從武器裝備的材料學(xué)角度分析,鋼材是建造先進(jìn)水面艦艇不可或缺的基礎(chǔ)材料。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,顯示了軍用艦艇在制造工藝上的極高要求。那么,在解放軍造艦過程中,比如大連造船廠建造國(guó)產(chǎn)首艘航母,如何兼顧高強(qiáng)度艦船用鋼的強(qiáng)度和焊接性,把艦用結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計(jì)得更加合理,就成為軍艦?zāi)軌蚩焖?ldquo;下餃子”的一個(gè)關(guān)鍵因素。

從20世紀(jì)80年代開始,以美國(guó)海軍為代表,逐漸開發(fā)、應(yīng)用了新一代高強(qiáng)度易焊接艦船用鋼,HSLA系列船體鋼問世以來,就極大地促進(jìn)了美軍的造艦項(xiàng)目。有消息認(rèn)為,美國(guó)海軍發(fā)展的新型HSLA65鋼因具有較高的強(qiáng)度和良好韌性以及可焊性,取代現(xiàn)有HTS和DH36艦艇用鋼之后,減輕了船體重量,降低建造成本,受到美國(guó)海軍和項(xiàng)目承包商的廣泛歡迎。

從鋼鐵技術(shù)角度分析,HSLA鋼就是高強(qiáng)?低合金鋼(HSLA,High Strength Low Alloys),是在融化過程中加入了稀有金屬,強(qiáng)度可以達(dá)到中強(qiáng)度低合金鋼的兩倍。由于屬非熱處?型,其含碳?一般均?高于0.15%;由于合金元素含?少,它們多能固溶于肥?鐵。 ?以商用觀點(diǎn)而言,合金?少則成本較低,合于經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則。高強(qiáng)?合金鋼之凹槽韌性、?伏比、焊接性及耐蝕性等優(yōu)于普通鋼,而加工方法則與一般碳鋼者無異。

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(shù)的發(fā)展,美國(guó)開始研制不需預(yù)熱或者只需較低溫度預(yù)熱就能焊接的HSLA系列鋼。HSLA-80鋼其強(qiáng)韌性已達(dá)到HY-80鋼的水平,而焊接性更好,具有優(yōu)良的焊接工藝性能,且合金元素含量低,簡(jiǎn)化了艦船的建造工藝,也大大降低了艦船成本,使船體結(jié)構(gòu)鋼的開發(fā)進(jìn)入了-個(gè)新時(shí)代。該鋼于1984年納入美國(guó)MIL-S-24645軍標(biāo),已用于“黃蜂”級(jí)兩棲攻擊登陸艦的主要結(jié)構(gòu),并被選為氣墊船的船體材料。在HSLA-80鋼的基礎(chǔ)上,美國(guó)海軍于1985年研制了具有優(yōu)良的焊接工藝性能的HSLA-100鋼以代替HY-100鋼,1990年美國(guó)已制訂了其軍用規(guī)范MIL-S-24645A,可在比HY-100鋼更低的焊接預(yù)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鋼用于航母。

圖注:“黃蜂”級(jí)兩棲攻擊登陸艦
從冶金學(xué)上來講,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)展起來的。中國(guó)設(shè)計(jì)的鋼合金具有如下特點(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)用于解放軍航母、綜合補(bǔ)給艦、驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦等大型海軍裝備的建造。
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