國內外艦船材料的發展現狀-華普通用
國內外艦船材料的發展現狀
船體結構鋼是現代艦船建造最關鍵的結構材料,也是用量最大的材料,其性能優劣直接關系艦船技戰術性能的提高。船體結構鋼作為船體結構材料,必須具有足夠的強度和韌性、良好的工藝性及耐海水腐蝕性能。第二次世界大戰后,世界各軍事強國為了滿足艦船裝備的發展需求,研究開發了系列高強度艦船用鋼。
美國從第二次世界大戰開始發展艦船用鋼至今,其艦船船體鋼的發展經歷了多個階段。先后選用過碳素船體鋼、HTS、HY80、HY100、HSLA80、HSLA100 等多個型號的鋼種。其研制應用大致可以分為4 個階段[1 - 3]:
第一階段二戰期間,美國水面艦船主要選用HTS、A、B、D、E 等高強度及一般強度級別的結構鋼作為主船體選材。該階段鋼的主要特點是強度級別不高,合金元素少、碳當量低,故成本低、焊接性好,但其韌性較低、抗彈性差、耐蝕性一般,且鋼板厚度較大,但在當時也基本滿足了美國水面艦船的使用要求。
第二階段 20 世紀60 年代以后,為了滿足發展大型航母和新一代潛艇的需求,在Ni-Cr 系STS 防彈鋼的基礎上開發出了強度更高、韌性更好的HY 系列高強度結構鋼,包括HY80、HY100 及強度更高的HY130 鋼。HY 系列鋼種為調質型Hi-Cr-Mo 系鋼,其主要特點是:①高強度,HY80、HY100 分別為550 MPa、690 MPa 級別; ②Ni、Cr、Mo 等合金元素含量較多,碳當量高,焊接性差,建造成本高; ③鋼板規格齊全,水面、水下艦艇結構通用; ④碳含量及碳當量較高,故焊接性差。
20 世紀80 年代美國海軍HTS /MS 鋼和HY 鋼在艦船方面的應用情況。可以看到,HTS /MS 鋼在水面艦船上依然是主要且大量應用的鋼,而潛艇則以HY80、HY100 鋼為主。
第三階段 HY 系列鋼雖然強度級別較高,但由于鋼中的合金元素如Ni,Cr,Mo 等含量較高,導致該種鋼成本高,且對焊接性能要求較高。20 世紀80 年代以后,為了改善海軍艦船用鋼焊接性能,節約艦船建造成本,又發展了HSLA80、HSLA100 新鋼種,以替代對應強度級別的HY80、HY100 鋼。圖1 顯示了690 MPa 級HSLA100 鋼近年來在美國海軍最新航母建造中的使用情況。可以看出,從CVN74 的少量試用,到CVN75、CVN76、CVN77 擴大采用,經過了10 多年時間。