下载文档原格式
水运材料章节知识点总结水运材料是指在船舶建造和维护过程中所使用的各种材料。
船舶作为水上交通工具，需要使用各种特殊的材料来满足其性能要求、安全要求以及环境要求。
水运材料的选择和使用直接关系到船舶的使用寿命、安全性和经济性。
因此，水运材料的选用和应用是船舶设计、建造和维护的关键环节之一。
本章将对水运材料的种类、性能要求、应用及相关知识点进行总结。
一、船舶用钢材船舶用钢材的种类繁多，常用的包括船舶结构用钢材、船用耐海水腐蚀钢材、船舶用耐磨钢材等。
船舶结构用钢材承担船体的承载和抗损失性能要求，需要具有一定的强度、韧性和焊接性能；船用耐海水腐蚀钢材主要用于船舶的甲板、舱口等处，需要抗腐蚀性能好，具有一定强度和焊接性能；船舶用耐磨钢材主要用于船舶的磨损部位，需要具有较高的硬度和耐磨性能。
船舶用钢材的选择和应用需要根据船舶的设计要求和使用条件来确定，同时需要满足相关的国际或国内标准要求。
二、船舶用铝材船舶用铝材主要包括铝合金板材、铝合金型材和铝合金焊接材料等，铝合金轻质、耐腐蚀、易成形等特点，适用于船舶的构件、设备制造和修理。
船舶用铝合金板材主要用于船舶的膜体、甲板、甲板覆盖件、甲板设备等部件，需要具有一定的强度、韧性和抗腐蚀性能；船舶用铝合金型材主要用于船舶的构件、设备和配件，需要具有一定的刚度、强度和焊接性能；船舶用铝合金焊接材料主要用于船舶的铝合金构件和设备的焊接，需要具有一定的焊接性能和抗腐蚀性能。
船舶用铝材的选择和应用需要满足相关的国际或国内标准要求，同时需要根据船舶的设计要求和使用条件来确定。
三、船舶用塑料材料船舶用塑料材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、聚酯树脂等。
塑料具有质轻、耐腐蚀、易成型等特点，适用于船舶的构件、设备制造和修理。
船舶用塑料材料主要用于船舶的甲板设备、内装材料、配件和绝缘材料等部件，需要根据使用环境和要求来选用不同种类的塑料材料，并满足相关的国际或国内标准要求。
船舶结构与船舶管系(一)船体结构用钢材《钢质海船入级与建造规范》对船体结构用钢材的等级和类型等都有详细规定。
1.钢材的等级船体结构用钢材按其化学成分、机械性能和冶炼方法分为两大类共10个等级。
(1)一般强度船体结构钢：按其性能自低向高排列，有A、B、D、E，4个等级。
A级为沸腾钢，B级为镇静钢，D级和E级为全镇静细晶粒钢。
(2)高强度船体结构钢：按其强度和缺口冲击韧性分为6个等级，目前主要用于大型远洋船舶，可以减小构件尺寸，减轻船体重量。
此外，还有不锈钢和耐低温钢等类型。
前者主要用于散装液体化学品船的货舱结构。
后者常用于冷冻式液化气船的货舱结构。
2．钢材的类型(1)钢板与型钢：钢板（plate）与型钢（standard steel section）是船体结构用的主要钢材。
钢板主要用于船壳板、甲板板和分舱隔板，其厚度一般为6mm-40mm，宽度为1200mm-3000mm，长度为6000mm～14000mm。
型钢主要用于船体骨架以支撑船壳板等，一般由轨钢厂滚轨成型。
型钢是标准件，按其剖面形状分，有扁钢、球扁钢、角钢和槽钢等。
(2)铸钢与锻钢：铸钢（casting）是用钢水在砂模中浇铸成型的钢件。
船体首柱、尾柱、系缆桩等常采用铸钢件。
锻钢（forging）是红热钢坯经过反复锤炼而成型的钢件。
(二)船体构件的连接方法1．铆接（riveting）目前这种方法在修造船中已基本淘汰。
2．焊接（welding）是现代船舶修造的基本方法。
(l)焊接方法的分类：以电弧作加热源的称为电弧焊（electric arc welding），简称电焊。
