用2200兆帕的钢造潜艇能下潜多深?

2022-05-22 04:26 点击:185 编辑:邮轮网

2200MPa的钢造潜艇?能下潜多深我不知道,但是造出来也就是一次性潜艇吧。

我国虽然研究出来2200MPa的特种钢了,但这不意味着我们立马就能拿它造潜艇,因为高屈服强度的特种钢有一个特性,就是强度越高,可焊性越差。

1. 高强钢焊接存在的问题随着钢中合金元素的增加,强度级别提高(屈服强度≥315MPa),钢的焊接性逐渐变差,出现的主要问题是:①热影响区的淬硬倾向:焊接时快速冷却会导致热影响区出现马氏体组织。②冷裂纹:焊接时冷裂纹的倾向加大,并且具有延迟性。如定位焊缝很容易开裂,其原因就是焊缝尺寸小、长度短、冷却速度快。③热裂纹:屈服强度在315~400 MPa的热轧、正火钢热裂倾向不大,但在厚壁板材高稀释率焊道(如根部焊道或接近坡口边缘的多层埋弧焊焊道)中会出现热裂纹。④粗晶区脆化:热影响区被加热至1100℃以上的粗晶区,焊接热输入过大时晶粒将迅速长大或出现魏氏组织,产生脆化现象。超高强度的钢的可焊性存在以上几个问题,这才是制约潜艇制造的一个大难题。如果焊缝存在问题,那钢的强度再高也没有用,下了深海,做几个机动动作可能焊缝就裂了。我们现在对1000MPa的钢的焊接水平都达不到潜艇所需的标准,如果直接上2200MPa的钢来造潜艇,那不是一次性潜艇么?因为焊缝开裂导致潜艇沉没的,历史上不是没发生过。美国第3代攻击型核潜艇长尾鲨级首艇长尾鲨号,就是因为有一条焊缝开裂,检查不够仔细就出海了,导致了这艘潜艇的沉没,这还仅仅是管道焊缝开裂,不是艇身。

而且更不要说目前还没有那个国家的大型卷板机能卷得动2200MPa的钢板。事实上我们的093、094耐压壳体直径仅有9.5米,而俄亥俄级、弗吉尼亚、北风之神这样的先进核潜艇耐压壳体达到了12甚至13米以上,落后人家一大截,主要原因还不是钢不行,而是缺少能加工高强度钢的大型卷板机。卷板机能卷的钢板宽度和钢的屈服强度是有直接关系的,屈服强度越高,卷板机能加工的钢的宽度和厚度就越小。虽然减小钢板宽度也能加工,但是宽度小了,分段就多,加上上面说的焊接问题,可靠性会更差。

我们缺乏能加工高屈服强度钢的大型卷板机

当年美国人建造俄亥俄级核潜艇的时候,用的是瑞典的Ursviken卷板机,这才加工出了12.8米的耐压壳体。但是你要拿2200MPa的高强度钢给瑞典人,估计他们也没辙了。像美国的海狼级、弗吉尼亚级用的是HY100钢,屈服强度820MPa,连1000MPa都不到。你想想如果同样的卷板机用来卷2200MPa的钢,得多造多少个分段。。。

美国弗吉尼亚级核潜艇建造现场

所以不要再提钢不行了,我国核潜艇用的钢是785MPa这个级别的,跟美国的HY100的820MPa比落后并不多,主要还是对高强度钢的加工能力不行。

首先来说,如果能容易焊接又便宜好用的话,那耐压壳采用屈服强度2200兆帕超级钢造出来的潜艇,其潜深肯定是肯定要比现在主流的核潜艇深的多。

▲美国弗吉尼亚级采用屈服强度550兆帕的HY-80钢最大潜深300米。海狼级采用屈服强度690兆帕的HY-100钢最大潜深600米,那如果采用屈服强度2200兆帕的超级钢造耐压壳的话,潜艇潜深最少也可以超千米。

但问题在于宝钢所研制的这种2200Mpa超级钢,但底指的是什么特性?

▲2017年该材料首次被大规模宣传,是因为当年顶级学术期刊《科学》杂志上对它的报道,该报道的原文称这种超级钢拥有2200Mpa的屈服强度和16%的均匀延伸率,同时成份简单可以用热轧、冷轧、热处理等常规工业工艺加工,如果这么看着的话这种“超级钢”明显是极好的,不仅屈服强度卓越而且加工简单、成本低廉。

但是在这篇文章之前,2006年3月由钢铁研究总院、结构材料研究所、先进钢铁材料技术国家工程研究中心等单位共同撰写的《2200Mpa超级高强度低合金钢的组织和力学性能》和2007年2月《镍含量对2200+MPa超级高强度钢力学性能的影响》中,对“超级钢”的主要力学特性都形容为“抗拉强度”。

▲在《镍含量对2200+MPa超级高强度钢力学性能的影响》一文中明确提到:“低合金超级高强度钢在4130、4340、D-6ac和6150的含碳量依次递增,205℃回火后其抗拉强度分别为1550MPa、1980MPa、2000MPa和2050MPa,伸长率分别为11%、11%、8.9%、和1%,降低回火温度会使抗拉强度更好,当抗拉强度突破2000MPa,塑韧性明显下降,无法应用”……而本研究“拟将中低合金超高强度钢含碳控制在0.5%左右,采用真空感应冶炼、电渣重熔等先进冶炼技术,有效减少钢中的S、P杂质和O、N等气体含量,提高其韧性,同时通过选择合适的回火温度,控制韧性相-残留奥氏体在回火过程中的转变,达到较好的韧性配合,探索出强度为2200MPa级塑韧性较高、成本较低的中低合金超高强度钢。”

所以宝钢的这种2200MPa的“超级钢”,很可能指的是抗拉强度,而不是潜艇必要的屈服强度,当然,也不排除在经过10余年的发展之后,宝钢将这种超级钢材的屈服特性提高的可能。

其实现在潜艇用钢不一定非要用那种性能极致的钢材,就像前文中所说的那样,美国在冷战末期开发的海狼级用的是屈服强度690兆帕的HY-100,但是其后来研制的弗吉尼亚级就采用550兆帕的HY-80了,这是因为HY-80相对来说加工难度更低,成本也更便宜,所以在用合适的钢材去匹配合适的潜艇,这才是最好的选择。

▲潜艇耐压壳的焊接一直是潜艇制造的难题,很多“超级钢材”在焊接时必须用惰性气体保护焊接,所以成本非常高,目前全世界除了俄罗斯利用前苏联遗产可以对潜艇分段整体焊接、整体探伤以外,还没有人能“烧钱”到这个地步。

不过我国核潜艇用不用这种2200Mpa的钢材,都不影响我国开发这种钢材的意义,毕竟我国能拥有这种2200MPa的“中低合金超高强度合金钢”,本身就已经是非常了不起的一件事,而且技术是相对发展的,未来也不排除我国在此基础上,可以开发出便宜、好用的高屈服强度合金钢的可能!

顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
下一篇:240CmH型钢材1米有多少公斤?
上一篇:钢厂大幅上调钢价,钢材价格还能涨吗?