　　碳素结构钢和低合金结构钢的牌号通常由四部分组成：

　　第一部分：前缀符号+强度值(以N/mm2 或MPa为单位)，其中通用结构钢前缀符号为代表屈服强度的拼音字母“Q”，专用结构钢的前缀符号见表1.1.3;

　　表1.1.3 专用结构钢的前缀符号

　　第二部分(必要时)：钢的质量等级，用英文字母A、B、C、D、E、F……表示;

　　第三部分(必要时)：脱氧方式表示符号，即沸腾钢(F)、半镇静钢(b)、镇静钢(Z)、特殊镇静钢(TZ)。镇静钢、特殊镇静钢表示符号通常可以省略;

　　第四部分(必要时)：产品用途、特性和工艺方法表示符号

　　例：Q235AF：表示最小屈服强度235N/mm2、质量等级为A级的沸腾钢;

　　Q345D：表示最小屈服强度345N/mm2、质量等级为D级的特殊镇静钢;

　　HRB335：屈服强度特征值335N/mm2的热轧带肋钢筋：

　　L415：最小规定总延伸强度415MPa的管线用钢。

　　2)优质碳素结构钢。

　　优质碳素结构钢牌号通常由五部分组成：

　　第一部分：以二位阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计);

　　第二部分(必要时)：较高含锰量的优质碳素结构钢，加锰元素符号Mn;

　　第三部分(必要时)：钢材冶金质量，即高级优质钢、特级优质钢分别以A、E表示，优质钢不用字母表示;

　　第四部分(必要时)：脱氧方式表示符号，即沸腾钢(F)、半镇静钢(b)、镇静钢(Z)，但镇静钢表示符号通常可以省略;

　　第五部分(必要时)：产品用途、特性和工艺方法表示符号。

　　例：优质碳素结构钢：08F表示碳含量为0.085%~0.11%，锰含量为0.25%~0.50%的沸腾钢;优质碳素结构钢：50MnE 表示碳含量为0.48%~0.56%，锰含量为0.70%~1.00%的特级优质镇静钢。

　　3)合金结构钢。

　　合金结构钢牌号通常由四部分组成：

　　第一部分：以二位阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计);

　　第二部分：合金元素含量，以化学元素符号及阿拉伯数字表示。具体表示方法为：平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量;平均含量为1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%、4.50%～5.49%、……时，在合金元素后相应写成2、3、4、5……;

　　第三部分：钢材冶金质量，即高级优质钢、特级优质钢分别以A、E表示，优质钢不用字母表示;

　　第四部分(必要时)：产品用途、特性或工艺方法表示符号。

　　例：25Cr2MoVA：表示碳含量为0.22%~0.29%，铬含量为1.50%~1.80%、钼含量为0.25%~0.35%、钒含量为0.15%~0.30%的高级优质合金结构钢。

　　(3)工程中常用钢及其合金的性能和特点。

　　1)普通碳素结构钢。普通碳素结构钢的碳、磷、硫及其他残余元素的含量控制较宽，某些性能如低温韧性和时效敏感性较差。

　　普通碳素结构钢生产工艺简单，有良好工艺性能(如焊接性能、压力加工性能等)、必要的韧性、良好的塑性以及价廉和易于大量供应，通常在热轧后使用。如Q195钢强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于轧制薄板和盘条等;Q215钢主要用于制作管坯、螺栓等;Q235钢强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也好，是钢结构常用的牌号;Q235钢大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等; Q275钢强度和硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和可焊性差，主要用于制造轴类、农具、耐磨零件和垫板等。

　　2)优质碳素结构钢。优质碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少。与普通碳素结构钢相比，优质碳素结构钢塑性和韧性较高，并可通过热处理强化，多用于较重要的零件，是广泛应用的机械制造用钢。

　　3)普通低合金钢。普通低合金钢比碳素结构钢具有较高的韧性，同时有良好的焊接性能、冷热压加工性能和耐蚀性，部分钢种还具有较低的脆性转变温度。如Q295(09MnV、09MnNb)具有良好的塑性、韧性、冷弯性能、冷热压力加工性能和焊接性能，且有一定的耐蚀性能。用于制造各种容器、螺旋焊管、建筑结构、车辆用冲压件和船体等;Q345(18Nb)具有综合力学性能、耐低温冲击韧性、焊接性能和冷热压加工性能良好的特性，可用于建筑结构、化工容器和管道、起重机械和鼓风机等。另外，由于普通低合金钢的生产工艺与碳素结构钢类似，故普通低合金钢的价格与碳素结构钢相近。

