国产航母的特种钢技术是如何突破的?

WHY天问

说到中国特种钢,这是一个很励志的故事。中国钢产量世界第一,但特种钢却极其依赖进口,特种钢是重大装备制造、重大工程建设、战略性新兴产业和国防先进武器所需核心、关键材料,是一个国家综合竞争力的标志。

早在上世纪70年代末,我国政府就认识到特种钢的战略重要性,就与日本政府在1978年合作成立宝钢集团,技术由日本提供,这是最初的特种钢制造解决办法,但是由于日本的提供的技术有限,中国一直掌握不到特种钢的核心建造技术。进入新世界以后,中国进入高速发展时期,这个问题的解决显得更加的急迫,于是在2005年引进了俄罗斯的建造技术,中国才算掌握了核心的建造技术,特种钢的自主化开始步入高速发展期。可以这么说,中国特种钢的基础技术是在国外的帮扶下发展起来的,只是我们后发赶超了而已。

瓦良格号航母是前苏联在上世纪80年代建造的残次品,其使用的特种钢只是上世纪80年代的水平,只有250MPa到300PMa(MPa:计量单位),而现代航母要求只能是更高。以国外航母为例,航母甲板所承受的压力和冲击力是不可同日而语的,特别是美国最新的“福特级”航母,其使用的是新研制的高强度特种钢HSLA115,强度达到了785MPa。中过最新的航母在大连船厂下水海试,说明其在各个建造方面已经达到了海军的要求。这也印证了中国宝钢集团在2008年发出的消息,称以建造了强度达到1000MPa的特种钢,当然,用在国产航母上的肯定没这么高,毕竟排水量在那里。

当然,如果和瓦良格上的特种钢相比,肯定会先进很多,千万不能小瞧中国人的学习和创新能力。


谈兵论武

中国当年买回俄罗斯的“瓦良格”号,一直在大连海港呆着,好几年没有动静,原因是什么?原来就是我国没有航母钢材,连“瓦良格”号修都修不了。据说,“瓦良格”号刚拖来时就想修,当时大连造船厂和海军的人对“瓦良格”号进行了检查,结果发现,俄国人的造船水平比国内高得多。其中仅“瓦良格”号用的钢板,中国就根本没有。我们国内的军舰用钢也是抗海水腐蚀的,但是性能一般,所以必须要刷防锈漆。一般军舰,每三四年就要进船坞进行舰艇底部附着物,并重新刷防锈漆的大修。否则,海水对军舰底部的腐蚀,会严重影响舰艇的防护能力。而“瓦良格”号用的是俄罗斯的军舰特殊钢,在运到中国之前,已经好多年没有进行过防锈处理了,但是通过国内检查后发现,“瓦良格”号用的钢,可以自然抵抗海水腐蚀,所以“瓦良格”号外表面状态很好,中国拉来后,一直没有涂装,就在码头那里裸放着。一般重要军舰都是无磁的,即可以防止磁性水雷或者通过磁力探测到军舰。但地球自身是有磁场的,即使用低磁钢打造起来的军舰,在航行几年后,受地球磁场同化,军舰的钢铁也会带上磁力,所以一般三四年后,军舰要回船坞进行逆向消磁。而“瓦良格”号用的钢可以说是绝磁的,其从建造到运回中国,足足将近15年,到中国经过重新检测,磁力依然为零。当时一个接触“瓦良格”号的专家曾感叹说:“俄罗斯还是厉害,主要人家基础好,苏联留下的家底,中国就是追上20年,也很难全面超越啊,尤其是基础工业水平,严重制约了军事设备的发展。”   

“瓦良格”号运到大连后,大连造船厂立刻对其进行试修复。首先发现的问题是,我们国家的钢板根本不行,比人家差了很多,用我们的钢板进行焊接,发现连接处强度根本不够,即使勉强修复,对“瓦良格”号整体防护性能也造成了很大的下降。所以,从2000年起,我国开始与俄罗斯谈判,要引进俄罗斯的军用特殊钢生产技术。但是俄罗斯要价很高,条件也比较苛刻,光谈判,就谈了很长时间。技术引进后,国内组织技术进行生产。国内最先进的特殊钢生产基地是抚顺特钢公司(日本人1937年建的),中国的核潜艇,火箭,沈飞的飞机发动机,用的钢基本都是抚顺特钢造的。  

