解放軍多位高級(jí)將領(lǐng)接受香港媒體采訪時(shí)證實(shí),中國已在建設(shè)第二艘真正意義上的國產(chǎn)航母,比“遼寧號(hào)”更先進(jìn)。
要造一條航母,可不像造一艘油輪那么簡單。先別說艦載機(jī)、彈射器什么的,首先一條就是,你有沒有造船的基本材料--航母用鋼!由于航母的特殊性,它的用鋼也有很多特殊要求,比如,要能抗海水腐蝕;要防磁;要耐高溫,要有很高的強(qiáng)度、韌度和良好的焊接性能,……等等。
前些年,前蘇聯(lián)未完工的“瓦良格”號(hào)航空母艦被我國當(dāng)破爛兒從烏克蘭買回來。這條航母在來中國前,就已經(jīng)好多年沒有進(jìn)行過防銹處理了。運(yùn)來中國后,又在大連隨意扔放了3年,也一直沒有涂漆,但“瓦良格號(hào)”表面基本完好,沒有什么腐蝕現(xiàn)象。經(jīng)檢測后發(fā)現(xiàn),“瓦良格”號(hào)用的鋼,居然是可以自然抵抗海水腐蝕的,而且,基本是絕磁的,這么多年了,磁力依然為零!當(dāng)時(shí)一個(gè)接觸“瓦良格”號(hào)的專家曾感嘆說:“蘇聯(lián)還是厲害,主要人家基礎(chǔ)好,蘇聯(lián)留下的家底,中國就是追上20年,也很難全面超越啊,尤其是基礎(chǔ)工業(yè)水平,嚴(yán)重制約了軍事設(shè)備的發(fā)展。”
已經(jīng)過改造和涂裝的“遼寧”號(hào)航空母艦
下面就來說說航空母艦所用鋼的幾個(gè)特點(diǎn):
1. 抗海水腐蝕 海水對(duì)艦船底部的腐蝕特別厲害,會(huì)嚴(yán)重影響艦船的速度和防護(hù)能力。因此,造一般民用和軍用艦船的鋼都要求有較強(qiáng)的抗海水腐蝕能力。由于航母的作戰(zhàn)環(huán)境更為惡劣,維修所需時(shí)間也長,因此,要求所用鋼板抗海水腐蝕的能力就更強(qiáng)。由于我國鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的限制,我們制造艦船所用鋼材抗海水腐蝕力較差,因此我們的軍艦不得不涂上一層特殊防銹漆,而且,每三四年就要進(jìn)船塢大修,清除艦艇底部附著物,并重新刷防銹漆。
2. 防磁 一般鋼鐵都帶有一定磁力。由于地球本身是有磁場的,一般低磁鋼鐵制造的艦船用久了,會(huì)受地球磁場磁化,產(chǎn)生磁力。磁力對(duì)軍艦來說是非常不利的。因?yàn)檫@容易被敵方磁力探測儀偵測到,或受到敵方磁性水雷等武器的攻擊。因此,軍艦用鋼,磁力越小越好。由于我們制造軍艦的鋼鐵防磁性能較差,所以我們的軍艦一般是三四年后,就需要開回船塢進(jìn)行逆向消磁處理。然而,這種維修性的處理對(duì)于航母這樣的龐然大物來說,就太麻煩了。
3. 耐高溫和耐沖擊能力 飛機(jī)在陸上起飛,一般需要在三公里多,至少也要一、兩公里的跑道助跑、起飛。而在航母上,飛機(jī)在一兩百米內(nèi),就要從靜止?fàn)顟B(tài)完成滑跑、起飛、騰空的過程。這除了有彈射裝置助推外,更要求飛機(jī)本身有強(qiáng)大的推力。當(dāng)飛機(jī)加力開到足以飛起時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)噴射出的火焰可達(dá)上千度,足以把一般鋼材制作的甲板熔化了!一般艦載機(jī)每架都有三十來噸重,降落著艦時(shí),對(duì)甲板的沖擊力極大,因此,對(duì)甲板的抗沖擊力、抗扭曲力的要求就非常高。如果甲板用鋼不過關(guān),降落的飛機(jī)很可能會(huì)通過攔索把飛行甲板給掀起來。另外航母甲板還要有抗敵方穿甲彈攻擊的較強(qiáng)能力。因此,航母甲板用鋼更是非常講究的。
