航空母舰用钢技术
发布时间:2018-05-04 14:08
作者:互联网
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建造一艘大型航空母舰
需要钢板品种规格繁多,一般
钢种分船体板、装
甲板及结构板3大类。船体板水下部分为了防鱼雷与潜艇导弹的轰击,采用钢板厚度达150~203mm,也有制成双层或3层船体,当外层板受到破损时,内层船体功能尚在,不致沉殁而没有战斗力;装甲板多用于防弹和核心部位,如司令台是全舰的指挥部,用装甲板保护,也是航空母舰用板最厚部分,最厚达330mm的装甲板,性能类似于坦克板;结构板主要用于飞机跑道、隔仓及船体结构等,一般飞机跑道用钢板厚度为40~50mm,对不平度达要求高,不然会影响飞机升降的质量,而且板面越大越好,尽量减少焊缝,焊缝多时对飞机的轮胎破坏性大。20世纪70年代,我国研制成功水面舰船高
强度船体钢系列。舰船材料研究部门和有关钢厂自1985年以来,相继开展屈服强度440MPa级耐蚀高
韧性含
镍铬的945钢的研究,更新换代903A钢及屈服强度390MPa级907A钢的研究。一个航母的建造不仅只是增加一艘大型战舰,而且可以大大加强海上作战的
能力,带动海军各种兵力的组合协同,以及其他军种的联合协调,也能拉动国家军工
产业和相关产业的发展,
钢铁工业是其中之一。随着海
军舰船的更新换代和现代
冶金技术的发展,必然要对现有舰船用结构材料进行改进、完善配套、提高性能、降低
成本,更好地挖掘其能力,满足现代舰船的需要,获得最大的
社会和
经济效益。我国第一艘航空母舰“辽宁舰”于2012年9月25日上午在中国
船舶重工集团
公司大连造船厂正式交付海军。建设航母是一项复杂的
系统工程,集中体现了国防科技工业的综合实力,通过续建一艘航母平台、研制一代舰载飞机的科研
生产建设实践,突破了一批关键技术、形成了一套运行
机制、打造了一支人才队伍。我国第一艘航空母舰命名为“中国人民解放军海军‘辽宁舰’”,舷号为“16”。“
瓦良格”号是一艘大型常规
动力航空母舰,外形高大威武,是典型的苏式舰艇风格。这个庞然大物当年运回来时,就是一个大
铁块,没有动力系统、
电力系统,仅仅是个平台,是一艘带有厚重装甲的大型船壳,不经修缮就是一个废品。“辽宁舰”的入列实际上是中国海军走向远洋的起点,从这艘航母平台上,我们获得的经验一定会推动中国海军大型水面舰艇的发展,推动海军的
战略转型。美国,用来制造航母飞行甲板的钢的屈服强度一般在550MPa以上。美国HY系列
特种钢材同样用于制造潜艇和航母飞行甲板。HY-80的屈服强度在550MPa左右,用于航母制造。同样也是镍铬和加入
钛的
合金钢。而后美国又在HY-80钢的
基础上,发展了屈服强度不低于686MPa的HY-100钢,也是当前美国海军航母重要部位的主要材料。HSLA-80钢是美国20世纪80年代研制成功的新型高强度、高韧性
结构钢。该
型钢已部分或全部取代HY-80钢用于建造大型水面舰艇,如驱逐舰、巡洋舰和航空母舰等,其中“尼米兹”级核动力航母的某些结构采用此钢种,执行ML-S-24645A
标准。HSLA-100钢是美国为新建的航母壳体和先进的攻击型核潜艇(非耐压壳体)而研制的钢,其性能已达到HY-100钢的
水平,板厚可达100mm,1990年美已制订其军用规
范ML-S-24645A,其
