前言
第1章材料和焊接接頭的力學性能1
1.1船舶工程材料和焊接接頭的力學性能要求1
1.1.1船舶工程結構的載荷種類2
1.1.2力學性能要求2
1.2強度、塑性及其測量3
1.2.1單向拉伸試驗與性能3
1.2.2Z向拉伸試驗和Z向性能8
1.3硬度及其測量8
1.3.1布氏硬度8
1.3.2洛氏硬度9
1.3.3維氏硬度10
1.4衝擊性能及其測量11
1.4.1衝擊試驗11
1.4.2衝擊性能12
1.5斷裂韌度及其測量13
1.5.1斷裂韌度14
1.5.2裂紋尖端張開位移16
1.6疲勞強度及其測量17
第2章金屬的顯微組織與力學性能19
2.1金屬晶格和晶格缺陷19
2.1.1晶格結構20
2.1.2晶面和晶向指數22
2.1.3多晶體結構23
【知識拓展】位錯26
2.2合金的相結構27
2.2.1固溶體27
2.2.2化合物29
2.2.3船舶工程用鋼的相結構30
【知識拓展】晶界32
2.3金屬顯微組織狀態與力學性能的關繫34
2.3.1顯微組織狀態與強度關繫34
2.3.2顯微組織狀態與硬度關繫40
2.3.3顯微組織狀態與韌性關繫40
【知識拓展】顯微組織狀態的觀察與測量41
第3章船舶工程用鋼的合金化43
3.1結晶43
3.1.1結晶熱力學條件43
3.1.2結晶過程46
3.1.3純金屬鑄態顯微組織形態46
【知識拓展】細化顯微組織方法48
3.2合金相圖48
3.2.1相圖48
3.2.2連續冷卻對鑄態顯微組織與合金相圖的影響50
3.2.3典型合金相圖51
3.2.4相圖的意義53
3.3碳素鋼的相圖、顯微組織與力學性能54
3.3.1碳素鋼的鑄態相54
3.3.2Fe-Fe3C相圖55
3.3.3Fe-Fe3C凝固過程與顯微組織57
3.3.4船舶工程用鋼含碳量和碳素鋼的力學性能59
3.4船舶工程用鋼素60
3.4.1鋼的雜質60
3.4.2鋼素64
3.4.素對Fe-Fe3C相圖的影響64
3.4.4船舶工程用鋼的合金化及其力學性能65
第4章船舶工程用鋼的固態相變與塑性加工67
4.1固態相變67
4.1.1概述67
4.1.2相變熱力學68
4.1.3相變產物的顯微組織狀態與力學性能70
【知識拓展】可熱處理性與原子擴散70
4.2加熱時鋼的相變73
4.2.1奧氏體的形成74
4.2.2加熱時的顯微組織狀態75
4.2.3奧氏體組織狀態的影響因素76
4.2.4奧氏體的力學性能77
【知識拓展】非均勻形核與顯微組織的形狀78
4.3冷卻時鋼的擴散型相變79
4.3.1珠光體的形成79
4.3.2珠光體轉變的影響因素80
4.3.3擴散型相變的顯微組織狀態81
4.3.4船舶工程用珠光體類型鋼83
4.4冷卻時鋼的切變型相變83
4.4.1馬氏體的形成84
4.4.2馬氏體轉變的影響因素與鋼的淬透性85
4.4.3切變型相變的顯微組織狀態87
4.4.4淬火組織的穩定化與鋼的回火90
4.4.5船舶工程用淬火回火鋼93
【知識拓展】鋼的淬火配分工藝93
4.5冷卻時鋼的混合型相變95
4.5.1貝氏體的形成95
4.5.2貝氏體轉變的影響因素95
4.5.3混合型相變的顯微組織狀態96
4.5.4船舶與海洋工程用貝氏體鋼99
【知識拓展】過冷奧氏體的轉變99
4.6鋼的加工硬化100
4.6.1單晶體的變形100
4.6.2多晶體的塑性變形與加工硬化103
4.6.3形變熱處理鋼的顯微組織狀態105
4.6.4船舶工程用形變熱處理鋼106
【知識拓展】船用高強度鋼的發展108
第5章船舶工程結構熔化焊的工藝焊接性110
5.1熔化焊熱輸入111
5.1.1電弧中的帶電粒子111
5.1.2焊接電弧的產生過程112
5.1.3電弧的溫度113
5.1.4焊接熱輸入114
5.1.5焊接溫度場114
5.1.6焊接熱循環115
【知識拓展】造船連接技術的發展117
5.2焊接接頭的組織狀態117
5.2.1焊縫的顯微組織狀態117
5.2.2熱影響區的顯微組織狀態120
5.3焊接接頭的殘餘應力狀態122
5.3.1應力的產生123
5.3.2應力的分布125
5.3.3焊接殘餘應力對力學性能的影響129
5.3.4焊接殘餘應力的消除130
5.4焊接接頭的工作應力狀態130
5.4.1焊縫的成形131
5.4.2焊接接頭的工作應力狀態132
