钢材的性能与试验PDF电子书下载

第一章　晶体结构 金属材料技术研究所 渡辺 敏 1

一、金属的晶体结构 1

（一）晶体与点阵 1

（二）晶系与布喇菲点阵 1

第一篇　钢材的基础 1

（三）晶向与晶面 3

（四）面间距 4

二、单晶体与多晶体 5

（一）单晶体与多晶体 5

（一）固溶体 6

（二）合金 6

三、固溶体与合金 6

（二）单晶体与多晶体性质的差异 6

四、纯铁的相变 7

（一）纯铁的同素异构转变 7

（二）加热转变和冷却转变 7

五、钢与马氏体转变 8

（一）铁与碳的固溶体 8

（二）钢的马氏体转变 9

（三）马氏体的晶体取向关系 9

（四）伴随马氏体转变的膨胀 10

六、点阵缺陷 10

（一）点阵缺陷的种类和特征 10

（二）塑性变形与位错 10

（一）相和平衡状态图 12

（二）相律、杠杆定律 12

一、热力学和平衡状态图 12

第二章　平衡状态图 金属材料技术研究所 中岛宏兴 12

（三）自由能和平衡状态图 13

1．二元合金的状态图 14

2．三元合金的状态图 15

3．压力也作为变数的状态图 16

（四）平衡状态图的实验求法 17

二、铁系二元合金的状态图 17

三、碳钢的平衡状态图 18

第三章　热处理引起的组织变化 石川岛播磨重工业株式会社 利冈靖继 22

一、热处理的意义 22

二、过冷奥氏体的转变 23

（一）等温转变 24

（三）顶端淬火法 25

（二）连续冷却转变 25

（四）影响过冷奥氏体转变的因素 28

（五）淬透性倍数 30

（六）转变相的机械性能 31

三、退火和正火 32

（一）退火 32

（二）正火 34

四、淬火 34

（一）固溶处理 35

（二）冷却介质和冷却能力 35

（三）质量效应 37

（四）顶端淬火试验法的应用 41

五、回火 41

（一）回火引起的组织变化 41

（二）回火引起的机械性能的变化 42

（四）回火脆性 45

（三）时效变形 45

（五）时效 46

六、表面硬化处理 49

（一）渗碳淬火 49

（二）氮化 50

（三）渗硫和渗金属保护处理 51

七、利用等温转变图的热处理和形变热处理 51

第四章　塑性变形和位错 金属材料技术研究所 中村森彦 52

一、拉伸引起的金属变形 52

二、滑移与孪晶 54

（一）滑移变形 55

（二）孪晶变形 55

（三）滑移变形的机理 56

（一）位错的性质 57

三、位错与钢的性能 57

（二）位错的增殖 58

（三）钢铁的强度与位错 59

（四）固溶强化 60

（五）析出强化 61

（六）晶界强化 63

（七）铁的屈服现象 63

四、加工硬化与回复 64

五、再结晶 66

参考文献 68

第二篇　钢材的性能、规格和用途 71

第一章 以强度和韧性为主的钢材 株式会社神户制钢所 高田 寿 71

一、强度、韧性与断裂 71

（一）强度 71

（二）韧性 74

（三）合金元素对强度和韧性的影响 76

（四）延迟断裂 77

（五）断裂与断口 78

1．晶内断裂 78

2．晶间断裂 80

二、淬透性及各种因素对淬透性的影响 80

（一）淬透性 80

（二）评价淬透性的方法 80

（三）各种因素对淬透性的影响 81

1．合金元素的影响 81

2．晶粒度的影响 83

3．淬透性倍数 83

三、机械结构钢 83

1．种类和机械性能 84

（一）碳素机械结构钢 84

（二）合金机械结构钢 84

2．确保淬透性的结构钢 85

（三）机械结构钢的用途 85

四、表面硬化处理 86

（一）渗碳 86

1．固体渗碳法 86

2．液体渗碳法 86

3．气体渗碳法 86

（二）氮化 88

（三）高频淬火和火焰淬火 88

五、超高强度钢 89

（一）马氏体钢 89

（二）二次硬化钢 91

（三）形变热处理钢 92

（四）PH不锈钢 95

（五）马氏体时效钢 96

第二章 以可焊性为主的钢材 日本钢管株式会社 天明玄之辅 田中淳一 97

一、钢材的可焊性 98

（一）焊接热影响区的性质 98

1．焊接区的热滞后 98

2．焊接热影响区的材质 99

（二）焊接裂纹敏感性 101

