核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢?
核潜艇上技术难度最大的,竟然是钢材?确实如此,别看一个简单的潜艇壳子,那也不是任谁都可以制造出来的。核潜艇的钢材加工和焊接技术,直接决定了核潜艇的潜深、静音、防护、抗沉性等性能,这些性能都是一艘核潜艇的硬指标。
图为我国的093G型核潜艇,其艇体出现了较大的变化,应该是使用了全新的艇体钢材。
核潜艇是技术难度极高的军事装备,他比航空母舰的建造难度更大,目前,全球能够自主研发制造核潜艇的国家只有中美俄英法五大常任理事国,印度所谓的国产核潜艇也不过是利用各种进口技术组装而成。而核潜艇的重要性能中,一般人都只是重视潜艇的鱼雷武器、潜射导弹、核反应堆等,却很少有人关注到核潜艇的艇体用钢。
图为我国海军的094G型导弹核潜艇,也使用了新的艇体钢材。
核潜艇的用钢,技术难度要比一般的潜艇更大,毕竟核潜艇要追求更高技术水平,以便于猎杀其他潜艇和军舰。目前,世界上能够制造先进潜艇用钢的国家,只有中国、美国、日本、俄罗斯这4个国家,英法都没有这个技术能力。从潜艇用钢的技术上来看,目前4个主要国家差距不大,我国在研发成功高屈服强度的“超级钢材”后,暂且居于领先地位。
图为俄罗斯海军亚森级核潜艇结构图,他的潜深很大,和艇体设计有很大关系。
目前,核潜艇用钢的主要性能指标是看屈服强度,因为他决定了潜艇的外壳结构强度,是直接对潜深性能产生影响的指标。这个领域来看,一般的民用潜艇,钢材屈服强度是200兆帕左右;现代军舰所用的钢材屈服强度是300兆帕左右;航空母舰这样的大型舰艇,使用的甲板钢材,则是800兆帕左右的屈服强度,算是非常高的强度。
图为俄罗斯海军北风之神级导弹核潜艇的CG,他的背脊很小,就是因为潜艇的艇体加工技术很先进,大型卷板机比较领先。
我国此前研发的第一代091型攻击核潜艇,由于当时的钢材技术比较落后,在使用苏联技术后,钢材的屈服强度在将将达到500兆帕左右,后来研发的039A型常规动力AIP潜艇,则率先使用了我国新研发的800兆帕级屈服强度钢材,在核潜艇领域,我国在093G型核潜艇上开始使用屈服强度达到1100兆帕的BS1100E钢材,潜艇的下潜深度得到了极大的提升。
图为我国海军的094型导弹核潜艇,他的背脊较大,就是卷板机不够先进的体现。
同期来看,日本海上自卫队在亲潮级常规潜艇上使用NS-80钢材,屈服强度是850兆帕级别,而在苍龙级常规潜艇上,日本下了血本,使用了NS-110型钢材,屈服强度达到了1100兆帕级别。不过,他并非是全部艇体使用NS-110钢材,只是在重点部位使用,因此性能提升还是比较有限的,即便如此,日本的常规潜艇也取得了下潜深度达到400-500米之间的优秀成绩,令人刮目相看。
图为俄罗斯核潜艇进行维修,可见其艇首内部结构。
美国则在上世纪90年代开始使用屈服强度超过850兆帕的钢材建造核潜艇,现在也开始使用屈服强度达到1100兆帕的钢材;俄罗斯则更加曲折一些,在上世纪80年代,使用特种钢材的屈服强度只有780多兆帕,于是前苏联寻求使用钛合金材料建造艇体,也就是坦克装甲所用的钢材,获得了像阿尔法级核潜艇这样的超级潜深的核潜艇,下潜深度一度超过了600米,当然,如今的俄罗斯也已经可以制造先进的1100兆帕级特种钢材用于潜艇建造。
图为核潜艇的艇体结构。
我国在2018年公布了一种更强大的超级钢材,我国工程院的科学家将这一研究成果发表在世界著名科学期刊《科学》杂志上,文中表示,该钢材屈服强度达到了2200兆帕,对比现在美日等国先进的1100兆帕级屈服强度钢材,性能直接翻倍,可以用来建造超级潜深的核潜艇。而且,这种钢材除了屈服强度大,还有一个性能,也就是均匀延展性能,达到了16%,具备可加工、可焊接的能力,适用于潜艇建造。
图为日本海自苍龙级常规潜艇,艇体钢材很先进。
当然,有了先进的钢材,还需要有先进的加工技术。日本之所以没有在苍龙级潜艇上完全使用NS-110钢材,就是因为这种高屈服强度钢材极难进行焊接加工,需要足够成熟的技术工人,足够先进的焊接技术和设备才行,消耗的资金非常巨大,日本不得不选择只在重要部位使用NS-110钢材。我国也面临着这样的问题,但是根据介绍,2200兆帕超级钢材的可加工性非常不错,使用我国目前就有的激光焊接技术就能进行加工。
图为俄罗斯海军北风之神级核潜艇,艇体钢材屈服强度是1100兆帕级别。
我国的第四代核潜艇目前正在研发之中,如果095型攻击核潜艇、096型战略导弹核潜艇能够率先用上这种钢材,那么我国三代核潜艇的钢材强度就会是500-785-1100-2200兆帕的发展态势,到那个时候,095型核潜艇即便是取得700米左右的潜深也不稀奇。世界上主要的鱼雷作战深度,都在这个区间,虽然能够到达,但是已经是极限,最强大、最先进的鱼雷,比如我国的鱼-10重型尾流自导鱼雷,也只有1000米的最大作战深度,在700米的深度,已经可以免疫大部分的轻型、中型鱼雷,以及反潜火箭深弹,对于提高潜艇的安全性非常有利。
所以说,先进的科技是国防强大的第一要素,我们还是要为祖国的科研人员点一个赞,毕竟是他们让我们拥有了这项全球绝无仅有的技术,拥有了领先的潜艇钢材。
核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢?