5.4.3接頭應力集中對裂紋的影響133
5.5焊接變形134
5.5.1焊接變形分類134
5.5.2船體分段焊接變形控制特點136
5.5.3控制焊接殘餘變形的措施136
5.6熔化焊的工藝焊接性138
5.6.1焊條電弧焊138
5.6.2埋弧焊141
5.6.3CO2氣體保護焊142
5.6.4熔化極氬弧焊144
5.6.5鎢極氬弧焊145
5.6.6電弧-激光復合焊146
5.6.7電子束焊147
5.6.8熔化焊方法的焊縫成形與熱影響區寬度148
【知識拓展】熔化焊工藝149
第6章船舶工程材料力學性能與焊接性152
6.1船舶工程結構用鋼的分類與焊接性152
6.1.1鋼的強度級及其選用153
6.1.2鋼的韌性級及其選用153
6.1.3鋼的焊接性概念155
【知識拓展】斷口類型157
6.2船體結構用鋼及其焊接159
6.2.1一般強度船體結構用鋼及其焊接性160
6.2.2高強度船體結構用鋼及其焊接性161
6.3焊接結構用高強度鋼、特殊性能鋼及其焊接164
6.3.1材料的力學性能164
6.3.2焊接用高強度鋼的焊接性167
【知識拓展】高強度鋼脆性斷裂機制分析173
6.4低溫韌性鋼及其焊接性175
6.4.1低溫韌性鋼的力學性能176
6.4.2低溫韌性鋼的焊接性176
6.5不鏽鋼及其焊接性178
6.5.1不鏽鋼的力學性能178
6.5.2不鏽鋼的焊接性179
6.6鋁合金及其焊接性180
6.6.1鋁合金的力學性能180
6.6.2鋁合金的焊接性181
第7章造船材料與焊接數字化技術183
7.1焊接熱力過程的數值計算183
7.1.1理論基礎1

材料的各種性能有導熱的熱物理性能，導電的電物理性能，導磁的磁物理性能，反射和透射的光物理性能，耐腐蝕的化學性能以及強度、韌性和硬度等力學性能，壓電效應的電力性能，熱脹冷縮的熱力性能等。作為水上結構物的船舶和海洋結構物，為抵御奔湧的風浪和承受貨物的重力，力學性能為其首要性能。木質船以“古者觀落葉因以為舟”“古人見窾木浮而知為舟”伊始，至15世紀著於《明史 鄭和傳》和《瀛涯勝覽》的“寶船”以“修44丈，廣18丈”而馳騁西洋。1879年第一艘鋼質船問世，迄今船舶與海洋工程結構已有高強度鋼材和有色合金的綜合應用。
材料力學性能不斷提高的背後是科學技術和理論的不斷發展。在傳統熱和熱力作用基礎上，現代電熱磁力優化應用使材料力學性能呈多樣化。在深厚的理論底蘊中，把握影響材料力學性能及其熱穩定性的理論主線，避免耗時的復雜理論，以滿足相關工程技術人員的懂材、識材和用材的需求，是本書的編寫目的和任務。因此，本書從工程結構的視角，以材料加工工藝和焊接工藝、顯微組織狀態和力學性能三個內容為主線，闡述了船舶工程材料要求的力學性能、材料力學性能的來源和影響因素、熔化焊對材料力學性能的影響，以及船舶工程材料的種類及其焊接性，分別對應於第1、2～4、5和6章。第7章介紹了造船材料與焊接數字化技術。本書強化了材料力學性能的理論基礎，弱化了材料顯微組織狀態中顯微組織和焊接冶金的內容。
本書在內容組織上力求按照由理論到工程實踐、各工藝的並列結構的邏輯順序，方便讀者深入淺出地理解；歸納和引用金屬顯微組織狀態與力學性能關繫的前沿研究成果，如強韌性、斷裂韌度與合金化、第二相的關繫等，突出船舶工程行業材料技術的力學性能特點；歸納了材料顯微組織中第二相的表面能、原子擴散以及相變臨界速度等與力學性能相關的數據，為讀者掌握當今材料和焊接學新近研究進展和判斷材料性能發展的趨勢提供了參考；【知識拓展】環節展示了相關機理和相關行業背景，可幫助讀者理解機理和拓寬視野；本書還融入了新型生產力（如數字化技術）在造船行業材料與焊接技術上應用的內容，為焊接熱力學數值研究提供了技術基礎。
本書由陳章蘭、熊雲峰任主編，戴樂陽主審，其中第1、2章由熊雲峰編寫，第3、4章由劉建閩編寫，第5章由張曉瑩編寫，第6章由陳章蘭編寫，第7章由邱海君、王軍偉編寫，附錄由陳章蘭編寫。廈門船舶重工股份有限公司的國家級焊接大師邱海君高級工程師不僅參與了第7章的編寫工作，還為全書的編寫提供了大量有價值的材料。書稿的整理得到了李宗民、劉濤兩位老師的大力支持和幫助，在此表示衷心感謝！
衷心希望本書能使讀者受益，成為焊接工程師和高等院校相關專業在校師生的良師益友。
由於作者水平有限，書中可能存在不妥之處，敬請讀者不吝賜教，予以糾正。

陳章蘭