國產航母的特種鋼技術是如何突破的?

WHY天問


航母用鋼是高強度低合金鋼,有很多特殊要求,包括要具有很高的強度、韌性、良好的焊接性,要能抵抗海水腐蝕、防磁、耐高溫、耐衝擊等。

我國的遼寧艦是在從烏克蘭購買的“瓦良格”號航母基礎上續建和改裝的。“瓦良格”號航母的艦體是蘇聯在解體之前建造的,到蘇聯解體時已經完工60%左右。自1992年1月停工後,“瓦良格”號就擱置在舾裝碼頭上任憑風吹日曬,1998年被中國購買之後又經歷了受困黑海、漫長的海上拖帶和在大連船廠3年的扔放,期間沒有進行過任何防鏽維護。但是我國技術專家在對“瓦良格”號進行檢測後發現,“瓦良格”號的鋼材質量非常高。現任遼寧艦艦長劉喆去年8月26日在央視《開講啦》欄目做客時,也對“瓦良格”號航母用鋼給予了高度評價,“我拿手套擦去鋼板上的浮鏽,裡面是鋥光瓦亮,跟新的一樣。”

“瓦良格”號航母所用的添加了鎳、鉻和鈦元素的的高強度低合金鋼。但是在購進“瓦良格”號的時候,國內還難以生產鎳鉻鈦合金鋼,這也是“瓦良格”號被放置3年才動工改裝的原因。後來由撫順特鋼向俄羅斯購買了鎳鉻鈦高溫合金鋼技術,同時組織力量集中攻關航母用鋼的關鍵技術。經過艱苦攻關,我國完全掌握了高強度低合金鋼的冶煉和焊接工藝,從而保證了“瓦良格”號的修續建和改造,使之變身為遼寧艦,而且我國首艘國產航母也全部採用了自主研製和生產的特種鋼。(S)


聯合防務


中國當年買回俄羅斯的“瓦良格”號,一直在大連海港待著,好幾年沒有動靜,原因是什麼?原來就是我國沒有航母鋼材,連“瓦良格”號修都修不了。據說,“瓦良格”號剛拖來時就想修,當時大連造船廠和海軍的人對“瓦良格”號進行了檢查,結果發現,俄國人的造船水平比國內高得多。其中僅“瓦良格”號用的鋼板,中國就根本沒有。我們國內的軍艦用鋼也是抗海水腐蝕的,但是性能一般,所以必須要刷防鏽漆。一般軍艦,每三四年就要進船塢進行艦艇底部附著物,並重新刷防鏽漆的大修。否則,海水對軍艦底部的腐蝕,會嚴重影響艦艇的防護能力。而“瓦良格”號用的是俄羅斯的軍艦特殊鋼,在運到中國之前,已經好多年沒有進行過防鏽處理了,但是通過國內檢查後發現,“瓦良格”號用的鋼,可以自然抵抗海水腐蝕,所以“瓦良格”號外表面狀態很好,中國拉來後,一直沒有塗裝,就在碼頭那裡裸放著。一般重要軍艦都是無磁的,即可以防止磁性水雷或者通過磁力探測到軍艦。但地球自身是有磁場的,即使用低磁鋼打造起來的軍艦,在航行幾年後,受地球磁場同化,軍艦的鋼鐵也會帶上磁力,所以一般三四年後,軍艦要回船塢進行逆向消磁。而“瓦良格”號用的鋼可以說是絕磁的,其從建造到運回中國,足足將近15年,到中國經過重新檢測,磁力依然為零。當時一個接觸“瓦良格”號的專家曾感嘆說:“俄羅斯還是厲害,主要人家基礎好,蘇聯留下的家底,中國就是追上20年,也很難全面超越啊,尤其是基礎工業水平,嚴重製約了軍事設備的發展。”   