电焊的工作效率高，使用方便。
以乙炔气和氧气燃烧作加热源的称为气焊（gas welding）。
气焊多用于薄板焊接和铸钢件的修补。
(2)焊缝形式：船体结构中最常见的焊缝形式是对接焊缝和角焊缝，还有塞焊缝。
(3)焊接的特点：焊接的优点是连接强度高，水（油）密性好，施工方便，结构重量较轻，焊缝表面较光顺。
5.1.1 船舶建造规范的产生、发展和作用18世纪40年代以前，所有的船舶都凭经验建造，也经历了带有巨大损失的尝试。
后来，通过对建造实绩和航行经验的总结与提高，逐渐形成了造船所应遵循的规范。
规定建造规范的初步措施是俄罗斯政治家——彼得大帝作出的，他于1723年颁布了“关于按照新的船样建造河船”的条例。
在此条例中规定了船体的基本构件。
随着产业革命，贸易也发达起来，船舶建造愈来愈多，轮船保险商感到各船舶的吨位、建造日期、建造材料及船舶所有人等资料有集中的必要。
于是1760年成立了世界上第一个船级机构——英国劳氏船级协会。
以后，各航运事业发达的国家都相继成立了船舶协会。
起初，船级协会的主要工作是制订船舶登记册，载有关于入级船舶的船体和轮机状况。
直到1835年才出现第一本船级协会颁布的《建造规范》。
该规范系英国劳氏船级协会出版，适用于一百七十英尺长、一百总吨左右的木船，结构尺寸按吨位数字决定。
自那以后，随着造船材料、构件连接方式及船体强度理论的发展，建造规范也经历着不断发展(例如，1855年、1888年相继出现了《铁船规范》、《钢船规范》)和逐步完善的漫长过程。
目前，世界上船级社很多，其中比较主要的有以下几个：中国船检局(中国船级社)(CCS)美国船检局(ABS)英国劳氏船级社(LR)德国劳氏船级社(GL)日本海事协会(NK)法国船级社(BV)挪威船级社(DNV)意大利船级社(RI.N.A)俄罗斯船舶登记局(RS)船级社规范监督船的建造，并允许船舶正式“入级”，给它们所登记的船办各种国际协定所要求的证书；此外，还对使用中的船舶作定期检查，以确定这些船是否仍保持在“级”内。
各主要船级社在世界各地都有办事处，几乎在各港口都能找到它的代表。
建造规范也为航运、造船、相关的制造业和保险业服务。
经过“入级”登记的船，符合公认的健全的建造标准，这就等于告诉运货人说，他将他的货物交给已经入级的船承运时，他并没有冒险脱离实际的风险；同时，保险公司有被请求给船保险时，船的入级有助于保险公司判断隐含着的危险性质。
不同类型的CCSA的矿物质含量是不一样的，先看看下面的分类，可能有点长，不是原创答案，是我找到的。
CCSA是一款船板一、一般强度船体结构用钢一般强度船体结构用钢分为A、B、C、D4个等级，这4个等级的钢材的屈服强度（不小于235N/mm^2）和抗拉强度（400～520N/mm^2）一样，只是不同温度下的冲击功不一样而已；高强度船体结构用钢按其最小屈服强度划分强度等级，每一强度等级又按其冲击韧性的不同分为A、D、E、F4级。
A32、D32、E32、F32的屈服强度不小于315N/mm^2，抗拉强度440～570N/mm^2，A、D、E、F分别表示其各自可分别在0°、-20°、-40°、-60°的情况下所能达到的冲击韧性； A36、D36、E36、F36的屈服强度不小于355N/mm^2，抗拉强度490～620N/mm^2，A、D、E、F分别表示其各自可分别在0°、-20°、-40°、-60°的情况下所能达到的冲击韧性； A40、D40、E40、F40的屈服强度不小于390N/mm^2，抗拉强度510～660N/mm^2，A、D、E、F分别表示其各自可分别在0°、-20°、-40°、-60°的情况下所能达到的冲击韧性。