　　4)优质低合金钢。优质低合金钢广泛用于制造各种要求韧性高的重要机械零件和构件。当零件的形状复杂，截面尺寸较大，要求韧性高时，采用优质低合金钢可使复杂形状零件的淬火变形和开裂倾向降到最小。因此，形状复杂或截面尺寸较大或要求韧性高的淬火零件，一般为优质低合金钢，如用15MnVg制造锅炉和压力容器、用70Mn制造起重机钢轨、用20MnSiV制造承受较高荷载或高速冲击的齿轮轴、齿圈、齿轮、主轴、蜗杆和离合器(机床用)等。

　　5)不锈耐酸钢。

　　①铁素体型不锈钢。铬是铁素体型不锈钢中的主加元素，通常含铬的质量分数≥13.00%。某些钢种还添加有铝和钛等。高铬钢(17.0%～30.0%Cr)有良好的抗高温氧化能力，在氧化性酸溶液，如硝酸溶液中，有良好的耐蚀性，故其在硝酸和氮肥工业中广泛使用，另外0Cr13不锈钢在弱腐蚀介质中，如淡水中，也有良好的耐蚀性。高铬铁素体不锈钢的缺点是钢的缺口敏感性和脆性转变温度较高，钢在加热后对晶间腐蚀也较为敏感。

　　②马氏体型不锈钢。此钢具有较高的强度、硬度和耐磨性。通常用于弱腐蚀性介质环境中，如海水、淡水和水蒸气中;以及使用温度≤580℃的环境中，通常也可作为受力较大的零件和工具的制作材料。但由于此钢焊接性能不好，故一般不用作焊接件。

　　③奥氏体型不锈钢。钢中主要合金元素为铬、镍、钛、铌、钼、氮和锰等。此钢具有较高的韧性、良好的耐蚀性、高温强度和较好的抗氧化性，以及良好的压力加工和焊接性能。但是这类钢的屈服强度低，且不能采用热处理方法强化，而只能进行冷变形强化。

　　④铁素体-奥氏体型不锈钢。这类钢其屈服强度约为奥氏体型不锈钢的两倍，可焊性良好，韧性较高，应力腐蚀、晶间腐蚀及焊接时的热裂倾向均小于奥氏体型不锈钢。

　　⑤沉淀硬化型不锈钢。这类钢的突出优点是经沉淀硬化热处理以后具有高的强度，耐蚀性优于铁素体型不锈钢。它主要用于制造高强度和耐蚀的容器、结构和零件，也可用作高温零件。

　　6)铸钢。

　　例题1：具有一定的机械强度和良好的承载性，又具有较好地塑性、韧性和可加工性，是钢结构常用的牌号为，此种碳素结构钢的牌号为( )。

　　A.Q215

　　B.Q235

　　C.Q255

　　D.Q275

　　答案：B

　　解析：本题考点是工程中常用钢及其合金的性能和特点，具体考的是碳素结构钢。Q235钢强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也好，是钢结构常用的牌号。

　　例题2：与马氏体型不锈钢相比，奥氏体型不锈钢的特点为( )。

　　A.具有较高的硬度和耐磨性

　　B.屈服强度较高

　　C.可采用热处理方法提高强度

　　D.具有良好的焊接性能

　　答案：D

　　解析：

　　马氏体型不锈钢。此钢具有较高的强度、硬度和耐磨性。通常用于弱腐蚀性介质环境中，如海水、淡水和水蒸气中;以及使用温度≤580℃的环境中，通常也可作为受力较大的零件和工具的制作材料。但由于此钢焊接性能不好，故一般不用作焊接件。

　　奥氏体型不锈钢。钢中主要合金元素为铬、镍、钛、铌、钼、氮和锰等。此钢具有较高的韧性、良好的耐蚀性、高温强度和较好的抗氧化性，以及良好的压力加工和焊接性能。但是这类钢的屈服强度低，且不能采用热处理方法强化，而只能进行冷变形强化。

　　例题3：与奥氏体不锈钢相比，铁素体一奥氏体不锈钢的主要性能为( )。

　　A.韧性较低

　　B.屈服强度较高

　　C.可焊性较差

　　D.应力腐蚀较大

　　答案：B

　　解析：铁素体-奥氏体型不锈钢。这类钢其屈服强度约为奥氏体型不锈钢的两倍，可焊性良好，韧性较高，应力腐蚀、晶间腐蚀及焊接时的热裂倾向均小于奥氏体型不锈钢。

　　小 结

　　1. 了解工程材料按化学成分的分类，各大类工程材料所包含的材料种类。

　　2. 掌握钢的力学性能的决定因素。

　　3. 掌握钢牌号的表示方法的原则，及几种常用钢的牌号表示方法。

　　4. 了解钢的分类及工程中常用钢的性能、用途。