“瓦良格”號運到大連後,大連造船廠立刻對其進行試修復。首先發現的問題是,我們國家的鋼板根本不行,比人家差了很多,用我們的鋼板進行焊接,發現連接處強度根本不夠,即使勉強修復,對“瓦良格”號整體防護性能也造成了很大的下降。所以,從2000年起,我國開始與俄羅斯談判,要引進俄羅斯的軍用特殊鋼生產技術。但是俄羅斯要價很高,條件也比較苛刻,光談判,就談了很長時間。技術引進後,國內組織技術進行生產。國內最先進的特殊鋼生產基地是撫順特鋼公司(日本人1937年建的),中國的核潛艇,火箭,沈飛的飛機發動機,用的鋼基本都是撫順特鋼造的。  

但當時撫順特鋼進行國企改革,工人下崗很多,除了幾個軍品生產車間,幾乎處於半停產狀態。後來,遼寧省用效益較好的大連鋼廠聯合撫順特鋼組建了東北特鋼集團(還上市了),由大連鋼廠出錢,撫順特鋼出技術,在大連建了一個生產這種俄羅斯軍用特殊鋼的生產基地,花了十幾個億,並且每年還要給俄羅斯交很多專利費。  

我國軍事領域大量使用的鋼材是907A、945和921A鋼,是我國“十五”重點技術攻關項目。1985年以來,我國艦船材料研究部門和有關鋼廠相繼研製了屈服強度達390兆帕的907A鋼、屈服強度為440兆帕的耐蝕高韌性含鎳鉻的945鋼和屈服度達590兆帕的921A鋼。現在中國生產出來的A710鋼,和美國目前使用的高強度HSLA-80鋼在生產工藝方面有點類似。鞍鋼鋼鐵研究所對還對美國最新型的HSLA-100特種鋼的生產、金相組織和性能進行了試驗研究和初步探討,發現這種鋼在我國現有條件下進行生產是可行的。中國的航母用鋼問題,在近年來才有突破性的進展。日本共同社於2009年7月19日援引加拿大權威軍事雜誌《漢和防務評論》的文章說,中國即將開始建造的航空母艦的鋼鐵,是由中國上海寶鋼製造的特種鋼,而寶鋼公司建立時,日本曾經出資並提供技術。  

《漢和防務評論》曾指出,中國首個國產航母將會在上海長興造船廠製造,之所以選在該廠建造,是因為比較方便從寶鋼運輸特種鋼鐵。寶鋼是1978年《中日友好條約》結成以後,作為中日經濟合作象徵事業建立起來的。日本方面用政府開發援助(ODA)提供資金,技術由是新日鐵提供。現在,寶鋼作為中國首屈一指的鋼鐵生產廠,給軍用船舶提供了很多鋼材。《漢和防務評論》說,中國寶鋼自從2005年引進新技術以來,已經達到了航母使用的高強度鋼材國產化要求。航母的建造,除了需要特種鋼之外,還需要大型的特寬厚鋼板軋機。在軍用造船領域,寬厚鋼板是一個無法迴避的問題,航母尤其如此。以美國“尼米茲”級航母為例,其飛行甲板面積達18200平方米,相當於3個足球場,由50毫米厚的HSLA-80鋼板和複合裝甲材料組成。飛行甲板既要承受戰機起降時的強大沖擊力和火焰灼燒,又要有足夠的防彈能力,因此必須要用大尺寸鋼板,以減少焊縫增加強度。若想製造出航空母艦用的寬厚鋼板,需要5000毫米以上的現代化特寬厚鋼板軋機,而這種軋機,設備噸位達7萬多噸,廠房面積達20萬平方米,投資達60多億元,建設期需要6年以上。


隨談君


說到中國特種鋼,這是一個很勵志的故事。中國鋼產量世界第一,但特種鋼卻極其依賴進口,特種鋼是重大裝備製造、重大工程建設、戰略性新興產業和國防先進武器所需核心、關鍵材料,是一個國家綜合競爭力的標誌。

早在上世紀70年代末,我國政府就認識到特種鋼的戰略重要性,就與日本政府在1978年合作成立寶鋼集團,技術由日本提供,這是最初的特種鋼製造解決辦法,但是由於日本的提供的技術有限,中國一直掌握不到特種鋼的核心建造技術。進入新世界以後,中國進入高速發展時期,這個問題的解決顯得更加的急迫,於是在2005年引進了俄羅斯的建造技術,中國才算掌握了核心的建造技術,特種鋼的自主化開始步入高速發展期。可以這麼說,中國特種鋼的基礎技術是在國外的幫扶下發展起來的,只是我們後發趕超了而已。