还有，焊接结构用高强度淬火回火钢：A420、D420、E420、F420；A460、D460、E460、F460；A500、D500、E500、F500；A550、D550、E550、F550；A620、D620、E620、F620；A690、D690、E690、F690；锅炉与受压容器用钢：360A、360B；410A、410B；460A、460B；490A、490B；1Cr0.5Mo、2.25Cr1Mo 机械结构用钢：一般可选用上述钢材；低温韧性钢：0.5NiA、0.5NiB、1.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni；奥氏体不锈钢：00Cr18Ni10、00Cr18Ni10N、00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Ni13Mo2N、00Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni13Mo3N、0Cr18Ni11Nb；双相不锈钢：00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni6Mo3Cu、00Cr25Ni7Mo4N3。
船体用结构钢 GB 712-88本标准适用制造远洋、沿海和内河航区船舶的船体结构的一般强度钢和高强度钢，包括钢板和型钢。
所有的船体结构用钢材，均应由船检部门认可的钢厂生产。
1 分类和代号1．1 分类船体结构钢分一般强度钢和高强度钢两种：一般强度船体结构钢分为四个不同质量等级A、B、D、E；高强度船体结钢分为两个强度级别三个质量等级AH 32、DH 32、EH 32、AH 36、DH 36、EH 36。
2 尺寸、外形及允许偏差2．1 钢板的尺寸、外形及允许偏差(包括厚度公差带)应符合GB 709-88《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》，但厚度负偏差和不平度应符合下列规定。
2．1．1 钢板厚度负偏差钢板厚度，mm 允许负偏差，mm，不大于≤15 -0．4>15～45 -(0．1+0．02t)>45 -1．0注：t为钢板厚度。
2．1．2 钢板不平度按表1规定：2．1．3钢板四边的剪切应符合GB 709-88的规定。
2．2 型钢的尺寸、外形、重量及允许偏差按有关标准规定。
表13 技术条件3．1 钢的化学成分(熔炼成分)应符合表2规定。
表23．1．1 商品钢坯含碳量下限由供需双方协议规定。
3．1．2残余元素含量：一般强度钢：Cu ≤0．35%，Cr 、Ni 各≤0．30%； 高强度钢： Cu ≤0．35%，Cr ≤O ．20%， Ni ≤0．40%，Mo ≤0．08%对一般强度钢，如供方能保证残余元素含量可不进行分析。
3．1．3 酸溶铝Als 含量可以用测定总含铝量代替，此时铝含量应不小于0．020%。
对高强度钢，供方可以全部或部分用铌、钒代替铝，成分表2中规定有铝、铌、钒等元素，或单独加某一种或同时加几种元素。
如混合加入几种元素，其含量可以小于表2规定的下限。
3．1．4 厚度小于12mm 的A 级钢，含锰量可以小于2．5倍的含碳量。
3．1．5 在保证性能完全符合本标准的要求的情况下，B 、D 级钢锰含量可达到1．2%。
第五章船体结构用钢材(4学时)教学要求：理解CCS关于船体结构用钢的规定。
重点：强度船体结构用钢不同牌号的性能指标。
难点：强度船体结构用钢性能指标测定试验。
