03.06 如果航母使用不鏽鋼做船體,還需要除鏽嗎?

吾本草木


不鏽鋼難道就真的不生鏽了?少年你太高看不鏽鋼了,海水中存在氯化鈉和氯化鎂等多種氯化物成分,而普通的不鏽鋼實際上對於氯離子基本上沒有抵抗能力,只要在海水中浸泡上十天半個月,表面肯定也是滿目瘡痍,而普通鋼鐵雖然更不耐氯離子腐蝕但是也不過是五天和十天的區別而已,對於需要常年在海水中航行的航母而言,與其使用不鏽鋼製造,還不如塗一層上好的防鏽漆來的實在!


(航母船底佈滿了藤壺)
除了不鏽鋼並不耐海水腐蝕之外,它還有另一個致命弱點,那就是焊接性能差!馬氏體和鐵素體不鏽鋼都存在低溫脆化裂紋和韌性下降的問題,因此都需要進行焊前預熱和焊後熱處理,在焊接時還必須保持800度以上的恆溫狀態,用這些技術手段來避免裂紋產生,以此來增加強度。
(大型軍艦鋼板焊接)

而奧氏體雖然不存在低溫裂紋現象,焊接時也不需要進行預熱和熱處理,但是在焊接溫度超過800℃時,一些鎳、鉬含量較高的高合金不鏽鋼卻會不可避免的出現高溫應力開裂的現象,同樣嚴重影響焊接性能。而且奧氏體不鏽鋼普遍含有18%左右的鉻元素,經過高溫碳化後,容易在焊接頭形成一層貧鉻層,而這會導致嚴重的晶間腐蝕效應,極大的降低鋼材的使用壽命。
(福特級航母鋼板)

航母作為排水量超萬噸的龐然大物,各個部件之間的尺寸動輒數十米,如果焊接性能不好,必然嚴重影響航母的性能,甚至會危及航母的航行安全!因此焊接性能差這一點就已經粉碎了大部分不鏽鋼化身航母的人生夢想!


(福特級航母大型分段)

不過在不鏽鋼當中其實也有出類拔萃者,這就是奧氏體和鐵素體各佔一半的雙相不鏽鋼,雙相不鏽鋼不僅耐氯離子點腐蝕能力強,而且焊接性能優良,完全無需另外的熱處理工序。雙體不鏽鋼的可塑性也不錯,可以方便的軋製切割成各種複雜的零部件,更重要的是它的屈服強度達到400MPA以上,完全可以勝任充當航母飛行甲板的工作。
(雙相不鏽鋼內部微觀結構)

可是為什麼雙相不鏽鋼沒有被用作大量建造航母呢?主要還是成本考慮,不鏽鋼本身就比普通的碳鐵要貴不少,雙相不鏽鋼因為合金元素較多,煉製加工工藝更為複雜,成本上比不鏽鋼還要高出20%以上,一艘航母需要使用數萬噸的鋼材,算下來的成本絕對是天價!因此目前雙相不鏽鋼大多用於核電站或者化工廠的熱交換器、冷凝器以及其他關鍵部件之上!(英國伊麗莎白女王級航母滑越甲板)

那難道航母用鋼就不貴嗎?還真不貴!航母用鋼其實說白了就是一種滿足基本性能要求後的低成本鋼,只要耐腐蝕性、焊接性、屈服強度、抗拉強度等基本數據能夠達標,其實是越便宜越好。諸如美國福特級使用HSLA-105,其實性能上和尼米茲級使用HSLA-100相差不大,只是進一步改進了焊接和切割性能,這麼做的目的就是為了降低福特級航母的成本。所以航母用鋼可以不高端,但是一定要便宜!



軍武吐槽君


正在建造中的“福特級航母”第三艘“肯尼迪號”,從船舶製造工業所使用的材料來說,不鏽鋼可以作為船舶製造材料,但將它用在航母建造用材目前來看還暫時條件不允許的!

航母用鋼不單單是防鏽這樣的簡單,它是一種綜合性能考慮的一種鋼材,要求的是:便於大規模冶煉,軋製、強度高韌性大、易於焊接…等等諸多因素的考慮。
航母用鋼並不是業界外想象的那麼複雜,在這種小表格裡HY-100是目前“弗吉尼亞級”核潛艇耐壓殼體所用的鋼材化學成分;HSLA-100就是“福特”級航母製造艦體的鋼材化學成分。

從化學成分表可以看出,這個牌號的鋼化學成分並不複雜,合金元素含量也不高。相對簡單化學成分的鋼牌號,在冶煉過程中比較容易掌握和操作(化學成分越複雜、合金成分含量越多,就越容易出現化學成分偏析的冶煉缺陷,後果就是這個爐號的鋼報廢了),並且在後續的軋製過程中也較容易控溫(鋼坯在軋製前需要均熱,合金成分太複雜會出現燒損或者均熱溫度達不到,造成鋼材軋製困難)…所以,航母這樣較大規模用的鋼,必須要在保證性能要求的前提下儘量要成分簡單才行!


