工程師：中國(guó)艦用特種鋼已達(dá)世界先進(jìn)水平

2011-09-08 09:44:37 解放軍報(bào)

資料圖：中國(guó)海軍新型潛艇。

軍用鋼：精益求精的戰(zhàn)艦"盔甲" ——訪海軍某辦公室高級(jí)工程師邵軍

從工業(yè)革命開(kāi)始，鋼鐵就成了戰(zhàn)艦最親密的“盟友”。一艘艘威武的戰(zhàn)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(lái)，軍用鋼材的發(fā)展腳步從來(lái)沒(méi)有停止。那些看上去形色單一、毫無(wú)生命跡象的艦艇用鋼，竟有幾十個(gè)型號(hào)、上百種規(guī)格，它甚至決定著艦船裝備的升級(jí)換代。

前不久，記者走進(jìn)某大型鋼鐵企業(yè)，就此話題采訪了海軍某辦公室高級(jí)工程師邵軍。

鋼材也有“升級(jí)”壓力

記者：能不能簡(jiǎn)要介紹一下軍用鋼的發(fā)展情況？

邵軍：艦用特種鋼材料具有批量小、規(guī)格多、要求高的特點(diǎn)，決定了各國(guó)艦船材料體系的發(fā)展原則一般都是：改進(jìn)提高現(xiàn)有材料和發(fā)展新材料并舉。為了不斷滿足艦船對(duì)船體鋼的更高要求，世界各國(guó)都對(duì)現(xiàn)有成熟鋼種不斷改進(jìn)提高，進(jìn)行深化完善的研究工作。如美國(guó)HY80/100鋼，自50年代研制成功以來(lái)一直在進(jìn)行改進(jìn)提高的研究工作，目前已修訂標(biāo)準(zhǔn)11次，對(duì)技術(shù)指標(biāo)要求、冶金工藝方法、化學(xué)成份分檔、鋼板厚度規(guī)格、鋼中夾雜元素及冶金質(zhì)量控制等方面不斷完善，精益求精。

我們國(guó)內(nèi)在這方面也做了大量的工作，通過(guò)先進(jìn)冶金技術(shù)及多種技術(shù)途徑，促進(jìn)了船體結(jié)構(gòu)鋼及配套材料技術(shù)進(jìn)步。如：某船體鋼實(shí)現(xiàn)了由模鑄提升為連鑄供貨，板厚度規(guī)格范圍擴(kuò)大，并實(shí)現(xiàn)了全厚度等強(qiáng)匹配，提高了艦船結(jié)構(gòu)安全性，有效減輕結(jié)構(gòu)重量，大幅縮短生產(chǎn)周期，并已應(yīng)用于海軍艦艇的建造，為我軍實(shí)現(xiàn)船體材料的升級(jí)換代奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

資料圖：某特種鋼生成流程示意圖。

　　高強(qiáng)度是永不停止的追求

記者：軍用鋼的高強(qiáng)度是它的一個(gè)傳統(tǒng)特色，近年來(lái)有什么新的進(jìn)展？

邵軍：高強(qiáng)度是各國(guó)軍用鋼的共同追求，從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)。國(guó)際上，一般用“屈服強(qiáng)度”來(lái)表示船用鋼材的強(qiáng)度特性，計(jì)量單位為MPa(兆帕)。

以國(guó)外航母為例，航母甲板需要承受飛機(jī)起降的巨大沖擊力以及燃?xì)鉀_刷、爆炸沖擊等極端復(fù)雜的服役環(huán)境，技術(shù)要求很高，強(qiáng)度級(jí)別和厚度大大高于一般船體結(jié)構(gòu)鋼。美國(guó)航母大量采用690MPa級(jí)高強(qiáng)鋼作為航母甲板用鋼，新近又研發(fā)了強(qiáng)度級(jí)別785MPa級(jí)的HSLA115鋼，已經(jīng)開(kāi)始在新型航母——福特號(hào)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(guó)已采用了屈服強(qiáng)度為900MPa～1080MPa級(jí)超高強(qiáng)度潛艇耐壓殼體用鋼。美國(guó)研制的HY80鋼、HY100鋼、HY130鋼、HSLA100鋼等應(yīng)用于艦艇制造的高強(qiáng)度低合金鋼，最高強(qiáng)度達(dá)到900MPa，被美國(guó)政府作為戰(zhàn)略物資，不允許擅自出口。日本90年代開(kāi)發(fā)的NS110鋼屈服強(qiáng)度已達(dá)到了1080MPa級(jí)，俄羅斯研發(fā)的АБ系列鋼最高強(qiáng)度甚至達(dá)到1175MPa級(jí)。