教学内容：随着造船工业的不断发展,造船工业所用的材料，品种越来越多，数量越来越大。
例如建造一艘16000吨级多用途集装箱货船，单船体用钢材就需要4600吨，2005年我国造船量为1200万载重吨，消耗钢材400多万吨，由此可见材料对发展造船工业的重要性。
造船材料分为金属材料和非金属材料两大类。
现代船舶的船体结构制造所用材料主要是一般强度船体结构用钢、高强度船体结构用钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢、复合钢板、Z向钢、铝合金、增强塑料等。
根据CCS 1998年《材料与焊接》规范和2002、2004年规范修改通报要求，所有金属材料必须从力学性能(强度、塑性、硬度、蠕变)、工艺性能（弯曲、焊接性）、化学成分、脱氧方法、交货状态（热处理）等方面符合规范要求。
第一节船体结构对其金属材料的基本要求由于船舶工作条件的特殊性和复杂性，因而对制造船体结构的金属材料提出了较高的要求，大致有以下几方面：一、良好的力学性能1.强度强度—金属材料在外力作用下抵抗断裂和变形的能力。
2.塑性塑性—金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
3.冲击韧性冲击韧性—金属材料抵抗冲击载荷和脆性破坏的能力。
4.疲劳强度疲劳强度—金属材料抵抗外力反复作用下的能力，即在交变载荷无限次作用下不致引起破坏的能力，以бN表示。
5.硬度硬度—金属材料抵抗比它更硬物体压入表面内的能力。
二、优良的工艺性能所谓工艺性能是指材料对各种加工方法的适应性。
在现代造船中，采用最多的金属材料加工方法是焊接与弯曲。
因此，作为船体结构材料必须具有良好的焊接性和优良的承受弯曲加工的性能。
三、良好的耐腐蚀性能船体结构用金属材料在海水中具有较高的耐腐蚀性能，而目前的一般强度船体结构用钢和高强度船体结构用钢还不能完全满足要求，在海水中的腐蚀都比较严重，据统计碳素钢为0.1毫米/年，含镍合金钢为0.08毫米/年。
因此，船舶设计时必须增放腐蚀余量，这就增加了船体自重和材料消耗。
从耐腐蚀观点出发，奥氏体不锈钢和双相不锈钢作为造船材料是比较理想的。
四、要经济可靠造船材料要成本低、品种多、质量好、保证大量供应。
要满足这些要求，必须立足于国内，国产材料应有良好的供应经济性，如船板厚度进级可为o.5毫米，角钢可以是不等边不等厚。
也只有这样，才能保证充足的货源，满足我国造船工业的需要。
五、良好的试验性能船体结构用金属材料只有经过严格的、全面的性能试验，才能保证船舶的建造质量和航行安全。
其试验项目包括有：拉伸试验、冲击试验、冷弯试验,脱氧、晶粒度、化学成分检验，焊接认可试验等。
这些试验项目的试验条件、方法、内容和目的应根据CCS 1998年《材料与焊接》规范和2002、2004年规范修改通报要求执行。
第二节一般强度船体结构用钢内河与近海船舶（化学品船除外）的船体结构用钢材，采用一般强度船体结构用钢。
根据《钢质内河船舶入级与建造规范》(2002)的规定,将一般强度船体结构用钢分为A、B、D、E四个等级。
A级钢——要求+20℃的冲击试验性能;B级钢——要求0℃的冲击试验性能;D级钢——要求-20℃的冲击试验性能;E级钢——要求-40℃的冲击试验性能。
1.对脱氧和化学成分的要求船体结构用钢材的脱氧方法和桶样化学成分应符合表5-1的规定。
2.对热处理的要求钢材的交货状态应符合表5-2的要求。
3.对力学性能的要求一般强度船体结构用钢的力学性能应符合表5-3的规定。
第三节高强度船体结构用钢高强度船体结构用钢是普通低合金高强度结构钢中一个重要钢种。