目前最通用的18-8型不鏽鋼的化學成分表,對比於HSLA-100鋼的化學成分和合金含量是比較的高。

目前在民用領域最常見的就是Cr13型不鏽鋼和18-8型不鏽鋼,這兩種不鏽鋼化學性能穩定,特別是18-8型耐海水腐蝕性相對的強,並且已經是小型遊艇的建造材料…但是,航母用鋼第一個標準就是強度要求的問題,比如:飛行甲板要承受十幾萬次的(服役期內),重達20~30噸重的艦載機起降衝擊!在“重量加速度”的物理作用下,要求飛行甲板的材質非常的結實耐用,否則就會出現機毀人亡的重大事故。


“企業號”
核動力航母建造時,所用的飛行甲板用超長超寬鋼板,但是飛行甲板的厚度通常都在50毫米左右,太厚了就會增加“死重量”,會使得反應堆的功率白白的消耗掉。

從目前鋼鐵工業的技術能力來看,加工出來超大超寬的不鏽鋼鋼板也不是難事兒,但是不鏽鋼鋼板的強度能否達到航母的標準就在兩說了,板材和型材若是達不到技術要求它也不能用在航母建造上。
圖片上是不鏽鋼焊絲,有焊接常識的看官都知道不鏽鋼是比較難以焊接的材料,需要採用:氬弧焊、等離子焊…等較為複雜的焊接工藝,並且材質越厚焊接越困難!因為它的化學成分複雜、合金含量高,在焊接過程中非常容易出現合金成分被燒損的現象,形成焊接缺陷!這會嚴重的降低了焊縫的強度,所以不鏽鋼材料的焊接一般都在30毫米以下才能很好的保證焊接質量。




航母在建造過程中所使用的鋼板厚度也是不一樣的,比如:水線最下層艙室的厚度在80~120毫米左右,如果採用不鏽鋼建造在焊接這個環節上遇到的技術困難是難以想象的!

航母用鋼需要在:力學強度、可加工(衝壓塑形,焊接)性能、生產成本…等諸多方面考慮,而不僅僅是防腐這一個相對次要的問題,航母用鋼的價格在5000~6000美元/每噸,要比18-8型不鏽鋼便宜2000美元左右,從製造成本價格和加工性能不鏽鋼確實不宜用在航母的建造。

“福特號”開工儀式上切割的第一塊鋼板。

現代船舶的外漆生產工藝也有很大的提高,船舶水線以下部分要噴塗多層防鏽漆,特別是樹脂瀝青漆是有比較高級技術含量的,目前只有少數幾個國家可以生產,它的耐腐蝕性能較好,可以在5年不脫落…5年後航母進入到乾塢內中等維修,將舊漆剷掉在重新刷漆,這樣就大大的減緩的海上對航母的腐蝕。

