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中國研製出多種新型艦用鋼材 低磁鋼已用於潛艇

發佈時間:2011年09月12日 10:09 | 進入復興論壇 | 來源:解放軍報


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駛離碼頭的中國海軍最新型常規動力潛艇。

  本報記者 錢曉虎 特約通訊員 喬燕飛

  從工業革命開始,鋼鐵就成了戰艦最親密的“盟友”。一艘艘威武的戰艦在大洋上劈波斬浪,是鋼材撐起了它不屈的脊梁,也是鋼材為它們穿上了一件件“鋼盔鐵甲”。

  然而,你可曾想到,兩百多年來,軍用鋼材的發展腳步從來沒有停止。那些看上去形色單一、毫無生命跡象的艦艇用鋼,竟有幾十個型號、上百種規格,它甚至決定著艦船裝備的升級換代。

  前不久,記者走進某大型鋼鐵企業,就此話題採訪了海軍某辦公室高級工程師邵軍。

  ●鋼材也有“升級”壓力

  記者:能不能簡要介紹一下軍用鋼的發展情況?

  邵軍:艦用特種鋼材料具有批量小、規格多、要求高的特點,決定了各國艦船材料體系的發展原則一般都是:改進提高現有材料和發展新材料並舉。為了不斷滿足艦船對船體鋼的更高要求,世界各國都對現有成熟鋼種不斷改進提高,進行深化完善的研究工作。如美國HY80/100鋼,自50年代研製成功以來一直在進行改進提高的研究工作,目前已修訂標準11次,對技術指標要求、冶金工藝方法、化學成份分檔、鋼板厚度規格、鋼中夾雜元素及冶金質量控制等方面不斷完善,精益求精。

  我們國內在這方面也做了大量的工作,通過先進冶金技術及多種技術途徑,促進了船體結構鋼及配套材料技術進步。如:某船體鋼實現了由模鑄提升為連鑄供貨,板厚度規格範圍擴大,並實現了全厚度等強匹配,提高了艦船結構安全性,有效減輕結構重量,大幅縮短生産週期,並已應用於海軍艦艇的建造,為我軍實現船體材料的升級換代奠定了技術基礎。

  ●高強度是永不停止的追求

  記者:軍用鋼的高強度是它的一個傳統特色,近年來有什麼新的進展?

  邵軍:高強度是各國軍用鋼的共同追求,從來沒有停止過。國際上,一般用“屈服強度”來表示船用鋼材的強度特性,計量單位為MPa(兆帕)。

  以國外航母為例,航母甲板需要承受飛機起降的巨大衝擊力以及燃氣沖刷、爆炸衝擊等極端複雜的服役環境,技術要求很高,強度級別和厚度大大高於一般船體結構鋼。美國航母大量採用690MPa級高強鋼作為航母甲板用鋼,新近又研發了強度級別785MPa級的HSLA115鋼,已經開始在新型航母——福特號上試用。

  為滿足大潛深潛艇(500-600m)主船體的建造要求,俄、美、日等國已採用了屈服強度為900MPa~1080MPa級超高強度潛艇耐壓殼體用鋼。美國研製的HY80鋼、HY100鋼、HY130鋼、HSLA100鋼等應用於艦艇製造的高強度低合金鋼,最高強度達到900MPa,被美國政府作為戰略物資,不允許擅自出口。日本90年代開發的NS110鋼屈服強度已達到了1080MPa級,俄羅斯研發的АБ系列鋼最高強度甚至達到1175MPa級。

  我國的艦用特種鋼研製也達到了相當的技術水平,某型艇用耐壓殼體用鋼採用了國際先進的合金設計和生産工藝,不僅強度高,還具有高韌性和耐海水腐蝕性能。

  ●焊接性是各國面臨的難題

  記者:焊接性能是不是也是鋼材研製過程中的一個難題?

  邵軍:的確是這樣。通常,隨著鋼的強度級別的提高,鋼中合金元素增多,鋼的碳當量和裂紋敏感性也隨之大幅增加,這使得鋼的焊接變得十分困難。如何兼顧高強度艦船用鋼的強度和焊接性,已成為船體結構鋼設計的一個關鍵因素。

  從上世紀八十年代開始,以美國海軍為代表,逐漸開發、應用了新一代高強度易焊接艦船用鋼——HSLA系列船體鋼。

  從冶金學上來講,新一代船體鋼與傳統調質型高強度船體鋼完全不同,它是以低碳鐵素體鋼或超低碳貝氏體鋼為基礎發展起來的。該系列鋼合金設計具有如下特點:為了保證優良的焊接性和良好的低溫韌性,鋼中碳含量明顯降低。Cu是該鋼中最主要的強化元素。通過時效處理析出細小彌散的ε-Cu顆粒,産生強烈沉澱強化,彌補了降碳引起的強度損失。由於碳當量的降低,這類鋼的某些高強品種甚至可以實現0℃焊接不預熱,大大簡化了造船工藝,縮短了造船週期。

  該系列鋼在保證高強度、高韌性的前提下,具有很好的焊接性能,已經用於航母、巡洋艦、驅逐艦等大型海軍裝備的建造。

  ●隱身化是一種發展趨勢

  記者:能不能談談新型軍用鋼的發展趨勢?

  邵軍:我們都知道,一般鋼鐵都帶有一定磁性。磁性對軍艦來説是非常不利的。因為這容易被敵方磁力探測儀偵測到,或受到敵方磁性水雷等武器的打擊。所以艦艇均需消磁,以防止磁性水雷或者通過磁力探測到軍艦。我們經常可以看到這樣的場面:很多軍艦在塢內或碼頭上被電纜“五花大綁”,這是在進行通電消磁作業。

  低磁和無磁鋼對艦船隱身能起到非常好的效果。無磁鋼是一種功能材料,它在艦艇等裝備方面用途很廣泛。例如1977年開工建造的世界上最大的彈道導彈核潛艇“颱風”級潛艇非耐壓殼體就採用了高強度低磁鋼,這級艇直到現在仍在俄羅斯服役。德國一直採用低磁鋼建造潛艇,目前服役的212型艇就是採用高強度低磁鋼,雖然強度不如美國HY-80鋼,但彈性較好、易加工、具有防磁特性、不易銹蝕,所造潛艇對磁探儀和磁引信均有隱身防護作用,並且耐衝擊,有其獨到之處。

  由於鈦合金有強度高、重量輕、耐腐蝕、非磁性等特點,非常適合在艦艇上使用,也早被各國加以關注。尤其是前蘇聯將鈦合金成功用於潛艇建造,取得令人矚目的成就。利用鈦合金製造潛艇,不僅沒有磁性,減輕了重量,更使潛艇的下潛深度超過了1000m。

  我國在無磁鋼的研究方面也取得了很大成績。如我國研製成功的某低磁鋼已用於掃雷艇殼體、潛艇磁羅徑圍壁和消磁碼頭結構件等。

責任編輯:王騰

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