随着船舶吨位不断提高,因此就提出了使用高强度船体钢的要求。
世界上虽然在民船上高强度钢的使用从1 9世纪已开始，但真正获得应用的还是20世纪60年代。
我国国产船舶中江南造船厂制造的“东风”号万吨船上曾较多地使用过高强度钢。
1998年我国CCS规范中划分了高强度船体结构用钢的品种。
高强度船体结构用钢按其最小屈服点应力划分强度级别，每一强度级别又按其冲击韧性的不同分为A、D、E、F 4级。
规范规定适用于厚度不超过100mm的A32、D32、E32、A36、D36和E36等级的钢板和宽扁钢以及厚度不超过50mm的A40、D40、E40、F32、F36和F40等级的钢板和宽扁钢；规范规定还适用于上述等级的厚度不大于50mm 的型钢和棒材。
一、规范对高强度船体结构用钢的要求规范对高强度船体结构用钢在脱氧方法与化学成分、热处理、力学性能、伸长率方面规定了要求。
1.脱氧方法与化学成分高强度船体结构用钢均应为经过细化晶粒处理的镇静钢，化学成分应符合表5-5的要求。
2.高强度船体结构用钢的力学性能应符合表5-6的规定。
二、高强度船体结构用钢的特点1.良好的力学和工艺性能⑴高强度一般强度船体结构用钢的屈服强度бs=235 N/mm2，而高强度船体结构用钢的屈服强度在315 N/mm2以上;⑵良好的韧性和塑性为了防止断裂事故和低温下的脆断，高强度船体结构用钢具有较好的伸长率（δ>20%），它在-40℃时的韧性（aK）不低于常温的50%，可以冷弯加工，能在严寒地区做工程结构；⑶良好的工艺性能作为船体结构用钢，具有优良的加工、焊接性能；2.良好的化学性能⑴低碳为了保证较好的韧性、焊接性能和塑性，这类钢含碳量大都在0.20%以下。
⑵低合金以锰为主要合金元素，Mn能推迟奥氏体冷却时铁素体的析出，有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒。
当含锰量不超过1.8%时，在低碳条件下仍可保持较高的塑性及韧性。
铌或钒为辅加合金元素，铌或钒可生成碳化物或碳氮化物。
一方面在热轧时阻止奥氏体晶粒长大，另一方面在冷却过程中碳氮化物析出，进一步提高钢的强度。
为了提高耐锈蚀能力，还加进适量的铜（0.71～0.5%）和磷（0.05～0.10%）。
这类钢具有优良的抗腐蚀的能力。
3.良好的热处理性能这类钢多用热轧并经过正火（或退火），以各种规格的型材或板材供应。
通过冲压、焊接制造各种工程结构和零件，一般情况下不再进行热处理。
第四节奥氏体不锈钢和双相不锈钢能够抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，通常不锈钢包括耐酸钢和耐热钢。
耐酸钢能抵抗某些酸性介质的腐蚀,耐热钢在高温下具有良好的抗氧化性和高温强度。
由于耐酸钢和耐热钢同时能抵抗大气的腐蚀，故习惯上也包括在不锈钢内。
一般的说，不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢则往往都是具有抵抗大气腐蚀的能力。
但耐酸钢也不是无条件的总是不锈的，如铬镍耐酸钢在硝酸和有机酸中有较好的耐蚀性，而在盐酸和硫酸中则容易被腐蚀。
又如含铬13%的不锈钢在室温下能抵抗硝酸的腐蚀，而将硝酸加热至沸腾，则这种钢就不耐蚀了。
因此，除了钢的化学成分以外，介质的种类、浓度、温度和压力等，对不锈钢的耐蚀性也有很大的影响。
按化学成分不同分: 不锈钢可分为铬不锈钢及铬镍不锈钢两大类。
按显微组织不同分：不锈钢又分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型、奥氏体—铁素体型及沉淀硬化型五类。