總之,航母用鋼是一項多方面綜合性能的鋼材,而且現代船用漆的技術水平也能減緩海水腐蝕…也就不需要使用不鏽鋼來製造航母了。


皇家橡樹1972


就船殼而言,很少用不鏽鋼的。

我們覺得不鏽鋼好,那是針對家庭用的普通鋼,比如沸騰鋼,不鏽鋼之所以好,那是因為它是合金鋼,但不鏽合金鋼遇到其它合金鋼還是不行,不僅僅不生鏽,而是其它指標不行。

至於不生鏽,現在有一萬個辦法,比如打鋅塊,通電等,還有是乾脆就生成一種保護膜,看起來像是生鏽了,其實那是自然生成的保護膜,而這些鋼其它性能遠遠優於不鏽鋼。


觀上靈雲


您好,軍武雜談問您解答——需要,而且船體會有其他的問題。

首先需要確認的是,不鏽鋼不是真的不生鏽,而是沒那麼容易生鏽而已。如果在搞腐蝕的液體中長時間浸泡或者高強度使用,不鏽鋼也是會生鏽的。

如果航母使用不鏽鋼,就需要處理好不鏽鋼板材之間的焊接縫,這也是不鏽鋼最容易開始生鏽的地方。

此外,航母船體鋼材不僅僅有防鏽一樣要求而已,高強度,耐高壓,耐衝擊都是其硬性條件,而不鏽鋼都不具備這些條件。因此,不鏽鋼是不適合作為航母的艦體鋼材的。

但是在航母的其他部位,卻可以少量的使用不鏽鋼材料來進行防鏽,不過這些部位都不是航母的主要構件,對航母建造的影響並不大。

一般航母鋼材,尤其是航母船底的鋼材,會刷上好幾層的特種漆,有防鏽的,防海洋生物粘連的各種漆,已經能夠達到使用不鏽鋼的效果。


軍武雜談


不鏽鋼在剛才演練的過程中,加入一定含量的金屬。來改變原來金屬的性質,使其具有多種優良性能。最主要的就是長期暴露在空氣中,不會生長鐵鏽。也算是我們生活中應用最廣泛的金屬了。而像題主提問的那樣,如果將不鏽鋼作為航母船體的材料,那麼是不是可以省去除鏽這個步驟了呢?如果真的是那樣船體上面可以省略除鏽這個步驟,但是不會少了保養這個步驟。畢竟航母是在海里工作的,尤其是船體吃水線以下的部分,海水的酸鹼度和腐蝕性不是我們暴露在空氣中所能比擬的。而且船體保養的時候,還需要清除船體上面吸附的海洋生物。如果這些水生生物不清除的話,輕則影響航速,重則腐蝕船體。

這話又說回來了,航母所使用的鋼材和不鏽鋼不是一種程度的,也就是說不鏽鋼不能作為船體的材料。雖然說不鏽鋼有很好的金屬性,耐腐蝕性和抗氧化能力,但他並不適合作為航母的船體材料。航母算是特種裝備,上面所用的鋼材,每個地方都具有不同的性能。比如說航母上的甲板因為他要起降艦載機所以它的強度必須要強而且要有很強的韌性。同時重量還不能太重。而且為了接減少焊接口的數量,每一塊甲板的面積必須要儘量的大。這個航母上甲板鋼應該算是最難生產的鋼材。而船體需要抗腐蝕,要能承受水下壓力,還需要有一定的堅韌度需要能抵禦一定的風浪,海洋生物的撞擊,或者是敵方導彈的攻擊。而現如今的不鏽鋼性能並不能達到這些要求。

不過這些都不是大事,可以改變不鏽鋼的內部金屬含量。最關鍵的是不鏽鋼板的焊接問題,不鏽鋼加入太多的金屬元素,製作的時候工藝比較難,而且焊接的時候不好把握接口處的金屬含量,需要用特殊的焊接工藝,而且對焊接的技術要求比較高。而如果焊接不達標的話,會造成接口處的金屬含量和其他部位的金屬含量不相同。這樣就會造成航母的薄弱點在於接口處。

而現在的航母船體所用的鋼材,都是經過很長時間驗證的。而如果為了只是省去除鏽這一步驟,來進行新的研究所投入的人力物力不合算。而且即便是換上不鏽鋼還需要船體保養這一步驟。


沐風談兵論道


造航母使用到的特種鋼從某種意義上講也屬於“不鏽鋼”啊,只不過不是我們生活中常見的傳統不鏽鋼罷了,因為從定義上講,所謂的“不鏽鋼”可是包含了上百種的工業用鋼,其中船舶用鋼就包含在裡面,而我們日常說的金屬“生鏽”,通常也只是指金屬的氧化腐蝕,也就是和空氣中或者是水中的氧元素髮生了氧化反應,所以,我們平時說的不鏽鋼的抗腐蝕能力,也僅僅是針對空氣或者是水等弱腐蝕介質的氧化腐蝕罷了,遇到酸、鹽、鹼等強腐蝕介質時,這些普通不鏽鋼的抗鏽蝕、腐蝕能力就不怎麼夠看了。