焊接材料与HY-100钢的相同。HSLA-100钢的第一批订货是用于核动力航母“斯坦尼斯”号(CVN-74)。HSLA-115钢的屈服强度约为800MPa,比HSLA-100钢(屈服强度约为690MPa)要高。美海军采用后者作为未来航母CVN-78的飞行甲板用钢,为减重及重心降低研制了HSLA-115钢。美国海军,于2007年2月28日至2010年2月22日开展了“高性能HSLA-115钢的评价和实施第II
阶段”
项目的研究。通过新型
热处理使现用高强度
低合金钢HSLA-100屈服强度提高至115ksi(794MPa)(代号HSLA-115),减少使用钢板厚度,从而在满足性能要求的前提下减轻船体重量;开展了评价大规模生产的钢板,确定HSLA-115的性能
指标和建造
工艺可制造性,优化焊接和船厂
作业工艺方案,并对
供应商进行资格的认证。10Ni钢作为防弹结构材料。
英国,英国的“无敌”级航母使用的就是法国
软钢,但基于这样的材料屈服强度比较低,一般仅仅用于制造小型垂直起降或者直升飞机航母。法国自己的“戴高乐”号还是用的HY-80特种钢。
日本,也能制造屈服强度比较高的特种
合金钢,屈服强度基本在450MPa左右,日本的潜艇和两栖攻击舰都使用了本国出产的特种
钢材。用于制造舰船的
钢材主要有:
碳素钢、低合
金钢、及高屈服强度钢NS30、NS46、NSS0和NS90(与美国航母用HY-130钢基本相当),其屈服强度分别为:294、451、618、785和883MPa。美国目前使用的高强度HSLA-80钢在生产工艺方面类似于我国A710钢。
鞍钢钢铁研究所对HSLA-100钢的生产、金相组织和性能进行了试验研究并投入到
工业化生产。该钢种强化机制为板条
马氏体束、针状
铁素体束及其宽度的细化和原始
奥氏体晶粒的细化。同时,也证明了这种钢在我国现有条件下生产是没有问题的。我国的舰船材料研究部门和有关钢厂自1985年以来,相继开展屈服强度440MPa级耐蚀高韧性含镍铬的945钢的研究,更新换代903A钢及屈服强度390MPa级907A钢的研究。此外,在制造水面舰船上还大量使用一般
碳素钢、A级钢、B级钢。为了降低军舰造价,充分发挥材料性能,常常在同一条舰船上根据设计要求大量使用不同强度级别的材料。美国国防部对舰艇用钢进行了统计,每艘航空母舰用50000t钢板。而1995年服役的斯坦尼斯号则使用了60000t钢板,2003年服役的林肯号则用了70000t钢板。核动力航空母舰和潜艇要求
核反应堆用核级钢板、汽轮机和装置用钢板。尼米兹级航空母舰甲板用钢必须承受37tF-14猫式飞机150mile/h的着舰时的冲击力的作用,还要保护舰员不受舰上核
反应堆产生的辐照和其它弹体的攻击。世界经济飞速发展的今天,国防力量更不容忽视,有人说,一个国家没有大的
厚板轧机,就不可能自己建造航空母舰,没有航空母舰,就没有资格谈论海军的强大。今天,这些都不是问题了。我国的航母尽快赶上世界先进水平是指日可待的事了。2015年服役的“福特”号整体设计更为优化,隐身性更好,它将塔台缩小,将以前设计上一些带直角的部位也都改成了倾斜和圆滑的,还加了一些有隐身功能的
涂料——先进的隐身战舰,在对方雷达的照射之下,其发射截面积大小可能只相当于一艘普通舰。“福特”号将“尼米兹”号所用的A4-W压水反应堆改为A5-W压水反应堆,从而使得动力系统性能更优越,维护更简便,填充一次
燃料可以50年不更换。“福特”号的弹射技术将使用
电磁弹射器,这使其准备时间大大缩短,而且从几十吨重的飞机到几十公斤的无人机都可以顺利弹射,效率大大提高;以前蒸汽弹射器使用前需要准备10小时,电
磁弹射只需10分钟就可以了。
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。