不锈钢中，奥氏体不锈钢（构件使用温度不低于－165℃）、奥氏体—铁素体型不锈钢(双相不锈钢, 构件使用温度在0℃～300℃之间)比其它不锈钢具有更优良的耐腐蚀性、耐热性和塑性，可焊性良好，是化学品船和液化气体船的液货舱和油、气、水处理用受压容器或其它构件应用的材料,船用不锈钢显著的特点是超低碳。
CCS 1998年《材料与焊接》规范和2002、2004年规范修改通报对奥氏体不锈钢和双相不锈钢的化学成分、力学性能、热处理作了规定。
1. 化学成分奥氏体不锈钢的熔炼分析化学成分应符合表5-7，双相不锈钢的熔炼分析化学成分应符合表5-8。
2. 力学性能奥氏体不锈钢的力学性能应符合表5-9，双相不锈钢的力学性能应符合表5-10。
牌号表示方法说明：1)不锈钢钢号由合金元素符号和数字组成。
对钢中主要合金元素含量以百分之几表示，而对钛、铌、锆、氮、……等则按照合金结构钢对微量合金元素的表示方法标出;2)对钢号中碳含量的表示方法，一般用一位数字表示平均碳含量的千分之几；当碳含量上限小于0.1％时，以“0”表示。
例如：平均碳含量≤ω(C)0.08％时，平均铬含量为ω(Cr)18％，镍含量为ω(Ni)9％的不锈钢，其钢号为0Cr18Ni9;当碳含量上限不大于ω(C)0.03％时，以“00”表示(超低碳)。
例如：平均碳含量≤ω(C)0.03％，平均铬含量为ω(Cr)19％，镍含量为ω(Ni)13％,钼含量为ω(Mo)3%的超低碳不锈钢，其钢号为00Cr19Ni13Mo3。
第五节船体结构用其它钢材一、复合钢扳1.复合钢板系指由基体材料和在其单面或双面上整体结合的薄层(覆层金属)所组成的板材。
适用于化学制品运输船的容器和液货舱。
(1)基体材料1)凡适合采用轧制或爆炸复合方法结合的碳钢或碳锰钢均可作为基体材料。
若板材拟用作船体结构的一部分(如液货舱)或拟用于受压容器，则基体材料应符合CCS1998年《材料与焊接规范》的规定。
2)制造厂应提供基体材料的化学成分、力学性能等资料。
(2)覆层金属1)凡适合于预定用途的材料，均可作为覆层金属，如奥氏体不锈钢、铬钢、铝合金或铜镍合金等。
2)制造厂应提供材料合格证书，并保证覆层金属的化学成分符合有关规定，如验船师有疑问时，可要求进行化学成分的复查。
3)无论何种复合钢板，其覆层金属的厚度均应经CCS认可。
2.热处理板材应以最适合于复合板两种材料的热处理状态交货。
热处理工艺应经本社认可。
3.粘合(1)基体材料和覆层金属相互间应充分粘合。
除另有协议外，粘合面积比例至少应达到95％。
如复合钢板在以后的焊接过程中发现焊接接头部位有未粘合的情况，应采取经CCS同意的方法进行粘合。
(2)覆层金属与基体材料的粘合质量应采用超声波检测来检查，板厚不小于l0mm者要逐张检查，板厚小于l0mm者由验船师确定。
对所有距四周边缘宽度不小于50mm的区域应进行100％检测检查，中间区域应沿间隔200mm四方环线进行连续的检测检查。
允许存在的单个未粘合区域面积应不超过50mm2，且各单个未粘合区域之间的距离应不小予500mm。
(3)覆层金属与基体材料的粘合强度可用剪切试验来确定。
4.力学性能试验力学性能试验有拉伸、弯曲、剪切、冲击试验，试样和试验方法以及各种试验测得的强度数据均应符合CCS规范。
二、Z向钢1.Z向钢是在某一等级结构钢(称为母级钢)的基础上，经过特殊冶炼、镇静处理和适当热处理的钢材。
由于厚度方向承受拉伸载荷而对厚度方向有性能要求的厚度不小于15mm的钢材与扁钢（简称Z向钢）。
Z向钢除符合本规定外，还应符合其母级钢的所有要求。
2.标记Z向钢的标记是在母级钢的标记后面加上Z向钢等级。
