航母所用的特種鋼技術(shù)難度有多高？

2017年4月26日，中國首艘國產(chǎn)航母在大連正式下水。到如今國產(chǎn)航母已經(jīng)展開第九次出海試航，在《央視》的“對(duì)話”欄目——中國航母走向深藍(lán)中，首次向我們揭示了航母的自主研發(fā)過程，無論是“電磁兼容系統(tǒng)”還是“電力系統(tǒng)”亦或是“航煤泵”、“阻攔索”都是全自主研發(fā)。而航母中難度最高之一的鋼材則由鞍鋼負(fù)責(zé)研發(fā)，全世界真正意義能夠造出航母所用鋼材里難度最高的甲板鋼的只有美國和俄國兩個(gè)國家，它們的甲板鋼全部都被禁止向中國出口。而中國也在修復(fù)遼寧號(hào)的時(shí)候就成功掌握了甲板鋼技術(shù)。△修復(fù)遼寧號(hào)，鞍鋼開始掌握航母鋼材技術(shù)當(dāng)時(shí)瓦良格號(hào)被拖回來之后，因?yàn)楸徊鸪嗽S多內(nèi)部設(shè)備再加上長期銹蝕，需要幾百噸的對(duì)稱球扁鋼進(jìn)行修復(fù)，所謂球扁鋼就是一種頭部呈圓球狀，身體扁平的特殊鋼材，主要應(yīng)用于造船和造橋領(lǐng)域，一般較大的船只和正規(guī)的船舶在設(shè)計(jì)時(shí)主船體大多選用船用球扁鋼，采用與相連板材相同厚度與材質(zhì)的球扁鋼作骨材（也稱筋骨或龍骨）。球扁鋼可以說是修復(fù)航母不可或缺的鋼材。2008年，鞍鋼負(fù)責(zé)研制“瓦良格”號(hào)所需要的對(duì)稱球扁鋼，而當(dāng)時(shí)我國沒有任何研制加工此類鋼材的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，這項(xiàng)艱巨的任務(wù)落在了鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院軍工所的研究員周丹身上，她從事水面艦船用鋼的研發(fā)已經(jīng)24年，但是這項(xiàng)任務(wù)對(duì)于她而言卻還是異常艱巨。而周丹團(tuán)隊(duì)僅僅只用了一年半的時(shí)間，完成了需要三到五年才能完成的研發(fā)任務(wù)，生產(chǎn)了大概10倍的產(chǎn)量，最終保證了供貨。2009年5月，鞍鋼為遼寧艦修復(fù)生產(chǎn)的200噸航母用鋼順利交付。之后，周丹采用快速感應(yīng)加熱技術(shù),對(duì)鞍鋼生產(chǎn)的熱軋球扁鋼淬火工藝進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)開發(fā)出淬火生產(chǎn)線,對(duì)電源頻率、加熱方式、感應(yīng)器等設(shè)備及工藝參數(shù)進(jìn)行了選擇確定，由此研發(fā)了熱軋球扁鋼快速感應(yīng)加熱技術(shù)。而經(jīng)過了這次的研制，鞍鋼除了球扁鋼之外，也開始研制包括艦體用鋼、上層建筑鋼多種鋼材，鞍鋼為此引進(jìn)了國內(nèi)最先進(jìn)的熱連軋板帶生產(chǎn)線，大大提高了產(chǎn)量。航母鋼材難度最大的甲板鋼是什么？在這些鋼材里面研制難度最大的就是甲板鋼了，現(xiàn)代航母和二戰(zhàn)時(shí)期的航母是不一樣的，二戰(zhàn)時(shí)期的航母屬于第二代航母，而我們現(xiàn)在的則屬于第三代航母。兩者最大的區(qū)別就是全通式甲板改變?yōu)樾苯羌装?，全通式甲板前段跑道只能滿足螺旋槳飛機(jī)起飛，其自后段甲板起飛的跑道長度也令其他艦載機(jī)在這時(shí)無法降落，降低起降效率。此外，全通式甲板也存在著著艦失敗會(huì)撞毀跑道飛機(jī)的問題。所以后來改為了斜角甲板?！魅毡径?zhàn)航母△現(xiàn)代航母所以不要說為什么日本是全世界最早研制航母的，肯定掌握了甲板鋼技術(shù)了，二戰(zhàn)時(shí)期的航母與我們現(xiàn)在的航母有著本質(zhì)的區(qū)別。第三代航母的甲板鋼比一般所需要的航母鋼材難度要求也會(huì)更大，因?yàn)楹Ｋ畬?duì)艦船腐蝕特別厲害，會(huì)嚴(yán)重影響艦船的速度和防護(hù)能力，所以要具備抗海水腐蝕的能力。一般鋼鐵都帶有一定磁力。由于地球本身是有磁場(chǎng)的，一般低磁鋼鐵制造的艦船用久了，會(huì)受地球磁場(chǎng)磁化，產(chǎn)生磁力。磁力對(duì)軍艦來說是非常不利的。因?yàn)檫@容易被敵方磁力探測(cè)儀偵測(cè)到，或受到敵方磁性水雷等武器的攻擊。因此，軍艦用鋼，磁力越小越好。在航母上，飛機(jī)在一兩百米內(nèi)，就要從靜止?fàn)顟B(tài)完成滑跑、起飛、騰空的過程。這除了有彈射裝置助推外，更要求飛機(jī)本身有強(qiáng)大的推力。