我国高强度船用钢板有大进展

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导读:转帖: 1.大潜深材料技术 大潜深潜艇在深海活动,需要承受巨大的海水压力,潜艇下潜得越深,承受的压力越大。在作战潜艇的船体质量不超过潜艇排水量的40% 的假设前提下,采用HY-80钢( 屈服强度549MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在300 m左右,采用HY-100钢(屈服强度703 MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在450m左右。为保证潜艇不被破坏,对建造潜艇耐压壳体材料的强度、韧性、塑性、耐疲劳性、耐海水腐蚀性、可焊接性以及工艺性等就提出了很高甚至是苛

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1.大潜深材料技术

大潜深潜艇在深海活动,需要承受巨大的海水压力,潜艇下潜得越深,承受的压力越大。在作战潜艇的船体质量不超过潜艇排水量的40% 的假设前提下,采用HY-80钢( 屈服强度549MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在300 m左右,采用HY-100钢(屈服强度703 MPa)作为耐压艇体材料的潜艇下潜深度的合理值在450m左右。为保证潜艇不被破坏,对建造潜艇耐压壳体材料的强度、韧性、塑性、耐疲劳性、耐海水腐蚀性、可焊接性以及工艺性等就提出了很高甚至是苛刻的要求。


目前,世界上普遍采用的是屈服强度大的合金钢作为核潜艇艇体材料。屈服强度越高,潜艇的下潜深度就可越大。因此,大潜深材料技术的发展难点就是研制屈服强度更大的合金钢,同时要研制与高强度合金钢材料相匹配的焊接材料,还要开展大量的焊接模型试验,以验证材料的焊接性能是否满足要求,这需要具有先进的冶炼手段和焊接工艺。此外,研制一种新型耐压壳体材料,需要反复多次冶炼成千上万吨的钢材,以求得合金钢各组成元素的最佳匹配,这需要庞大的资金支持。在大潜深潜艇材料需要满足对于屈服强度的高要求的同时,还要兼顾考虑耐腐蚀性能。

美国的HY系列合金钢,其屈服强度已达到820 MPa,用HY100 型高强度合金钢制造的“海狼”级核潜艇下潜深度达到了近600 m;俄罗斯采用高强度的钛合金钢建造的“麦克”级试验核潜艇下潜深度达到1250 m。

2 潜深系统相关技术

核潜艇大潜深相关系统技术主要包括通海系统及设备的承压技术、密封技术、防腐技术,通海阀门技术等。特别是大口径通海系统管路及阀门的研制难度极大,大口径海水管路破损或密封失效是以往核潜艇发生沉没事故的原因之一。因此,美、俄等核潜艇大国把大潜深系统技术与大潜深材料、结构技术等同对待,通过大量技术攻关,以及在试验艇上开展严格的演示验证,最先突破了大潜深系统技术。

3.美帝的大潜深材料技术

高强度合金钢是目前大潜深潜艇建造最重要、最关键的结构材料,其性能优劣直接关系到潜艇战术性能的提高。

美国从20世纪50年代就开始建立HY系列舰艇结构钢的体系平台,目前该系列钢包括HY80、HY100和HY130等高强度合金钢。美国“大青花鱼”号试验潜艇是应用HY80高强度钢的第一艘潜艇,HY80高强度钢屈服强度为560~665MPa,可保证核潜艇下潜深度达到300m,HY80钢随后被美国各级核潜艇采用达30年之久,美国海军目前在役的“洛杉矶”级攻击型核潜艇就采用HY80型高强度合金钢建造。为了适应其”海狼”级攻击型核潜艇下潜深度增加的需要,美国海军原打算采用正在研制的HY130高强度钢,该钢的屈服强度为910MPa,但由于HY130钢的焊接工艺方面还有一些问题没有解决,除少量结构及海水管路经过严格的检验仍采用HY130钢外,”海狼”级攻击型核潜艇主要的19种结构的构架、构件均改用已研制成功的既能抗震又能抗海水压力的HY100高强度钢制造。此种钢屈服强度为820MPa。“海狼”级核潜艇采用此种钢后,其下潜深度比采用屈服强度为560~665MPa的HY80钢建造的“洛杉矶”级核潜艇增加了25%以上。“洛杉矶”级的下潜深度为450m,”海狼”级的下潜深度达到610m。美国海军目前正在建造的面向21世纪的“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇艇体仍将采用HY100钢。法国核潜艇采用的HELS80钢和英国核潜艇采用的QN-1型钢均和美国的HY80钢性能相似。

4俄罗斯大潜深技术

俄罗斯是目前世界上在大潜深核潜艇领域技术最为先进的国家。俄罗斯的核潜艇曾经达到1250m极限下潜深度,“麦克”级685型核潜艇成为名副其实的**潜深核潜艇。在战略导弹核潜艇方面,俄罗斯最新的第四代战略核潜艇“北风之神”级955 型最大下潜深度为450m,作为大潜深核潜艇,将成为未来俄战略核潜艇的主力,目前首制艇“尤里·多尔戈鲁基”号于2009年底服役,“亚力山大·涅夫斯基”号和“弗拉基米尔·莫诺马赫”号正在建造。而第4 艘改进型955U“圣·尼古拉”号于2010 年初开工。各种情况表明,俄罗斯战略核潜艇大潜深技术已经成熟。

