钢材是舰艇建造不可或缺的基础材料,强度和焊接性兼顾要求极高
2017-09-25 10:20:54
作者:本网整理 来源:微军事
从武器装备的材料学角度分析,钢材是建造先进水面舰艇不可或缺的基础材料。随着钢的强度级别的提高,钢中合金元素增多,钢的碳当量和裂纹敏感性也随之大幅增加,这使得钢的焊接变得十分困难,显示了军用舰艇在制造工艺上的极高要求。那么,在解放军造舰过程中,比如大连造船厂建造国产首艘航母,如何兼顾高强度舰船用钢的强度和焊接性,把舰用结构钢设计得更加合理,就成为军舰能够快速“下饺子”的一个关键因素。
从20世纪80年代开始,以美国海军为代表,逐渐开发、应用了新一代高强度易焊接舰船用钢,HSLA系列船体钢问世以来,就极大地促进了美军的造舰项目。有消息认为,美国海军发展的新型HSLA65钢因具有较高的强度和良好韧性以及可焊性,取代现有HTS和DH36舰艇用钢之后,减轻了船体重量,降低建造成本,受到美国海军和项目承包商的广泛欢迎。
从钢铁技术角度分析,HSLA钢就是高强?低合金钢(HSLA,High Strength Low Alloys),是在融化过程中加入了稀有金属,强度可以达到中强度低合金钢的两倍。由于属非热处?型,其含碳?一般均?高于0.15%;由于合金元素含?少,它们多能固溶于肥?铁。 ?以商用观点而言,合金?少则成本较低,合于经济实用原则。高强?合金钢之凹槽韧性、?伏比、焊接性及耐蚀性等优于普通钢,而加工方法则与一般碳钢者无异。
近年来,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,美国开始研制不需预热或者只需较低温度预热就能焊接的HSLA系列钢。HSLA-80钢其强韧性已达到HY-80钢的水平,而焊接性更好,具有优良的焊接工艺性能,且合金元素含量低,简化了舰船的建造工艺,也大大降低了舰船成本,使船体结构钢的开发进入了-个新时代。该钢于1984年纳入美国MIL-S-24645军标,已用于“黄蜂”级两栖攻击登陆舰的主要结构,并被选为气垫船的船体材料。在HSLA-80钢的基础上,美国海军于1985年研制了具有优良的焊接工艺性能的HSLA-100钢以代替HY-100钢,1990年美国已制订了其军用规范MIL-S-24645A,可在比HY-100钢更低的焊接预热/层间温度下施焊,从而降低了建造成本。HSLA-100钢已部分代替HY-100钢用于航母。
图注:“黄蜂”级两栖攻击登陆舰
从冶金学上来讲,新一代船体钢与传统调质型高强度船体钢完全不同,它是以低碳铁素体钢或超低碳贝氏体钢为基础发展起来的。中国设计的钢合金具有如下特点:为了保证优良的焊接性和良好的低温韧性,钢中碳含量明显降低。Cu是该钢中最主要的强化元素。通过时效处理析出细小弥散的ε-Cu颗粒,产生强烈沉淀强化,弥补了降碳引起的强度损失。由于碳当量的降低,这类钢的某些高强品种甚至可以实现0℃焊接不预热,大大简化了造船工艺,缩短了造船周期。该系列钢在保证高强度、高韧性的前提下,具有很好的焊接性能,已经用于解放军航母、综合补给舰、驱逐舰、护卫舰等大型海军装备的建造。
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