1．低温裂纹与钢材的化学成分 101

2．分层 102

（三）焊接后热处理的影响 103

1．消除应力退火（SR）裂纹 103

（一）焊接用软钢的性质 104

1．强度、韧性和塑性 104

二、焊接结构用软钢 104

2．消除应力退火脆化 104

2．可焊性 105

3．其他性能 105

4．焊接结构用软钢的种类和用途 105

三、高强度钢 106

（一）非调质高强度钢 106

1．强度和韧性 108

2．可焊性 110

3．其他性能 110

4．非调质高强度钢的种类和用途 110

（二）调质型高强度钢 114

1．强度和韧性 114

2．可焊性 114

3．其他性能 115

四、低温用钢 117

（一）低温用钢的性能 117

4．调质型高强度钢的种类和用途 117

（二）低温用钢的种类和用途 118

1．铝镇静钢 119

2．低镍钢 119

3．8～9％Ni钢 119

4．特殊热处理型5～7％Ni钢 119

五、具有优良焊接性能的钢 121

1．大热量输入自动焊接用高强度钢 121

2．裂纹敏感性低的高强度钢 121

3．不易产生分层的钢 122

1．阳极和阴极 123

2．电池的种类 123

一、钢的腐蚀 123

（一）关于腐蚀的观点 123

第三章 以耐腐蚀性为主的钢材 新日本制铁株式会社 细井祐三 冈田秀弥 123

3．电极电位 124

4．电位-pH图与极化曲线 125

5．极化曲线 125

6．钝态 126

（二）应力与腐蚀（应力腐蚀裂纹） 127

（三）铁在水溶液中的腐蚀 128

（四）非金属夹杂物与腐蚀 129

二、耐大气腐蚀钢 129

（一）关于钢的耐大气腐蚀性 129

（二）合金元素对钢耐大气腐蚀性的影响 129

（一）钢被海水腐蚀的特征 132

（三）耐大气腐蚀钢的标准和用途 132

三、耐海水腐蚀钢 132

（二）合金元素对钢耐海水腐蚀性的影响 133

（三）耐海水腐蚀钢的标准和用途 133

四、不锈钢 136

（一）合金元素对铁的耐酸性的影响 136

（二）不锈钢的组织 137

（三）不锈钢的种类及其特征 139

1．马氏体系不锈钢 139

2．铁素体系不锈钢 139

3．奥氏体系不锈钢 140

4．双相不锈钢 141

（四）奥氏体系不锈钢耐蚀性方面的缺点 142

1．晶间腐蚀 142

5．沉淀硬化型不锈钢 142

2．点腐蚀和间隙腐蚀 143

3．应力腐蚀裂纹 143

（五）不锈钢的标准和用途 148

第四章 以硬度为主的钢材 大同特殊制钢株式会社 藤原达雄 152

一、回火引起的合金钢碳化物的变化 152

二、碳化物与耐磨性 154

三、轴承钢 156

（一）轴承钢与标准 156

（二）轴承钢的性质 156

1．淬透性 156

2．气体成分和夹杂物含量 157

3．切削性 158

4．滚动疲劳寿命 158

（三）特殊轴承钢 159

四、工具钢 160

（一）碳素工具钢 162

（二）合金工具钢 163

1．切削工具钢 165

2．耐冲击钢 166

3．冷加工用工具钢 166

4．热加工用工具钢 167

（三）高速钢 168

五、中空钢 170

六、刀具用不锈钢 171

七、高锰钢 172

（一）许用抗拉应力 174

二、高温强度 174

一、耐热材料的性能要求 174

第五章 以耐热性为主的钢材 住友金属工业株式会社 行俊照夫 174

（二）短时间抗拉强度 175

（三）蠕变和蠕变断裂强度 176

三、耐热材料的高温特性 178

四、锅炉用材料 179

（一）锅炉用材料 179

（二）锅炉用材料使用上的问题 180

1．美国TP321钢过热器管发生的事故分析 180

2．锅炉管使用中的损坏 183

3．不锈钢过热器管的水垢问题 184

五、透平用材料 185

（一）蒸气透平用材料 185

（二）燃气透平用材料 185

（一）化学工业用高温装置 187

六、化学工业用材料 187

（二）使用材料的特性和存在问题 188

1．Incoloy 800合金 188

2．耐热铸钢 189

七、原子能用材料 191

