中國突破下一代核潛艇超級鋼 成為全球唯一量產超級鋼國家

一般來說,耐壓殼體所需要用到的鋼材都極為強韌,同時也意味著很難加工。總體而言,單殼體和雙殼體各有側重,需要根據潛艇任務需求和技術水平來取捨。

雙殼體潛艇的外殼不需要承擔耐壓任務,可以根據潛艇最佳的外形設計需要來加工,而內部的耐壓艇體則可以根據施工難度最小、最經濟的形狀來加工,既降低了建造難度,也控制了施工風險。

對於工業能力較弱的國家來說,雙殼體降低了工程建造上的門檻,而對於材料、加工能力較強的國家來說,單殼體可以同時滿足耐壓和良好流線型的需求,進一步提升潛艇性能。

據稱中國的新一代095和096核潛艇將使用單殼體結構,這也就意味著對潛艇外殼材料的性能和可加工性提出了更高要求。

(二)最好的鋼材用於製造核潛艇耐壓殼

由於核潛艇常年潛入深海中巡邏,服役條件苛刻,使用週期很長,可以說是要求最苛刻的鋼材了。除了需要滿足潛艇本身的性能要求外,考慮到工程的性價比因素,這種鋼材的加工成本和難度也不能過高。

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核潛艇用鋼需要在以下幾個方面擁有較好的性能:

(1)高屈服強度。

為提高潛艇的各項戰術性能,必須儘可能增加潛艇的下潛深度。同時,潛艇下潛深度越大,深水對潛艇耐壓殼體的壓力也越大。增加耐壓殼體鋼板的厚度,雖然可承受更大的壓力,但這將導致潛艇的重量增加。所以,提高鋼的屈服強度是根本的辦法。

鋼的屈服強度越高,耐壓殼體重量就越輕,下潛的深度越深,潛艇的隱蔽性就越好,能夠顯著提高潛艇戰術性能。

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(2)高韌性。

全球海洋的海水溫差極大,溫度的波動為零下34到零上49攝氏度,在這個溫度範圍內,潛艇鋼必須具有良好的韌性。

潛艇鋼材的韌性要求比一般的工程結構要嚴格得多,特別是在潛艇表面遭受攻擊併產生較大的變形時,也不允許輕易產生破損,因此還要求有良好的抗爆性能。

(3)良好的可加工性。

整個潛艇是一個大型的焊接結構,焊接是潛艇建造的主體工藝,潛艇整體表面要儘量保持相同的性能,這是一個相當嚴格的要求。

焊接過程是金屬重新熔化、重新凝固的過程,它與一體化製造的母材是完全不同的,二者有較大差異。但是要求潛艇鋼材必須具有好的焊接性能才能滿足潛艇建造和使用的技術要求,否則會產生安全隱患。

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(4)良好的耐海水腐蝕性。

海水是一種複雜的多種鹽類的平衡溶液,在長久的使用週期中,潛艇用鋼材必須在海水中均勻腐蝕小,在焊縫附近不產生局部腐蝕。

(5)抗疲勞性能。

潛艇在平時需要經常下潛或上浮,潛艇耐壓殼體用鋼要承受反覆的壓力循環,這會縮短潛艇耐壓殼體用鋼的使用壽命,因此,對於潛艇耐壓殼來說,材料的抗疲勞性必須強。

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(三)“超級鋼”讓中國核潛艇質量提升成為可能

去年,中國對外宣佈,已成功完成了“超級鋼”的研製並開始小規模工業化量產,這一最新科技成果隨即登上了全球頂級學術期刊《科學》。

據悉,這種“超級鋼”擁有2200兆帕的屈服強度和16%的均勻延伸率,屈服強度是其他全球同類產品的兩倍。同時,“超級鋼”的密度還比普通鋼材低30%,意味著這款鋼材的綜合性能極佳,在軍工產品製造上前景廣闊,可能已經首先應用於中國即將開始量產的095以及096核潛艇。

我們知道,材料在硬度和延展性上屬於魚與熊掌不可兼得的關係,硬度越大的材料意味著其延展性極大受限,這給材料的再加工帶來了極大的困難,比如大家熟悉的陶瓷以及鈦合金。

因此研發一種即有硬度又有良好延展性的材料一直是各國武器裝備特別是核潛艇建造的關鍵點。

而這次“超級鋼”的誕生,則意味著中國在強度、韌性、可加工性、耐海水腐蝕性、耐疲勞性等方面要求最高的潛艇耐壓殼體鋼材上,終於擁有了達到甚至超過世界先進水平的國產鋼材。

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(中國“超級鋼”研究取得巨大突破)

反映在直觀的數據上,中國的新型潛艇在使用“超級鋼”之後,潛水深度比起上一代至少可以增加50%,這意味著潛艇的下潛深度可以達到900米。艇體重量更輕,速度也會增加不少,這使得水下的作戰深度、廣度和空間被大大拓寬了。

在絕大多數情況下,目前在役的魚雷根本無法做到有效攻擊900米深度的目標,而深水炸彈雖然在理論上可以做到,但其下降的速度非常慢,不要說比得上攻擊核潛艇,甚至連高速航行的AIP潛艇都無法追上。

水下作戰的深度類似於空戰中的高度,一旦中國具備“上視上射”的潛艇能夠掌握深度(相當於戰機“下視下射”),就可以在作戰中擁有絕對的主動權,逐個獵殺敵方的海軍力量。

目前,中國是世界上唯一一個可以量產“超級鋼”的國家,由於項目剛起步,且需要經歷一個“產能爬坡”的階段,這些“超級鋼”將優先供給國防工業製造先進的裝備,它為中國下一代主戰裝備的鋼材問題的解決提供了一種新的可能性。

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