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军用舰艇特种钢材的基本要求  

2010-04-09 19:40:05|  分类: 原创 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                          军用舰艇特种钢材的基本要求

  现代军事武器家族中枪支、火炮、导弹、鱼雷、坦克、装甲车、舰艇、战机及新型打击武器无一例外都需要性能各异的特种钢材。由于众所周知的原因我国基础科研、基础工业与发达国家相比还有很大的距离,为了加快国防建设,确保国泰民安,国家也采取了一系列有效措施,其中有一项就是民营企业也能参与国防建设,很快引起了一些民营企业家的积极响应。
  军用特种钢的研发涉及几个学科,而材料科学这一块又是我国的软肋,就拿全国人民最关心的国产航空母舰用钢板来说说基本要求。
 航母需要的钢材强度通常要比普通舰船所用的钢材高很多,特别是甲板部分的钢材要应付飞机引擎喷射出来的热气,对钢材的耐热性要求很高。
  甲板部分的钢板要应付几十吨战机降落时的冲击力,整个船体抗冲击能力要求都相当高,用于航母制造的高强度军工舰船用特种钢(高强度低合金钢)屈服度一般在800MPa左右。屈服强度----当应力超过弹性极限后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。当应力达到 B点后,塑性应变急剧增加,曲线出现一个波动的小平台,这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定,因此以它作为材料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度。
有些钢材 ( 如高碳钢 ) 无明显的屈服现象,通常以发生微量的塑性变形 (0.2 % ) 时的应力作为该钢材的屈服强度,称为条件屈服强度。
高强度军工舰船用特种钢基本要求 
一:抗腐蚀性能
舰艇用的钢材要求自然抵抗海水腐蚀,抗氧化。一般民用船只都是涂装防锈漆的办法防腐蚀。
二:抗磁化
  一般重要军舰都是无磁的,也就是可以防止磁性水雷或者通过磁力探测到军舰。但是地球自身是有磁场的,即使用的低磁钢的军舰,在航行几年后,受地球磁场同化,军舰的钢铁也就带上磁力了,所以一般三四年后,军舰都要回船坞进行消磁。舰艇用钢材都要按标准进行充磁、消磁检测。
三:高强度
  航母用的钢材特别是飞行甲板用钢要求极高。特别是对于材料的屈服度要求,可比核潜艇。 一般对于造船用特种钢材都用Mpa(兆帕)来表示屈服度。
  目前最具有代表性的莫过于俄罗斯的AK系列合金钢,使用镍铬和加入钛的合金钢,屈服强度从 390-1175MPa,用来制造需要深潜的核潜艇及航母飞行甲板。美国研制的HY-80、 HY-100 、 HY-130、HSLA-100 应用于舰艇制造的高强度低合金钢,这种钢材被美国政府作为战略物资,不允许擅自出口。中国的潜艇用钢有 590Mpa 的 921 钢与 785 Mpa 的 980 超级钢。估计我国第一艘航空母舰将使用039钢、980钢。980钢是一种屈服强度不小于 785MPa的高强度,高韧性,可焊接耐压壳体用钢。该钢是我国当前强度最高,韧性最好的耐压壳体用钢,不仅要求强度高,还要求高韧性,良好焊接性,耐海水腐蚀性能,抗磁化性能,研制技术难度大。采用 NiCrMoV 合金设计及先进的预脱硫、炉外精炼、微合金化、保护浇注和控轧控冷细化晶粒等措施,钢质纯净度较高,有害元素和夹杂物低,低温韧性和焊接性能提高,同板差、异板差和表面缺陷均达到较理想指标。而用来制造航母飞行甲板的一般在850左右。美国HY系列特种钢材主要用于制造潜艇和航母飞行甲板。HY80的屈服度在800左右,民用船只一般只需要250Mpa的材料即可,普通军用船只也就是300左右。而且近年来,成本控制的进一步要求,一般军舰采用民用标准的很多,材料要求进一步降低,甚至出现了使用铝材、可焊接蜂窝板、可焊接高强度复合板等制造船舱隔板。在不影响整体抗打击性能的前提下,有效降低了整体重量。但对于航母的飞行甲板标准却是各国均没下降过的。而且全世界至今仅仅4个国家能制造用于航母的特种钢材。
四:温度特性
  众所周知一般钢材都有较大的正温度特性即温度升高物理尺寸增大,军用舰艇要承受来自环境、发动机、舰载机喷射引擎、武器弹药带来极高温差,这些温度差会引起晶相变化,强度下降等物理损伤,甚至造成焊接缝开裂。温度特性取决于材料本身的成分、加工工艺及制造设备。
五:焊接性能
   高强度军工舰船用特种钢还要求有良好的可焊接性能,常见的很多种钢材虽然其强度、硬度较高但焊接极为困难,军用舰艇钢材都要求有良好的热裂抗力和冷裂抗力,不使用焊前预热仍可保持好的可焊性。
六:我国部分军用钢材标准
   GJB1953《航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》、GJB3165《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》、GJB1952《航空用高温合金冷轧薄板规范》、GJB3317《航空用高温合金热轧板规范》、GJB1220《火炮零件用合金结构钢棒规范》、《舰艇用921D钢锻钢规范》
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