（一）原子反应堆的特征 191

（二）使用材料的特性和存在问题 191

1．加压水冷反应堆 191

2．快中子增殖反应堆 192

3．高温气体反应堆 194

第六章 以成形性为主的钢材 川崎制铁株式会社 大桥延夫 194

一、热轧钢板 195

（一）有关热轧钢板成形性的因素 195

二、冷轧钢板 198

（一）冷轧钢板的特性与成形性的关系 199

（二）冷轧钢板的制造要素与深冲成形性的关系 205

第七章 以电磁特性为主的钢材 新日本制铁株式会社 市山 正 208

一、钢铁的电磁性能 208

（一）磁化和磁性 208

（二）磁性的方向性 209

（三）磁性的冶金学因素 209

二、电工纯铁 211

（一）电工纯铁的性能和用途 211

（二）电工纯铁的制造方法 211

三、硅钢板 213

（一）硅钢板的种类 213

（二）各向同性硅钢带的性能和用途 213

（三）各向同性硅钢带的制造方法 214

（五）取向硅钢带的制造方法 215

（四）取向硅钢带的性能和用途 215

四、坡莫合金 216

（一）铁镍合金的特性 216

（二）坡莫合金的种类、性能和用途 217

（三）坡莫合金的制造方法 217

第八章 以切削性为主的钢材 爱知制钢株式会社 山本俊郎 219

一、钢的切削性 219

（一）切削性的评价标准 219

（二）切屑的形成机理 219

（三）切削性与化学成分的关系 220

（四）切削性与显微组织的关系 220

（五）切削性与硬度、塑性的关系 221

（六）切削性与冷加工的关系 221

（一）易切削钢的种类、标准和用途 222

二、易切削钢 222

（七）适于切削加工的热处理组织 222

（二）关于易切削元素改善切削性的机理 223

（三）含铅易切削钢 224

（四）含硫易切削钢 225

（五）含钙易切削钢 226

（六）复合易切削钢 227

三、易切削不锈钢 227

（一）易切削不锈钢的种类、标准和用途 227

（二）易切削不锈钢的耐蚀性和切削性 228

参考文献 229

2．试样的研磨 235

1．试样的制取 235

（二）显微组织检验 235

（一）宏观组织检验 235

第一章　金属物理测量法 川崎制铁株式会社 藤元克己 235

第三篇　检验与试验方法 235

一、组织观察 235

3．试样的腐蚀 236

二、晶体分析（X射线衍射） 239

（一）X射线的产生及衍射 239

（二）实验方法 239

1．劳埃法 239

2．转动晶体法（摆动晶体法） 239

3．粉末法（D-S法） 240

4．计数管法（X射线衍射仪测定法） 240

（一）电子显微镜的构造和机能 241

1．电子显微镜的概念 241

三、电子显微镜及电子衍射的应用 241

（三）X射线衍射的应用 241

2．电子光学系统 242

3．电磁透镜系统 242

（二）电子衍射 243

1．限制视场衍射法 243

2．高分辨率电子衍射 243

四、热性质的测定 243

（一）温度测定法 243

1．热电偶 243

2．电阻温度计 243

3．辐射高温计与光学高温计 243

4．气体温度计 244

（二）热分析法 244

1．杨氏模量的测量方法 245

（一）弹性模量的测定 245

五、弹性与滞弹性 245

（三）热膨胀测定法 245

2．刚性模量G的测量方法 246

（二）内耗的测量方法 246

1．内耗的测定 247

2．用振动法（动态法）测量弹性常数 249

3．内耗测量的实例（Snoek Peak） 250

六、电学性质的测量 250

（一）电阻测量方法 250

七、磁性测量 251

（一）静态特性（直流磁化特性）的测量 251

1．电子磁通计 251

2．直流磁化特性自动记录装置 252

（二）交流磁化特性的测量 252

（四）25厘米爱泼斯坦铁损试验 253

（三）铁损的测量 253

（五）转矩计 254

八、金属状态的物理分析法 254

1．微区（超微粒子）分析用FEG电子显微镜 254

2．离子测微器 255

3．俄歇电子分光光谱和低能电子衍射（LEED） 255

4．X射线荧光光谱法 255