我國(guó)的艦用特種鋼研制也達(dá)到了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)水平，某型艇用耐壓殼體用鋼采用了國(guó)際先進(jìn)的合金設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝，不僅強(qiáng)度高，還具有高韌性和耐海水腐蝕性能。

資料圖：中國(guó)海軍核潛艇。

焊接性是各國(guó)面臨的難題

記者：焊接性能是不是也是鋼材研制過(guò)程中的一個(gè)難題？

邵軍：的確是這樣。通常，隨著鋼的強(qiáng)度級(jí)別的提高，鋼中合金元素增多，鋼的碳當(dāng)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(qiáng)度艦船用鋼的強(qiáng)度和焊接性，已成為船體結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵因素。

從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，以美國(guó)海軍為代表，逐漸開(kāi)發(fā)、應(yīng)用了新一代高強(qiáng)度易焊接艦船用鋼——HSLA系列船體鋼。

從冶金學(xué)上來(lái)講，新一代船體鋼與傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)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(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。該系列鋼合金設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：為了保證優(yōu)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(qiáng)化元素。通過(guò)時(shí)效處理析出細(xì)小彌散的ε-Cu顆粒，產(chǎn)生強(qiáng)烈沉淀強(qiáng)化，彌補(bǔ)了降碳引起的強(qiáng)度損失。由于碳當(dāng)量的降低，這類(lèi)鋼的某些高強(qiáng)品種甚至可以實(shí)現(xiàn)0℃焊接不預(yù)熱，大大簡(jiǎn)化了造船工藝，縮短了造船周期。

該系列鋼在保證高強(qiáng)度、高韌性的前提下，具有很好的焊接性能，已經(jīng)用于航母、巡洋艦、驅(qū)逐艦等大型海軍裝備的建造。

資料圖：中國(guó)海軍潛艇。

隱身化是一種發(fā)展趨勢(shì)

記者：能不能談?wù)勑滦蛙娪娩摰陌l(fā)展趨勢(shì)？

邵軍：我們都知道，一般鋼鐵都帶有一定磁性。磁性對(duì)軍艦來(lái)說(shuō)是非常不利的。因?yàn)檫@容易被敵方磁力探測(cè)儀偵測(cè)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(guò)磁力探測(cè)到軍艦。我們經(jīng)常可以看到這樣的場(chǎng)面：很多軍艦在塢內(nèi)或碼頭上被電纜“五花大綁”，這是在進(jìn)行通電消磁作業(yè)。

低磁和無(wú)磁鋼對(duì)艦船隱身能起到非常好的效果。無(wú)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(kāi)工建造的世界上最大的彈道導(dǎo)彈核潛艇“臺(tái)風(fēng)”級(jí)潛艇非耐壓殼體就采用了高強(qiáng)度低磁鋼，這級(jí)艇直到現(xiàn)在仍在俄羅斯服役。德國(guó)一直采用低磁鋼建造潛艇，目前服役的212型艇就是采用高強(qiáng)度低磁鋼，雖然強(qiáng)度不如美國(guó)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(duì)磁探儀和磁引信均有隱身防護(hù)作用，并且耐沖擊，有其獨(dú)到之處。

由于鈦合金有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、非磁性等特點(diǎn)，非常適合在艦艇上使用，也早被各國(guó)加以關(guān)注。尤其是前蘇聯(lián)將鈦合金成功用于潛艇建造，取得令人矚目的成就。利用鈦合金制造潛艇，不僅沒(méi)有磁性，減輕了重量，更使?jié)撏У南聺撋疃瘸^(guò)了1000m。

我國(guó)在無(wú)磁鋼的研究方面也取得了很大成績(jī)。如我國(guó)研制成功的某低磁鋼已用于掃雷艇殼體、潛艇磁羅徑圍壁和消磁碼頭結(jié)構(gòu)件等。