4. 高強(qiáng)度、高韌性 航母建造所使用的特種鋼所要求的強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通軍用船舶的鋼強(qiáng)度要求,采用高強(qiáng)鋼板可以減輕船體重量,增加抗彈能力。特別是飛行甲板的鋼材,由于要承受艦載機(jī)起飛過程中的高熱和高摩擦力,更要精益求精。因此,航母艦體一定要采用高強(qiáng)度合金鋼。船用特種鋼材的屈服強(qiáng)度一般用MPa(兆帕)表示。像油輪、散裝貨船,集裝箱船等民用船所用鋼大約有250 MPa就夠使了,普通軍用船只在300 MPa以下就行。而航母、潛艇用鋼,特別是航母飛行甲板用鋼一般要求在850 MPa以上。換算成我們熟悉的單位,大致是一厘米大小的地方要能夠承受5000~8000公斤的沖擊力。你看,這鋼材抗壓能力有多強(qiáng)。
大型航空母艦需要的鋼板品種規(guī)格繁多,建造一艘7.5萬噸級(jí)的大型航空母艦,需用各種特殊品種厚鋼板4萬多噸,一般可分為船體板、裝甲板及結(jié)構(gòu)板三大類。
下面讓我們來分別看一看航母不同地方需要的鋼材情況。
1) 船體用鋼板:要求比較低,基本上就是潛艇用的耐壓板,屈服強(qiáng)度通常為450兆帕和550兆帕,鋼板厚度為22~28毫米。船體的水下部分為了防止魚雷與潛艇導(dǎo)彈的轟擊,采用鋼板厚度達(dá)150~203毫米。也有制成雙層或三層船體,當(dāng)外層鋼板被擊穿的時(shí)候,還有一層保護(hù)層,這樣就增強(qiáng)了航母的抗打擊能力。以前的航空母艦還在易受攻擊的部分采用增掛裝甲板的方式,以抵御各種意外的攻擊。航母需要的另外一種鋼材就是裝甲鋼板。
2) 裝甲鋼板:一般用在最為關(guān)鍵的核心部位。航母上有兩個(gè)地方最重要,一個(gè)是指揮中心,指揮中心是航空母艦鋼板最厚的部分,最厚達(dá)330毫米,有點(diǎn)類似坦克用的裝甲鋼板;另外一個(gè)地方是航母的動(dòng)力系統(tǒng)。如果航母的機(jī)艙被破壞,那么航母就變成了挨打的活靶子,因此,機(jī)艙也要重點(diǎn)保護(hù)。重點(diǎn)保護(hù)的方式就是用裝甲鋼板。此外,炮臺(tái)等地方也要用防彈裝甲板進(jìn)行保護(hù)。航母用鋼的最重要部分是結(jié)構(gòu)用鋼板。
3) 結(jié)構(gòu)板:主要用于飛機(jī)跑道、隔倉及船體結(jié)構(gòu)等,尤其是飛機(jī)跑道,要求極高。首先,要求飛行甲板能夠承載20~30噸艦載機(jī)起飛和降落的沉重沖擊。其次,還要承受噴氣式飛機(jī)高達(dá)幾千度的火舌的烘烤。所以,飛行甲板的屈服強(qiáng)度一般要達(dá)到800兆帕。還有,飛行甲板的厚度不能太厚,一般是40~50毫米,且要求不平度達(dá)5毫米/米以下,否則會(huì)影響飛機(jī)升降的質(zhì)量。更重要的是,飛行甲板的板面越大越好,要盡量減少焊縫。總而言之,航用的結(jié)構(gòu)鋼板要求高強(qiáng)度、小厚度、大面積、能夠在惡劣環(huán)境中使用。
世界航母用鋼的一般情況
目前,世界上能制造航母、潛艇用鋼的只有美國、日本、法國、俄羅斯等少數(shù)幾個(gè)國家。其中,質(zhì)量最好的還得數(shù)美國。
美國用來制造航母飛行甲板的鋼的屈服強(qiáng)度一般在850兆帕左右。他們現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了兩個(gè)系列的特種鋼。一種是HY系列特種鋼材。HY-80是一種鎳鉻和加入鈦的合金鋼,屈服強(qiáng)度在800兆帕左右,是制造航母或者造核潛艇最佳鋼材。用這種鋼制造的潛艇,能下潛2000米,而后美國又在HY-80鋼的基礎(chǔ)上,發(fā)展了屈服強(qiáng)度不低于686兆帕的HY-100鋼,相比于HY-80提高了鋼的耐蝕性、強(qiáng)度,改善焊接性、成型性與機(jī)加工性等,其也是當(dāng)前美國海軍航母重要部位的主要材料。 另外一種是HSLA型鋼材。HSLA-80鋼是美國20世紀(jì)80年代研制成功的新型高強(qiáng)度、高韌性結(jié)構(gòu)鋼。該型鋼已部分或全部取代HY-80鋼用于建造大型水面艦艇,如驅(qū)逐艦、巡洋艦和航空母艦等,其中尼米茲級(jí)核動(dòng)力航母的某些結(jié)構(gòu)采用此鋼種。