但当时抚顺特钢进行国企改革,工人下岗很多,除了几个军品生产车间,几乎处于半停产状态。后来,辽宁省用效益较好的大连钢厂联合抚顺特钢组建了东北特钢集团(还上市了),由大连钢厂出钱,抚顺特钢出技术,在大连建了一个生产这种俄罗斯军用特殊钢的生产基地,花了十几个亿,并且每年还要给俄罗斯交很多专利费。  

我国军事领域大量使用的钢材是907A、945和921A钢,是我国“十五”重点技术攻关项目。1985年以来,我国舰船材料研究部门和有关钢厂相继研制了屈服强度达390兆帕的907A钢、屈服强度为440兆帕的耐蚀高韧性含镍铬的945钢和屈服度达590兆帕的921A钢。现在中国生产出来的A710钢,和美国目前使用的高强度HSLA-80钢在生产工艺方面有点类似。鞍钢钢铁研究所对还对美国最新型的HSLA-100特种钢的生产、金相组织和性能进行了试验研究和初步探讨,发现这种钢在我国现有条件下进行生产是可行的。中国的航母用钢问题,在近年来才有突破性的进展。日本共同社于2009年7月19日援引加拿大权威军事杂志《汉和防务评论》的文章说,中国即将开始建造的航空母舰的钢铁,是由中国上海宝钢制造的特种钢,而宝钢公司建立时,日本曾经出资并提供技术。  

《汉和防务评论》曾指出,中国首个国产航母将会在上海长兴造船厂制造,之所以选在该厂建造,是因为比较方便从宝钢运输特种钢铁。宝钢是1978年《中日友好条约》结成以后,作为中日经济合作象征事业建立起来的。日本方面用政府开发援助(ODA)提供资金,技术由是新日铁提供。现在,宝钢作为中国首屈一指的钢铁生产厂,给军用船舶提供了很多钢材。《汉和防务评论》说,中国宝钢自从2005年引进新技术以来,已经达到了航母使用的高强度钢材国产化要求。航母的建造,除了需要特种钢之外,还需要大型的特宽厚钢板轧机。在军用造船领域,宽厚钢板是一个无法回避的问题,航母尤其如此。以美国“尼米兹”级航母为例,其飞行甲板面积达18200平方米,相当于3个足球场,由50毫米厚的HSLA-80钢板和复合装甲材料组成。飞行甲板既要承受战机起降时的强大冲击力和火焰灼烧,又要有足够的防弹能力,因此必须要用大尺寸钢板,以减少焊缝增加强度。若想制造出航空母舰用的宽厚钢板,需要5000毫米以上的现代化特宽厚钢板轧机,而这种轧机,设备吨位达7万多吨,厂房面积达20万平方米,投资达60多亿元,建设期需要6年以上。


随谈君

你们太低估中国的工业水平了。

中国是世界最大的工业国,我们的钢材产量世界第一,世界第二是唐山,唐山全市的钢材产量,是英美两国的总和。我们钢材工业技术积累几十年,并且吸取了日本和俄罗斯的经验,在航母特种钢上,早已是青出于蓝。

所谓的特种钢,就是用于特殊用途的钢材。我们平时用的钢材,包括建筑钢,刀具钢等等,都属于普通钢材,而特种钢材,才是一个大国衡量其工业能力的关键指标之一。

鞍山,是我国最重要的钢铁产地之一,而坐落于鞍山的鞍钢集团,也正承担了我国的航空母舰所用特种钢材的建造任务。事实上,地球上只有个位数的国家能够生产这种航母用的特种钢材。

我国特种钢,是鞍钢研发突破的,2012年,中国的首块航母特种钢甲板在鞍山切割。其实在辽宁号刚刚拉回来的时候,飞行甲板上几处是没有完工的,我国工程技术人员在修复辽宁号的时候,也积累了相当的经验。

现在,我们性能、排水量更强于辽宁号的国产航母001A也早已面世了,怎么还有人怀疑我国的航母特种钢水平?






平原公子

航母的舰体结构用钢是航母原材料的主体,也是用量最多的,由此才能构成航母的巨大船体外壳、各层甲板和上层建筑。航母的结构用钢除了必须符合普通水面舰船的要求、要具备良好的耐腐蚀性外,最主要的性能要求是具备高强度和很好的焊接特性。 由于工业发展落后,我国在上世纪70年代研制核潜艇时就在特种钢材时受到很大的阻碍,随后通过技术攻关完成了国内自己的特种钢,高强度钢一直是建造航母舰体的主要材料,尽管钢材具有磁性高的特点,但随着消磁技术的发展,舰用消磁系统也可以有效降低航母的磁场强度。

