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海军工程师:已用高强度无磁钢造中国潜艇

热度85票  浏览276次 【共0条评论】【我要评论 时间:2011年9月09日 08:48

资料图:美军上将马伦登上中国最新型的元级常规潜艇。

从工业革命开始,钢铁就成了战舰最亲密的“盟友”。一艘艘威武的战舰在大洋上劈波斩浪,是钢材撑起了它不屈的脊梁,也是钢材为它们穿上了一件件“钢盔铁甲”。

然而,你可曾想到,两百多年来,军用钢材的发展脚步从来没有停止。那些看上去形色单一、毫无生命迹象的舰艇用钢,竟有几十个型号、上百种规格,它甚至决定着舰船装备的升级换代。

前不久,记者走进某大型钢铁企业,就此话题采访了海军某办公室高级工程师邵军。

钢材也有“升级”压力

记者:能不能简要介绍一下军用钢的发展情况?

邵军:舰用特种钢材料具有批量小、规格多、要求高的特点,决定了各国舰船材料体系的发展原则一般都是:改进提高现有材料和发展新材料并举。为了不断满足舰船对船体钢的更高要求,世界各国都对现有成熟钢种不断改进提高,进行深化完善的研究工作。如美国HY80/100钢,自50年代研制成功以来一直在进行改进提高的研究工作,目前已修订标准11次,对技术指标要求、冶金工艺方法、化学成份分档、钢板厚度规格、钢中夹杂元素及冶金质量控制等方面不断完善,精益求精。

我们国内在这方面也做了大量的工作,通过先进冶金技术及多种技术途径,促进了船体结构钢及配套材料技术进步。如:某船体钢实现了由模铸提升为连铸供货,板厚度规格范围扩大,并实现了全厚度等强匹配,提高了舰船结构安全性,有效减轻结构重量,大幅缩短生产周期,并已应用于海军舰艇的建造,为我军实现船体材料的升级换代奠定了技术基础。

高强度是永不停止的追求

记者:军用钢的高强度是它的一个传统特色,近年来有什么新的进展?

邵军:高强度是各国军用钢的共同追求,从来没有停止过。国际上,一般用“屈服强度”来表示船用钢材的强度特性,计量单位为MPa(兆帕)。

以国外航母为例,航母甲板需要承受飞机起降的巨大冲击力以及燃气冲刷、爆炸冲击等极端复杂的服役环境,技术要求很高,强度级别和厚度大大高于一般船体结构钢。美国航母大量采用690MPa级高强钢作为航母甲板用钢,新近又研发了强度级别785MPa级的HSLA115钢,已经开始在新型航母――福特号上试用。

为满足大潜深潜艇(500-600m)主船体的建造要求,俄、美、日等国已采用了屈服强度为900MPa~1080MPa级超高强度潜艇耐压壳体用钢。美国研制的HY80钢、HY100钢、HY130钢、HSLA100钢等应用于舰艇制造的高强度低合金钢,最高强度达到900MPa,被美国政府作为战略物资,不允许擅自出口。日本90年代开发的NS110钢屈服强度已达到了1080MPa级,俄罗斯研发的АБ系列钢最高强度甚至达到1175MPa级。

我国的舰用特种钢研制也达到了相当的技术水平,某型艇用耐压壳体用钢采用了国际先进的合金设计和生产工艺,不仅强度高,还具有高韧性和耐海水腐蚀性能。

焊接性是各国面临的难题

记者:焊接性能是不是也是钢材研制过程中的一个难题?

邵军:的确是这样。通常,随着钢的强度级别的提高,钢中合金元素增多,钢的碳当量和裂纹敏感性也随之大幅增加,这使得钢的焊接变得十分困难。如何兼顾高强度舰船用钢的强度和焊接性,已成为船体结构钢设计的一个关键因素。

从上世纪八十年代开始,以美国海军为代表,逐渐开发、应用了新一代高强度易焊接舰船用钢――HSLA系列船体钢。

从冶金学上来讲,新一代船体钢与传统调质型高强度船体钢完全不同,它是以低碳铁素体钢或超低碳贝氏体钢为基础发展起来的。该系列钢合金设计具有如下特点:为了保证优良的焊接性和良好的低温韧性,钢中碳含量明显降低。Cu是该钢中最主要的强化元素。通过时效处理析出细小弥散的ε-Cu颗粒,产生强烈沉淀强化,弥补了降碳引起的强度损失。由于碳当量的降低,这类钢的某些高强品种甚至可以实现0℃焊接不预热,大大简化了造船工艺,缩短了造船周期。

该系列钢在保证高强度、高韧性的前提下,具有很好的焊接性能,已经用于航母、巡洋舰、驱逐舰等大型海军装备的建造。

隐身化是一种发展趋势

记者:能不能谈谈新型军用钢的发展趋势?

邵军:我们都知道,一般钢铁都带有一定磁性。磁性对军舰来说是非常不利的。因为这容易被敌方磁力探测仪侦测到,或受到敌方磁性水雷等武器的打击。所以舰艇均需消磁,以防止磁性水雷或者通过磁力探测到军舰。我们经常可以看到这样的场面:很多军舰在坞内或码头上被电缆“五花大绑”,这是在进行通电消磁作业。

低磁和无磁钢对舰船隐身能起到非常好的效果。无磁钢是一种功能材料,它在舰艇等装备方面用途很广泛。例如1977年开工建造的世界上最大的弹道导弹核潜艇“台风”级潜艇非耐压壳体就采用了高强度低磁钢,这级艇直到现在仍在俄罗斯服役。德国一直采用低磁钢建造潜艇,目前服役的212型艇就是采用高强度低磁钢,虽然强度不如美国HY-80钢,但弹性较好、易加工、具有防磁特性、不易锈蚀,所造潜艇对磁探仪和磁引信均有隐身防护作用,并且耐冲击,有其独到之处。

由于钛合金有强度高、重量轻、耐腐蚀、非磁性等特点,非常适合在舰艇上使用,也早被各国加以关注。尤其是前苏联将钛合金成功用于潜艇建造,取得令人瞩目的成就。利用钛合金制造潜艇,不仅没有磁性,减轻了重量,更使潜艇的下潜深度超过了1000m。

我国在无磁钢的研究方面也取得了很大成绩。如我国研制成功的某低磁钢已用于扫雷艇壳体、潜艇磁罗径围壁和消磁码头结构件等。

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