在攻击型核潜艇方面,俄罗斯从第2代V级(下潜深度400m)开始,就掌握了大潜深技术,第3 代“阿尔法”级( 下潜深度900m)和“塞拉”级(下潜深度750m),掌握了**潜深技术。目在建的“亚森”级核潜艇( 首制艇“北德文斯克”号于2010年6月15日下水,该级第2 艘“喀山”号正在建造中) 潜深为600m。


TG舰艇用刚技术研究

TG水面舰艇用钢大致可分为三类。一类是无镍铬系水面舰艇用钢, 主要有901、902、903等钢种及配套材料。这类材料由于成分本身的弱点, 其低温性能和耐海水腐蚀性能难以满足现代舰艇建造和使用要求。所以,80年代后开发研制了第二类,即镍铬系水面舰艇用钢。TG研制的镍铬系水面舰艇用钢不但强度高、低温韧性好、耐海水腐蚀性优良, 而且非调质供应给舰艇建造提供便利。第三类就是低磁性的船体钢用于建造扫雷艇。

3.1TG主要潜艇用钢

潜艇非耐压壳体:80年代前主要用902钢,80 年代后用907A 钢;

潜艇耐压壳体:60 年代根据当时国情和需要曾先后研制了3 种590MPa 级不同成分系壳体用钢。包括无镍铬系的909钢、低镍铬系904钢和镍铬系的921钢。综合性能镍铬系的921钢最好,后经过改进工艺提高性能演进成921A钢。921A、922A、923A、 钢及其配套材料是2000年前后TG最主要的潜艇用钢。为了满足潜艇发展需要,紧跟世界先进水平,研制开发了785MPa 和更高强度级别潜艇用钢。921A 系潜艇用钢及其配套材料其基本性能水平和当时世界同强度级别潜艇用钢水平基本持平。921A、922A、923A 钢及其配套材料是2000年前后TG最主要的潜艇用钢。其他舰艇用钢包括903、917、904、945、921A、907A 和980 等。 各型钢材研制鉴定时间为:980钢:1993 年通过技术鉴定;909钢、低镍铬系904钢和镍铬系的921:60年代—90年代;921A:80年代。

3.2 TG的新型潜艇用钢研制

HY系列钢是美国海军最常用的舰艇用钢系列。主要包括HY80、HY100、HY130 等。HY80、HY100钢主要用于潜艇耐压壳体、水面舰体、甲板等。HY130钢则用于深海舰艇耐压壳体和深水潜水器,也可用于航空母舰的飞行甲板上。日本防卫厅也在系列的基础上研制NS63、NS80、NS90等舰艇用钢。为降低成本,美国海军于1990年开始实施“III” 可焊性计划,目的在于寻求一种易焊接的钢以取代不易焊接的HY系列钢。以铜沉淀硬化为基础的HSLA钢系列,达到或超过HY80/100系列,显著的改善钢的可焊性,并纳入军用标准,准备制造航空母舰舰、飞行甲板、甲板舱和潜艇壳体。

1994年,鞍钢钢铁研究所对HSLA100钢的生产、金相组织和性能进行了试验研究和初步探讨,用感应电炉熔炼了2炉HSLA100,一炉微钛处理,一炉加入了稀土,虽然试验用HSLA100钢中S=0.012%,为美国海军标准所规定的硫含量的两倍,但加稀土的那炉仍然获得了符合要求的横向机械性能,说明这种钢在当时的现有条件下进行生产是可行的。

新时期TG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。

TG在无磁钢的研究方面也取得了很大成绩。如TG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。

大潜深技术发展趋势

20世纪60年代后期,美、苏两国开始全力投入发展大潜深新型潜艇,美国70年代建造的俄亥俄级、洛杉矶级核潜艇的潜深达到400-500m,80年代末开始建造的海狼级核潜艇的潜深达到610m。前苏联70年代建造的阿尔法级核潜艇潜深已达900m,80年代末建造的阿库拉级潜艇的潜深达到400-500m。目前主要国家海军潜艇的极限下潜深度一般都在400-600m之间。

纵观世界各海军大国核潜艇大潜深技术发展趋势,有的国家核潜艇下潜深度增加到一定深度,又回归到传统的300 m,如美国;有的国家似乎无意继续在该方面投入过多精力,主张维持现状,如英国和法国;有的国家则义无反顾地追求更大的下潜深度,如俄罗斯。之所以出现这种状况,是因为各国的战略思想及领导人对未来战争的认识不同,也与各国的经济承受力有关,不能据此判定国外核潜艇在未来大潜深技术应用与发展方面一定是一成不变的,在满足其基本的作战使用要求的前提下,世界各国肯定要在费效比方面进行综合权衡,选取最适合本国的核潜艇下潜深度。总而言之,适合的就是最好的。

主要参考文献:

胡伯航,魏书修.舰艇用钢的研制与发展[J].2001,02:16-18

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