第二章　分析试验 川崎制铁株式会社 岸高 寿 255

一、引言 255

二、化学分析 255

（二）现行的化学分析法 256

5．电量分析法 256

4．气化法 256

2．容量法 256

1．重量法 256

（一）化学分析法的种类 256

3．吸光光度法 256

三、仪器分析 258

（一）仪器分析的种类 258

1．发射光谱分析法 258

2．X射线荧光分析法 259

3．原子吸收分析法 259

（二）现行的仪器分析法 260

四、抽样 261

（一）从液体中取样 261

（二）从固体中取样 261

五、分析误差 262

（三）从粉块混合物中取样 262

第三章　材料试验 新日本制铁株式会社 南云道彦 264

一、拉伸试验 264

（一）应力和应变 265

（二）弹性变形和塑性变形 265

（三）拉伸试验机 267

1．油压式万能材料试验机 267

2．杠杆式万能材料试验机 268

3．其他拉伸试验机 268

（四）吨位计及伸长计 268

5．伸长率的测定 269

3．屈服强度的测定 269

4．抗拉强度的测定 269

2．屈服点的测定 269

1．试样平行部分的原始截面积 269

（五）试验及试验值的计算程序 269

6．断面收缩率的测定 270

二、压缩试验 270

三、弯曲试验和抗弯试验 270

（一）弯曲试验 271

1．弯曲试验 271

2．压弯法 271

3．卷弯法 271

4．V形法 271

5．180°弯曲及贴紧弯曲 272

（二）抗弯试验 272

1．维氏硬度 273

（一）维氏硬度试验 273

四、硬度试验 273

2．试验机 274

3．压痕的测量 274

（二）洛氏硬度试验 274

1．洛氏C和B标度的硬度 275

2．试验机 275

（三）布氏硬度试验 275

（四）肖氏硬度试验 276

（五）硬度的换算 276

（六）显微硬度试验 276

五、冲击试验 276

六、断裂韧性试验 279

（一）应力放大系数与断裂韧性 279

（二）断裂韧性试验方法 280

1．杯突试验 281

（一）臌凸成形性试验 281

七、加工性试验 281

2．液压胀形试验 282

（二）圆筒深冲试验 282

（三）圆锥模杯突试验 282

八、疲劳试验 283

九、蠕变试验 285

1．拉伸蠕变试验方法（JIS Z 2271） 285

2．拉伸蠕变断裂试验方法（JIS Z 2272） 285

十、磨损试验 285

（一）腐蚀试验的见解 286

（二）腐蚀试验中应注意的事项 286

一、腐蚀试验概述 286

第四章　腐蚀试验 新日本制铁株式会社 汤川意一 冈田秀弥 286

1．试样 287

2．试验环境 287

二、腐蚀的评价方法 288

（一）耐蚀性的判断方法 288

1．外观变化 288

2．重量及厚度的变化 288

3．电化学方法 289

4．电阻法 289

（二）腐蚀试验结果的表示和耐蚀性的评价 290

1．腐蚀形式的表示 290

2．腐蚀量的表示 290

3．耐蚀性的评价 290

（一）耐大气腐蚀试验法 291

（二）晶间腐蚀试验法 291

三、实验室的试验方法 291

（三）各种晶间腐蚀试验法的意义 293

（四）点腐蚀、间隙腐蚀试验法 294

1．电化学的测定 294

2．浸渍试验 294

（五）应力腐蚀裂纹的试验法 295

1．应力附加法和应力腐蚀裂纹试样的种类 296

2．试剂的选择 297

四、现场试验 298

第五章　材料检验方法 日本钢管株式会社 天明玄之辅·伊藤 笃 299

一、组织检查 299

（一）宏观组织 299

（二）奥氏体晶粒度 301

（四）脱碳层深度 304

（三）铁素体晶粒度 304

（五）显微组织 305

二、质量检验 306

（一）非金属夹杂物 306

（二）发纹 307

（三）硫印 308

（四）断口 308

三、无损检验 309

（一）渗透探伤法 309

（二）磁粉探伤法 310

（三）涡流探伤法 310

（四）放射线透射探伤法 311

（五）超声波探伤法 311

（六）声波法 313

参考文献 313