然後,大家都知道海水其實是一種成分很複雜的多組分水溶液,“鹽含量”非常高,簡單來說就是海水實質上就是一種成分複雜的“氯鹽”,因為其裡面的氯離子含量非常高,超過50%,除此之外,還含有豐富的金屬陽離子,比如鈉、鎂、鈣、鉀等,所以,在這樣一種高鹽的強腐蝕性環境中,我們日常接觸的那些不鏽鋼根本就沒什麼用,時間一長同樣會被腐蝕,即使是不考慮強度、焊接特性等因素,普通的不鏽鋼也不可能直接拿來造航母的船體,更何況傳統不鏽鋼在強度上通常都是比不上碳鋼的。所以,對於那些用來造航母、潛艇等軍事裝備的軍用特種鋼來說,除了強度需要很高之外,抗腐蝕性同樣也是一個硬性指標,比如美國HY系列的特殊鋼材,不僅僅擁有著軍用標準的屈服強度,同時其耐腐蝕標椎也是根據強腐蝕性環境來制定的,畢竟航母等軍艦都是常年待在海里的,無時無刻不承受著海水的侵蝕 ,鋼材工作的環境遠比我們平時見到的那些不鏽鋼惡劣多了,如果防鏽能力不行的話,根本就不可能用來造航母或者其他軍艦,因此,即使是隻論抗鏽蝕能力,我們平時說的所謂不鏽鋼還真的比不上造航母用的各種軍用特種鋼。


▲甲板塗層

最後,軍艦的防鏽蝕除了依靠鋼材的性能之外,日常的維護也是很重要的,像航母甲板這些地方,除了日常的氧化腐蝕之外(溼度高,且大氣中存在“氣溶膠”狀的鹽霧,大氣腐蝕遠高於內陸),各種機油、液壓油等化工產品同樣也會腐蝕甲板,所以,各種隔絕腐蝕的保護塗層是必不可少的,比如我們平時說的航母甲板防滑塗層,這些塗層除了防滑之外,還有一個作用就是防腐蝕了,比如上圖中工作人員正在刷的就是甲板塗層。


哨兵ZH


其實上面幾位答主對軍用艦船用鋼已經回答的比較全面了,總結一下就是:

1. 鋼材強度是否合適;

2. 冶煉成本;

3. 海洋的環境;

4. 所謂不鏽鋼的耐腐蝕性有多好。

我這裡簡要說一下艦船腐蝕:

①設計有“腐蝕裕量”。艦船在建造時就考慮到鋼材的腐蝕率,會設計使用超過艦體強度的鋼板厚度,以便以後在使用過程中一層一層的鏽下去,還能保證使用安全。也就是說艦體使用過程中的確是越來越薄的。至於到底要有多少餘量,這是造船業重要的技術了。

②軍艦防腐蝕技術。艦船防腐是為了減緩腐蝕的程度,並不能完全阻止生鏽。一般就是一層一層刷防鏽漆,用一段時間打磨一下繼續刷防鏽漆。這就是軍艦保養了。比如去年媒體嘲笑毛子只能給庫艦刷刷漆,除除鏽,其實這是延長艦體壽命重要的措施,一艘保養不善的船,往往十幾年就變成一層紙了。當然防腐還有使用原電池原理的,比如說給船體加個活潑金屬塊(如鋅,高中化學),或者通個電啥的,都是在用的技術。

③艦體腐蝕的類型很多。其實艦體生鏽不僅僅指自然地氧化,生物的腐蝕影響也非常大。常見的船底不管的話會有很多海洋生物附著在下面,甚至有些生物會分泌特殊的酸啊什麼的,加速艦艇腐蝕,所以艦體保養對這些生物的去除非常重要,甚至有些塗層就是為了防止海洋生物附著的。

④不鏽鋼能做船嗎?能做航母嗎?不鏽鋼能做船,而且很多,我見到的很多小河小湖裡的雙槳船是不鏽鋼做的,地面透亮,科技感十足,再大點幾十噸的船估計有。上萬噸的軍艦都使用特種鋼材,自身的防鏽能力就很強,不亞於常見不鏽鋼。常見不鏽鋼還真做不了航母,強度、形變、焊接等等都有問題。

⑤今年軍艦材料上不用特種鋼的有兩個另類的反例:1個是美國LCS項目,為追求輕量化高速度,能使用起了鋁合金,結果軍艦防鏽出了大問題,據說船上不能有任何鐵質的零件與艦體相連(想想常見的鍋碗瓢盤都要換O(∩_∩)O哈哈~)這維護成本要多高。。另一個是印尼克利旺625號導彈艇燒燬,該船身使用一種可匹敵鋼鐵強度的玻璃纖維原料,但不會反射雷達和電磁波。採用的隱形科技與美國空軍擁有F-117Nighthawk偵察機相同。再厲害不耐燒還是不行啊。

