中国航母甲板钢自主制造打破国外技术封锁

2019-03-23 13:48

  建造一艘航母需要的钢材种类繁多,但是基本上可以分为船体板、装甲板及结构板三大类。甲板用钢要具有高强度、大板面、拒磁、高韧性、抗低温(零下38℃)、高断裂韧性、耐高温不变形、抗腐蚀、防弹的特性。

  这与甲板的工作环境特点密切相关:承受战斗机起降的强大冲击和高温灼烧、防止被磁性水雷攻击及磁力探测发现、抵御海水腐蚀、保证飞机升降的质量、抵御炮弹和炸弹的轰击。

  到今天,世界上能制造航母甲板用钢的只有美国、日本、法国、俄罗斯、中国等少数几个国家。

  航母用高强度结构用钢已经从最初的HTS钢(High Tensile Steel,高抗拉强度钢)及HY钢(High Yield,高屈服强度钢)发展到现在的HSLA钢(High Strength Low Alloy,高强低合金钢),钢材性能实现了跨越式提升。现在全球现役航母用高强钢主要是HY和HSLA两大系列。

  与HSLA系列钢相比,传统的HY系列高强度航母用钢都是在低碳低合金钢的基础上,通过采用调质热处理工艺获得低碳回火马氏体组织来达到高强度、高韧性的性能。为了确保较厚规格钢板具有足够的淬透性,钢中通常需要添加较高含量的Ni、Cr、M等合金元素。钢的强度级别要求越高,碳含量就越高,焊接就变得更困难。

  但是,随着超低碳、超纯净钢冶炼、微合金化及控轧控冷等冶金技术的发展,不需预热或者只需较低温度预热就能焊接的HSLA系列钢横空出世。因此,用HSLA钢代替HY钢可以减少甚至取消焊接预热,从而降低航母建造成本,提高作业效率。

  为了尽量减少焊缝,节省建造时间,同时也增加甲板强度,航母甲板用钢要求单块板的面积越大越好。

  对于这种超宽、超长、超厚钢板,力学性能要求的苛刻程度却没有任何降低,800Mpa级的甲板用钢头和尾的强度偏差不能超过10Mpa,在零下84℃,冲击韧性要达到250焦以上。

  由于要同时满足诸多严苛的要求,航母甲板用钢目前全世界仅5个国家能够生产,而且这些钢都被视作战略物资,不能出口。因而,航母要国产,首先要实现航母用钢的国产化。

  国产航母甲板用钢由世界最宽的轧机——5500mm轧机生产。这套“轧机之王”拥有高达10万吨的下压轧制力,可以轧制宽度5.5米的钢板,轧制长度可达40米以上。从这套轧机里生产的甲板用钢,是常规钢板的4倍大小。

  根据网络上流传的中国首艘国产航母甲板焊接图片,甲板焊接时气温15℃、钢板需要加温到128℃焊接。仅从焊接要求的温度推测看,钢板应该是HY-100或HSLA-100(HY-100钢板需预热至51.7~149℃,HSLA-100钢板厚度大于25.4mm时焊接工艺与HY-100钢相似),属于航母用钢中的高端产品。

  目前,除美国在建航母“福特号”甲板使用HSLA-115以外,其他航母甲板用钢均为HSLA-100及以下品种。这也表明中国航母甲板用钢在短时间内已经跻身世界先进水平。

  拥有一艘航母是很多国家梦寐以求的追求,但是航母建造的复杂程度让绝大多数国家高不可攀,而动辄几十亿美元的造价更让人畏而却步。

  到现在为止,全球仅有美国、英国、中国、俄罗斯、法国等10个国家拥有航母,另外韩国、日本等国拥有准航母。

  这对航母用钢提出了三方面要求:一是高质量,强度、韧性、焊接性、耐腐蚀等性能要越来越高;二是减重量,通过降低单位载重用钢量,降低船体中心,提高航母稳定性和机动性;三是降费用,缩短建造工时,节省制造材料,降低航母建造支出。

  纵观历史,航母用钢之前的发展趋势也一直遵循上述三个原则。以美国为例,20世纪80年代前建造的“尼米兹”级航空母舰舰体主要采用屈服强度为550MPa的HY-80高强度钢,装甲结构采用屈服强度为690MPa的HY-100超高强度钢;20世纪80年代中期以后建造的“尼米兹”级航母主要结构材料改为HSLA-80和HSLA-100高强度低合金钢;21世纪最新一代航母则开始使用屈服强度达到794Mpa的HSLA 115钢。

  根据美国海军的统计,排水量10万吨的核动力航母需要5万吨以上的高合金钢。在这样一艘大型航母上,使用HSLA-115钢材取代HSLA-100,可以减重至少400吨,其中关键部位舰岛部分可以减轻100-200吨。

  这一方面可以在保证航母性能的前提下,有效地降低航母重心;另外一方面也可以节省大量钢铁材料,减少焊接工作量,缩短建造时间,降低建造费用。返回搜狐,查看更多

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