瓦良格號航母是前蘇聯在上世紀80年代建造的殘次品,其使用的特種鋼只是上世紀80年代的水平,只有250MPa到300PMa(MPa:計量單位),而現代航母要求只能是更高。以國外航母為例,航母甲板所承受的壓力和衝擊力是不可同日而語的,特別是美國最新的“福特級”航母,其使用的是新研製的高強度特種鋼HSLA115,強度達到了785MPa。中過最新的航母在大連船廠下水海試,說明其在各個建造方面已經達到了海軍的要求。這也印證了中國寶鋼集團在2008年發出的消息,稱以建造了強度達到1000MPa的特種鋼,當然,用在國產航母上的肯定沒這麼高,畢竟排水量在那裡。

當然,如果和瓦良格上的特種鋼相比,肯定會先進很多,千萬不能小瞧中國人的學習和創新能力。


談兵論武


你們太低估中國的工業水平了。

中國是世界最大的工業國,我們的鋼材產量世界第一,世界第二是唐山,唐山全市的鋼材產量,是英美兩國的總和。我們鋼材工業技術積累幾十年,並且吸取了日本和俄羅斯的經驗,在航母特種鋼上,早已是青出於藍。

所謂的特種鋼,就是用於特殊用途的鋼材。我們平時用的鋼材,包括建築鋼,刀具鋼等等,都屬於普通鋼材,而特種鋼材,才是一個大國衡量其工業能力的關鍵指標之一。

鞍山,是我國最重要的鋼鐵產地之一,而坐落於鞍山的鞍鋼集團,也正承擔了我國的航空母艦所用特種鋼材的建造任務。事實上,地球上只有個位數的國家能夠生產這種航母用的特種鋼材。

我國特種鋼,是鞍鋼研發突破的,2012年,中國的首塊航母特種鋼甲板在鞍山切割。其實在遼寧號剛剛拉回來的時候,飛行甲板上幾處是沒有完工的,我國工程技術人員在修復遼寧號的時候,也積累了相當的經驗。

現在,我們性能、排水量更強於遼寧號的國產航母001A也早已面世了,怎麼還有人懷疑我國的航母特種鋼水平?






平原公子


航母的艦體結構用鋼是航母原材料的主體,也是用量最多的,由此才能構成航母的巨大船體外殼、各層甲板和上層建築。航母的結構用鋼除了必須符合普通水面艦船的要求、要具備良好的耐腐蝕性外,最主要的性能要求是具備高強度和很好的焊接特性。 由於工業發展落後,我國在上世紀70年代研製核潛艇時就在特種鋼材時受到很大的阻礙,隨後通過技術攻關完成了國內自己的特種鋼,高強度鋼一直是建造航母艦體的主要材料,儘管鋼材具有磁性高的特點,但隨著消磁技術的發展,艦用消磁系統也可以有效降低航母的磁場強度。

隨著我國國產航母工程,特別是中央02工程,即2008年開始的遼寧艦改建工程,我國航母高強度鋼研製提上議事日程,通過我國一系列鋼鐵企業和材料研究科研單位的努力,我國已經可以研製和生產與美軍HSLA鋼基本相當,這種新型高強度低合金鋼屬於我國第四代特種鋼,這種鋼工藝性能好,有良好的焊接性;此外,它們的應用還能顯著降低航母自重並提高結構的抗損能力。

研製航母特種鋼材一方面是冶金技術和材料技術,另一方敏還涉及到航母材料加工和焊接技術,我國遼寧艦航母在改建過程中大量使用了一系列新工藝和新技術,在此之前的潛艇用鋼和海軍大型水面艦艇——052C艦的建造中,xxx型鋼在可焊性上還存在很多不足,主要表現在焊接工藝複雜,在焊接時需要高溫預熱環節,以防止出現焊接裂紋。預熱這一工序,勢必會加大施工難度、降低焊接效率,現場施工條件會非常艱苦,焊工不能連續工作必須頻繁換班。而一旦預熱或焊接後冷卻不當,又會影響焊接質量。