當(dāng)飛機(jī)加力開到足以飛起時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)噴射出的火焰可達(dá)上千度，足以把一般鋼材制作的甲板熔化了！一般艦載機(jī)每架都有三十來噸重，降落著艦時(shí)，對(duì)甲板的沖擊力極大，因此，對(duì)甲板的抗沖擊力、抗扭曲力的要求就非常高，外航母甲板還要有抗敵方穿甲彈攻擊的較強(qiáng)能力。所以航母甲板鋼屈服強(qiáng)度MPa（兆帕）（屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，也就是抵抗微量塑性變形的應(yīng)力）更是要求在500 MPa以上。另外，拼焊飛行甲板的鋼板面積越大，焊縫數(shù)量就越少，還能縮短建造周期，提高甲板整體質(zhì)量。這就對(duì)甲板鋼的力學(xué)性能提出了非常嚴(yán)格的要求，它的頭和尾強(qiáng)度偏差，不會(huì)超過10兆帕，它所有的-84度沖擊韌性，都是在250焦以上為提高航母的機(jī)動(dòng)性，增加航速，需要減輕船體重量，降低重心，使船體更加平穩(wěn)，還要有足夠的防彈能力，這就需要高強(qiáng)度高韌性的鋼板進(jìn)行保障。正是因?yàn)橐瑫r(shí)滿足如此多的苛刻要求，所以航母用甲板鋼超過了任何一種軍用艦船的鋼材品質(zhì)，而也是因?yàn)榧装邃摼哂腥绱藦?qiáng)勁的性能，所以除了甲板之外，它還裝備在航母指揮中心，這是整個(gè)航母最為核心的位置，最厚達(dá)330毫米。另外一個(gè)就是航母的動(dòng)力系統(tǒng)，一旦航母的動(dòng)力系統(tǒng)被破壞，我們就成為了挨打的靶子。而在一開始，甲板鋼的技術(shù)只有美俄兩個(gè)國家掌握。美國用來制造航母甲板鋼的屈服強(qiáng)度一般在850兆帕左右。他們現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了兩個(gè)系列的特種鋼。一種是HY系列特種鋼材，另外一種是HSLA型鋼材。HSLA-80鋼是美國20世紀(jì)80年代研制成功的新型高強(qiáng)度、高韌性結(jié)構(gòu)鋼。而俄羅斯的則更為強(qiáng)勁，俄羅斯的AK系列鎳鉻加鈦合金鋼是世界上屈服強(qiáng)度最高的材料，可達(dá)1000MPa，除了用來制造航母，還用來制造需要深潛的核潛艇。而日本的制造的特種合金鋼，屈服強(qiáng)度基本在450MPa左右，僅能夠用來制造潛艇和兩硒攻擊艦，無法用來制造甲板鋼。鞍鋼掌握甲板鋼技術(shù)我國一開始是想從俄羅斯引進(jìn)特種鋼技術(shù)，但是經(jīng)歷了不少波折，最終還是沒有成功。而且無論是美俄，甲板鋼都是禁止向中國出口的。為了能夠研制甲板鋼成功，鞍鋼特地向一重集團(tuán)定制了超寬軋機(jī)。一重集團(tuán)為鞍鋼的鋼材基地研制了世界上最先進(jìn)的鋼鐵生產(chǎn)加工設(shè)備——被稱為“世界軋機(jī)之王”的五米五超寬軋機(jī)?！魑迕孜宄瑢捾垯C(jī)這臺(tái)軋機(jī)重760多噸，由40臺(tái)左右的單機(jī)設(shè)備組成，占地約200延長米，零部件達(dá)10萬個(gè)左右。5.5米寬厚板軋機(jī)制造成功，高達(dá)10萬噸的下壓軋制力，可以軋制寬度5.5米的鋼板，軋制長度可達(dá)40米以上，是目前世界上規(guī)格最大、裝機(jī)水平最高、軋制能力最強(qiáng)、單機(jī)設(shè)備噸位最大的寬厚板軋機(jī)。是當(dāng)之無愧的“軋機(jī)之王”。這臺(tái)軋機(jī)的成功對(duì)我國造船業(yè)、核電以及國防工業(yè)等將起到重要支撐作用最終，在鞍鋼的努力下，中國航母采用的甲板鋼終于在這個(gè)軋機(jī)之王下誕生，整體技術(shù)指標(biāo)與美國福特級(jí)使用的HSLA-115型特種鋼不相上下，達(dá)到了690MPa。中國成為了世界上第三個(gè)掌握了甲板鋼技術(shù)的國家，除了甲板鋼，在為國產(chǎn)航母供應(yīng)鋼材的任務(wù)中，鞍鋼只用了一年就完成了過去需要十年的特種鋼產(chǎn)量，目前國產(chǎn)航母除了30%技術(shù)相對(duì)較低的結(jié)構(gòu)鋼之外，國產(chǎn)航母所需要特種鋼材的70％都是鞍山鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的。鞍鋼的高速度大大加快了國產(chǎn)航母的研發(fā)，國產(chǎn)航母才得以在2017年成功下水。目前鞍鋼和寶鋼還在為002艘國產(chǎn)航母建造鋼材。正是有這樣一批的工程師、科學(xué)家在，中國才能多次打破國外的質(zhì)疑，打造屬于我們的工業(yè)奇跡。
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