随着我国国产航母工程,特别是中央02工程,即2008年开始的辽宁舰改建工程,我国航母高强度钢研制提上议事日程,通过我国一系列钢铁企业和材料研究科研单位的努力,我国已经可以研制和生产与美军HSLA钢基本相当,这种新型高强度低合金钢属于我国第四代特种钢,这种钢工艺性能好,有良好的焊接性;此外,它们的应用还能显著降低航母自重并提高结构的抗损能力。

研制航母特种钢材一方面是冶金技术和材料技术,另一方敏还涉及到航母材料加工和焊接技术,我国辽宁舰航母在改建过程中大量使用了一系列新工艺和新技术,在此之前的潜艇用钢和海军大型水面舰艇——052C舰的建造中,xxx型钢在可焊性上还存在很多不足,主要表现在焊接工艺复杂,在焊接时需要高温预热环节,以防止出现焊接裂纹。预热这一工序,势必会加大施工难度、降低焊接效率,现场施工条件会非常艰苦,焊工不能连续工作必须频繁换班。而一旦预热或焊接后冷却不当,又会影响焊接质量。

我国新一代国产航母项目紧急立项后,新一代钢材研制上马就必须解决焊接工艺问题,除此之外,还要规避下面的结构建造问题,当航母由于采用新材料,在制造过程中改变了结构制造工艺(如飞行甲板下层的舱壁)时,新材料的新制造工艺会导致材料机械性能和厚度的变化不同于原材料,如果这些变化是偏于危险的,则必须计入到结构的强度设计计算中,众所周知,航母在作战和训练过程中,舰载机在飞行甲板上高强度的冲撞式起降,对船体存在低周疲劳问题。

由于高强度钢相对疲劳强度和断裂韧度较低,对结构刚度突变和制造缺陷的敏感性增大,使得低周疲劳成为高强度钢结构的重要破坏模式之一。为解决高强度钢航母结构的低周疲劳强度问题,我国需从三个方面采取措施:一是采用合理的局部结构形式,二是控制航母甲板钢板的峰值应力水平;三是对甲板结构进行低周疲劳设计,以满足航母全寿期的舰载机起降次数要求。


图说军事

怎么突破的是机密,但中国的特种钢其实一旦也不差,所谓中国特种钢都需要进口不过是默写别有用心的人弄出来忽悠人的,打个最简单的比方零几年的时候中国就突破了曲强度1000多兆帕的特种钢,到国产航母开始建设的时候中国已经突破了1300兆帕以上的特种钢并明确的表示会用到航母之上,也就是说别说比瓦良格号,就是比美国最新的福特号采用的785兆帕曲强度的特种钢中国都要强上几个档次。至于为何中国进口那么多的特种钢,主要原因是这些民用的特种钢大多都是一些高不成低不就的玩意,开发费钱费力还不见得能竞争的国别人的老牌企业,所以有现成的用还便宜为什么要自己开发。


环球武备

如果谁说是引进了日本或者俄罗斯技术的话,就完全是胡扯八道了,不是中国不想引进,是他们根本就不给中国引进技术的机会。这个事情早就有过相关报道,其实中国改造瓦良格航母完全是用不了这么久的,为什么要用这么多年去改造,就是为了弄清楚方方面面的技术,这里面当然包括航母用钢材,这是个技术攻关的事情,目的就是为了有充分的技术储备来建造中国自己的国产航母,之前中国是有过在俄罗斯购买航母用钢材的想法,但是俄罗斯根本就供给不了,因为苏联解体后,俄罗斯的工厂几乎就是瘫痪的,中国如果要想引进的话,首先就是要花大量的钱帮着俄罗斯把工厂建立起来,中国领导人是不同意的,所以组织了专家攻关,这个过程中对国外有借鉴是不假,但是绝对是中国自己搞出来的,这种技术是不可能靠引进的。


真人真实

其实钢材技术的核心就是合金含量和冶炼温度控制。以前我们在这两方面理论上是没有问题的,但是实际做不到,现在只不过是把以前能想的变成真实的产品。要说质量水平,恐怕不是一个时代的东西。


长空雄鹰46

我就是搞特种金属材料的,其实特种金属除了成分在相对范围之内外,就是要在纯净度、均匀性、超细化方面实现突破。纯净度高就要通过电渣重熔;均匀化就是要在电渣重熔时极速冷却,可以在抽腚的结晶器下方增加喷水环,或者喷气环(当然是冷却气体,如液氮、干冰等);超细化就是要在锻造过程中实现,怎么实现锻造高手是知道的,这里我就不再教你们了……


中年伤


贝贝和豆豆的视野



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