海軍艦艇、航母、潛艦軍用鋼材淺談

艦用特種鋼材料具有批量小、規格多、要求高的特點，決定了各國艦船材料體系的發展原則一般都是：改進提高現有材料和發展新材料並舉。為了不斷滿足艦船對船體鋼的更高要求，世界各國都對現有成熟鋼種不斷改進提高，進行深化完善的研究工作。如美國HY80/100鋼，自50年代研製成功以來一直在進行改進提高的研究工作，目前已修訂標準11次，對技術指標要求、冶金工藝方法、化學成份分檔、鋼板厚度規格、鋼中夾雜元素及冶金質量控製等方面不斷完善，精益求精。

高強度是永不停止的追求
高強度是各國軍用鋼的共同追求，從來沒有停止過。國際上，一般用“屈服強度”（降伏強度）來表示船用鋼材的強度特性，計量單位為MPa(兆帕)。

以航母為例，航母甲板需要承受飛機起降的巨大衝擊力以及燃氣衝刷、爆炸衝擊等極端複雜的服役環境，技術要求很高，強度級別和厚度大大高於一般船體結構鋼。美國航母大量採用690MPa級高強鋼作為航母甲板用鋼，新近又研發了強度級別785MPa級的HSLA115鋼，已經開始在新型航母——福特號上試用。

　　為滿足大潛深潛艇（500-600m）主船體的建造要求，俄、美、日等國已採用了屈服強度（降伏強度）為900MPa～1080MPa級超高強度潛艇耐壓殼體用鋼。美國研製的HY80鋼、HY100鋼、HY130鋼、HSLA100鋼等應用於艦艇製造的高強度低合金鋼，最高強度達到900MPa，被美國政府作為戰略物資，不允許擅自出口。日本90年代開發的NS110鋼屈服強度（降伏強度）已達到了1080MPa級，俄羅斯研發的АБ系列鋼最高強度甚至達到1175MPa級。

焊接性是各國面臨的難題
的確是這樣。通常，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。如何兼顧高強度艦船用鋼的強度和焊接性，已成為船體結構鋼設計的一個關鍵因素。

從上世紀八十年代開始，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。

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。該係列鋼合金設計具有如下特點：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，產生強烈沉淀強化，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，已經用於航母、巡洋艦、驅逐艦等大型海軍裝備的建造。

隱身化是一種發展趨勢
我們都知道，一般鋼鐵都帶有一定磁性。磁性對軍艦來說是非常不利的。因為這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打擊。所以艦艇均需消磁，以防止磁性水雷或者通過磁力探測到軍艦。我們經常可以看到這樣的場面：很多軍艦在塢內或碼頭上被電纜“五花大綁”，這是在進行通電消磁作業。
低磁和無磁鋼對艦船隱身能起到非常好的效果。無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年開工建造的世界上最大的彈道導彈核潛艇“臺風”級潛艇非耐壓殼體就採用了高強度低磁鋼，這級艇直到現在仍在俄羅斯服役。德國一直採用低磁鋼建造潛艇，目前服役的212型艇就是採用高強度低磁鋼，雖然強度不如美國HY-80鋼，但彈性較好、易加工、具有防磁特性、不易銹蝕，所造潛艇對磁探儀和磁引信均有隱身防護作用，並且耐衝擊，有其獨到之處。
　　由於鈦合金有強度高、重量輕、耐腐蝕、非磁性等特點，非常適合在艦艇上使用，也早被各國加以關注。尤其是前蘇聯將鈦合金成功用於潛艇建造，取得令人矚目的成就。利用鈦合金製造潛艇，不僅沒有磁性，減輕了重量，更使潛艇的下潛深度超過了1000m。