總結 軍艦選鋼材:成本 加工難度 皮實


施琅先生


先說下題目問題,再解釋航母用鋼。其實航母用鋼,說白了也就是軍標船用鋼而已,遠談不上有“多高”的技術含量,也別老拿印度航母造不出航母用鋼來說事,這些只不過是N年前的老黃曆和地攤新聞看多了而已,印度不僅能造航母鋼自己用,印度塔塔公司還為英國伊麗莎白女王號航母的建造,提供了大約4萬噸左右的航母用鋼,印度塔塔公司聯合若干技術公司為英國航母研發了三種牌號的鋼材,用於航母船體、飛行甲板包括重達130噸的滑躍起飛甲板。所以,遇到問題多多查查資料,對照一下再選擇相信不相信,實際上目前能造航母用鋼的國家不少了(五常+日韓德印瑞)。我知道很多人又要無腦噴印度航母用鋼,不相信的可以自己去查資料,也可以看下圖:

上文基本意思就是,塔塔公司在英國皇家海軍新航母項目中獲得的榮耀,為英國航母提供4萬噸鋼材,並研發三種牌號的輕質高強度鋼鐵,還將繼續為威爾士親王號供貨。印度生產的航母鋼主要性能類似於美國的HSLA-100(美國CVN-74以後的尼米茲級航母大量採用)。這都是2014年時候的新聞了,但是現在任然有許多人將印度不能生產航母鋼的“假新聞”奉為圭皋。所以說這種不了情況,就胡亂蔑視的文章,只能拉低我們的眼界,對於科技發展百害而無一利。

我們在這裡講印度航母用鋼的例子,並不是要特意指責什麼,只是告訴大家,在搞材料的人眼裡,航母用鋼(材料本身)真沒有什麼高不可攀的,不用太過在意。至於不鏽鋼能不能造航母,答案是當然可以,並且性能比現在航母建造使用的鋼材還要好的多。實際上在鋼鐵研究領域,航母用的鋼材耐腐蝕性、強度、韌性真的很一般,就是你們常用的不鏽鋼保溫杯的材料都比東西要高級許多,特別是韌性和耐腐蝕性方面強多了,強度也可以通過加工硬化解決。那麼為什麼不用呢?道理和都知道鈦合金造船殼、潛艇殼特別好,但是特別貴、造不起是一樣的。即便是軍用艦船,依然要考慮在性能堪用條件下的成本因素,有些東西不是沒有更好的,只是不划算所以不使用罷了。

補充說明幾點內容

1、美國航母用鋼從尼米茲級前幾艘的HY-100,到從CVN-74開始大量使用的HSLA-100,到福特級最新開始應用的的HSLA-115鋼,在性能上並沒有太大的進步,那麼從HY(高強鋼)改到HSLA(高強度低合金鋼)最大的理由,就是為了改善鋼材的易加工性和可焊接性,從而降低製造工藝的複雜程度,降低成本和節約勞動時間。

2、目前現用的各種航母鋼材,無論是強度還是其他性能,都遠遠不是最好的,只不過是在滿足性能要求的前提下,儘量採用綜合建造成本最低的材料。比方說,美國以前搞的HY-130和日本的NS-110都比HY-100強度高的多,但是為啥不拿來造航母,原因就是這些鋼材的焊接工藝太複雜,造起來費錢費事。

3、所以一種鋼材並不是強度越高,用來造船就越好,還要考慮其他指標和經濟成本,不要總是一說研製出屈服強度超過XXXXXMPa的鋼材,就覺得能造“殲星艦”了,並沒有什麼用。


裝備空間


需要啊。絕對防腐的材料多貴啊,像鈦金屬、鈦合金等,航母那麼大,誰用的起?航母也不是每個地方都生鏽啊。

我們能直觀看到的艦船水線以上的叫“流鏽”,它是艦艇上的鐵鏽在雨水和海水的沖刷下流淌而成的痕跡,是一種正常現象。天天受風吹、日曬、雨淋、海流衝擊刷、海洋高腐蝕侵害,甚至個別部位還有發射彈藥的尾焰噴射、油劑汙染等影響,一些部位的塗漆出現破損以致於生鏽是很正常的。航母那麼大的艦船,設備裝備更多,生鏽很正常。只要適時除鏽保養就可以了。


下雨啦16


提問者高中應該是讀文科。原電池的道理了解不?不鏽鋼不是不生鏽,只是生鏽慢。航母是特種“航母鋼”,比普通不鏽鋼更堅韌更不易腐蝕。但,水下部分,一個航程幾千海里下來,不生鏽?才怪!


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