HSLA-100鋼是美國為新建的航母殼體和先進(jìn)的攻擊型核潛艇(非耐壓殼體)而研制的鋼,HSLA -100是一種含碳量低,銅沉淀強(qiáng)化鋼,合金元素含量比HSLA -80的要高,屈服強(qiáng)度約為690兆帕,其性能已達(dá)到HY-100鋼的水平,板厚可達(dá)100毫米。HSLA-100鋼的第一批訂貨是用于核動(dòng)力航母“斯坦尼斯”號(hào)(CVN-74)。這種型號(hào)鋼板由于采用了尖端低合金技術(shù),其硬度超強(qiáng),重量非常小,因此建造構(gòu)件非常輕便,并且成本還很低。用HSLA-100這種特殊用鋼建造的福特級(jí)航母,其整體重量減輕了很多,建造成本也節(jié)省許多。如果在航母艦體外殼上使用這種特種鋼,它能夠在提供相同或者更長的使用壽命情況下,比采用傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼建造的艦體外殼更薄,重量更輕。 美海軍原打算采用HSLA-100鋼作為航母CVN-78的飛行甲板用鋼,為了減輕重量,經(jīng)過攻關(guān),又研制出了HSLA-115鋼。它的屈服強(qiáng)度達(dá)到了800兆帕,不僅可以降低航母的重心,還可顯著減小飛行甲板厚度,從而減輕航母重量。此外,美國海軍的建造冶金專家與日本的船舶專家在合作開發(fā)一項(xiàng)高強(qiáng)度合金鋼焊接新技術(shù),這門技術(shù)將會(huì)在很大程度上減少采用高強(qiáng)度鋼建造航母而造成的成本增加。可以想象,采用這些新技術(shù)手段打造的美國航母將會(huì)更加堅(jiān)硬和強(qiáng)悍。
俄羅斯的AK系列鎳鉻加鈦合金鋼是世界上屈服強(qiáng)度最高的材料,可達(dá)1000MPa,除了用來制造航母,還用來制造需要深潛的核潛艇。
法國生產(chǎn)的“軟鋼”屈服強(qiáng)度是550MPa左右,英國的無敵級(jí)航母使用的就是法國軟剛,但基于這樣的材料屈服度比較底,一般僅僅用于制造小型垂直起降或者直升飛機(jī)航母,諷刺的是法國自己的“戴高樂號(hào)”航空母艦用的卻是美國的HY-80鋼。
日本制造的特種合金鋼,屈服強(qiáng)度基本在450MPa左右,日本的潛艇和兩硒攻擊艦都使用了本國出產(chǎn)的特種鋼材。
中國特種鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀
中國之前幾年遲遲沒有改造瓦良格號(hào),特種鋼是一個(gè)很大的原因,直到從俄羅斯進(jìn)口特種鋼材,改造計(jì)劃才得以實(shí)施。經(jīng)過這幾年我國工業(yè)的發(fā)展,現(xiàn)在進(jìn)口的特種鋼總的種類和數(shù)量在逐年減少,國產(chǎn)研發(fā)和生產(chǎn)特種鋼的水平也是不斷提高,但是,低附加值普通鋼材卻是生產(chǎn)能力嚴(yán)重過剩,鋼鐵行業(yè)面臨著一個(gè)痛苦的轉(zhuǎn)型期。
中國鋼鐵產(chǎn)量雖然位居世界前列,但是有附加價(jià)值的特種鋼的產(chǎn)量卻很少,效率也不盡人意,筆者認(rèn)為主要的原因是
一:中國工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,不像歐美,俄羅斯是老牌工業(yè)強(qiáng)國。
二:特種鋼的研發(fā)屬于國家機(jī)密,歐美等西方強(qiáng)國技術(shù)保密,幾乎壟斷這一行業(yè)。
三:中國私企在鋼鐵行業(yè)資金少,規(guī)模小,沒有能力實(shí)現(xiàn)這種高附加價(jià)值鋼鐵的研究。國企經(jīng)過制度改革資金重組,近幾年在特種鋼方面不斷有新的進(jìn)展。
相信隨著中國工業(yè)的快速發(fā)展,特種鋼的問題將不會(huì)再困擾中國。
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