我國新一代國產航母項目緊急立項後,新一代鋼材研製上馬就必須解決焊接工藝問題,除此之外,還要規避下面的結構建造問題,當航母由於採用新材料,在製造過程中改變了結構製造工藝(如飛行甲板下層的艙壁)時,新材料的新制造工藝會導致材料機械性能和厚度的變化不同於原材料,如果這些變化是偏於危險的,則必須計入到結構的強度設計計算中,眾所周知,航母在作戰和訓練過程中,艦載機在飛行甲板上高強度的衝撞式起降,對船體存在低周疲勞問題。

由於高強度鋼相對疲勞強度和斷裂韌度較低,對結構剛度突變和製造缺陷的敏感性增大,使得低周疲勞成為高強度鋼結構的重要破壞模式之一。為解決高強度鋼航母結構的低周疲勞強度問題,我國需從三個方面採取措施:一是採用合理的局部結構形式,二是控制航母甲板鋼板的峰值應力水平;三是對甲板結構進行低周疲勞設計,以滿足航母全壽期的艦載機起降次數要求。


圖說軍事


怎麼突破的是機密,但中國的特種鋼其實一旦也不差,所謂中國特種鋼都需要進口不過是默寫別有用心的人弄出來忽悠人的,打個最簡單的比方零幾年的時候中國就突破了曲強度1000多兆帕的特種鋼,到國產航母開始建設的時候中國已經突破了1300兆帕以上的特種鋼並明確的表示會用到航母之上,也就是說別說比瓦良格號,就是比美國最新的福特號採用的785兆帕曲強度的特種鋼中國都要強上幾個檔次。至於為何中國進口那麼多的特種鋼,主要原因是這些民用的特種鋼大多都是一些高不成低不就的玩意,開發費錢費力還不見得能競爭的國別人的老牌企業,所以有現成的用還便宜為什麼要自己開發。


環球武備


如果誰說是引進了日本或者俄羅斯技術的話,就完全是胡扯八道了,不是中國不想引進,是他們根本就不給中國引進技術的機會。這個事情早就有過相關報道,其實中國改造瓦良格航母完全是用不了這麼久的,為什麼要用這麼多年去改造,就是為了弄清楚方方面面的技術,這裡面當然包括航母用鋼材,這是個技術攻關的事情,目的就是為了有充分的技術儲備來建造中國自己的國產航母,之前中國是有過在俄羅斯購買航母用鋼材的想法,但是俄羅斯根本就供給不了,因為蘇聯解體後,俄羅斯的工廠幾乎就是癱瘓的,中國如果要想引進的話,首先就是要花大量的錢幫著俄羅斯把工廠建立起來,中國領導人是不同意的,所以組織了專家攻關,這個過程中對國外有借鑑是不假,但是絕對是中國自己搞出來的,這種技術是不可能靠引進的。


真人真實


其實鋼材技術的核心就是合金含量和冶煉溫度控制。以前我們在這兩方面理論上是沒有問題的,但是實際做不到,現在只不過是把以前能想的變成真實的產品。要說質量水平,恐怕不是一個時代的東西。


長空雄鷹46


我就是搞特種金屬材料的,其實特種金屬除了成分在相對範圍之內外,就是要在純淨度、均勻性、超細化方面實現突破。純淨度高就要通過電渣重熔;均勻化就是要在電渣重熔時極速冷卻,可以在抽腚的結晶器下方增加噴水環,或者噴氣環(當然是冷卻氣體,如液氮、乾冰等);超細化就是要在鍛造過程中實現,怎麼實現鍛造高手是知道的,這裡我就不再教你們了……


中年傷


我說 特種鋼含什麼元素 每個元素成份多少 加什麼催化等都是問題 航母鋼的成功歸功於國家的人口紅利

人多 鋼廠多 鋼鐵實驗室多

有人組織每個鋼廠負責幾個元素及比例的實驗 做出耒再對比航母

一場實驗下來五四個元素全組合完 不光航母鋼有了 還意外發現幾種其他用途的金屬

所以感謝統一的祖國


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