解放軍兩款海戰武器都需要一種鋼材,超美軍提進度還能為國家省錢
大連造船廠建造國產首艘航母
從武器裝備的材料學角度分析,鋼材是建造先進水面艦艇不可或缺的基礎材料。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,顯示了軍用艦艇在製造工藝上的極高要求。那麼,在解放軍造艦過程中,比如大連造船廠建造國產首艘航母,如何兼顧高強度艦船用鋼的強度和焊接性,把艦用結構鋼設計得更加合理,就成為軍艦能夠快速「下餃子」的一個關鍵因素。
回顧歷史,從1980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系列船體鋼問世以來,就極大地促進了美軍的造艦項目。有消息認為,美國海軍發展的新型HSLA65鋼因具有較高的強度和良好韌性以及可焊性,取代現有HTS和DH36艦艇用鋼之後,減輕了船體重量,降低建造成本,受到美國海軍和項目承包商的廣泛歡迎。
從鋼鐵技術角度分析,HSLA鋼就是高強度低合金鋼(HSLA,High Strength Low Alloys),是在融化過程中加入了稀有金屬,強度可以達到中強度低合金鋼的兩倍。 由於屬非熱處理型,其含碳量一般均不高於0.15%;由於合金元素含量少,它們多能固溶於肥粒鐵。 若以商用觀點而言,合金量少則成本較低,合於經濟實用原則。 高強度合金鋼之凹槽韌性、降伏比、焊接性及耐蝕性等優於普通鋼,而加工方法則與一般碳鋼者無異。
黃蜂級兩棲攻擊艦
近年來,隨著超低碳、超純凈鋼冶煉、微合金化及控軋控冷等冶金技術的發展,美國開始研製不需預熱或者只需較低溫度預熱就能焊接的HSLA系列鋼。HSLA-80鋼其強韌性已達到HY-80鋼的水平,而焊接性更好,具有優良的焊接工藝性能,且合金元素含量低,簡化了艦船的建造工藝,也大大降低了艦船成本,使船體結構鋼的開發進入了-個新時代。該鋼於1984年納入美國MIL-S-24645軍標,已用於「黃蜂」級兩棲攻擊登陸艦的主要結構,並被選為氣墊船的船體材料。
在HSLA-80鋼的基礎上,美國海軍於1985年研製了具有優良的焊接工藝性能的HSLA-100鋼以代替HY-100鋼,1990年美國已制訂了其軍用規範MIL-S-24645A,可在比HY-100鋼更低的焊接預熱/層間溫度下施焊,從而降低了建造成本。HSLA-100鋼已部分代替HY-100鋼用於航母。
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。中國設計的鋼合金具有如下特點: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,產生強烈沉澱強化,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,縮短了造船周期。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,已經用於解放軍航母、綜合補給艦、驅逐艦、護衛艦等大型海軍裝備的建造。
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