现代的武器大多需要钢材制造,而且随着武器的发展,武器制造目前对钢材材质的要求更加苛刻。就以坦克为例,不同作战需求的坦克所需要的钢材就不同。
当然,还是有很多的国家能够生产出坦克所需的钢材,但是这不能代表它们能够制造一切武器的钢材。比如,能够制造潜艇钢材的国家还有不少,那么核潜艇也是如此吗?核潜艇使用的这种神秘的钢材,到底有多难制造呢?目前只有少数国家能够制造。
能够制造这种钢材的国家,目前在世界上只有五个,分别是俄罗斯、美国、中国、英国、法国,当然世界上也只有这几个国家有装备核潜艇。
那么为什么核潜艇的钢材那么难制造呢?我们这里就先说说对一般潜艇钢材的要求。第一,抗压性一定要强。潜艇长时间在水下潜行,需要抗击极大的水压,而且,随着反潜技术的增强,潜艇需要潜航的更深才能躲过敌方反潜部队的追击,所以对抗压性更加讲究。第二,潜艇常年在水下航行,根本不能像战舰一样可以随时清洗,而海水的腐蚀性非常强,所以抗腐蚀性也是非常必要的。第三,潜艇的隐身性要很强,这里自然不必解释。
而相对于常规潜艇来讲,核潜艇又是装备核燃料的,而核燃料带有辐射,而且相对海水有更加强大的腐蚀性,所以核潜艇的钢材不仅要有非常强的抗辐射性,还要比常规潜艇的钢材有更强的抗腐蚀性,所以非常难造。
核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢?
图表当中HY80/100/130都是核潜艇所用的钢材,以HY80为最基础和使用最广泛(尼米兹号航母就是这种钢材建造的),也就是说能生产这个钢牌号的国家都能生产核潜艇用耐压壳体和球扁钢(肋骨)用板材和型材。
目前美国、俄罗斯、中国、英国、法国;日本、德国、意大利、西班牙、瑞典、荷兰、韩国都能生产HY80钢,虽然分号后面这些国家不能制造核潜艇,但HY80钢也是目前常规潜艇所用的钢材,凡是能制造潜艇的国家理论上都是生产核潜艇钢材。
日本NS80钢是与HY80等级相同的潜艇用钢,如果化学成分取中间值就是HY80,所以日本生产核潜艇钢材没有技术瓶颈。
但说过来说过去,能生产核潜艇钢材的国家也就这几个工业强国,世界上其他国家在这个方面还没有达到技术要求,不能成规模成批量生产,主要原因就是钢铁能力不行。
拆解当中的“台风级”战略核潜艇,很直观的看到内层的耐压壳体和外层的非耐压壳体。
核潜艇所用的钢材都是定尺的规格用材,由于需要潜航到大洋深处,对于钢材的工艺质量非常高,内部有一点瑕疵或者缺陷都可能承受不了海水的巨大压力,导致应力集中造成潜艇沉没,所以生产过程中的每一道工序都要严格把关,不能出错。
现在核潜艇钢材大多使用碱性顶底吹氧转炉冶炼,大型转炉连续作业生产效果很高,吹氧是用“氧化法”冶炼,将铁水中碳锰硅这三个基本元素降低到要求值,将其它有害杂质氧化,同时吹氧过程中形成二氧化碳将氧化物带到渣面…通常来说转炉是初步冶炼,只需符合成分要求,温度够了就可以出钢,合金化将在炉后完成。
初步冶炼钢液装在盛钢桶,进入到炉外精炼设备当中进行二次冶炼,也就是将钢液再一次纯净化,要使用氩气(惰性气体)将钢液内的杂质、有害气体去除掉,同时进行合金化,达到化学成分标准…炉外精炼是现代钢铁工业的重要工艺流程,是冶炼高档钢材的必须设备,通常来说冶炼潜艇钢材主要使用真空脱气的VOD炉(图片上),可以较好的精炼出潜艇钢材,但这种设备比较复杂,并且真空脱气设备价格昂贵,只有大型钢铁联合企业才能装备得起。
炉外精炼之后就要进入到浇铸工序,早年间使用的是传统模铸钢锭生产工艺,也就是要浇铸成13吨和8.3吨的大型钢锭,但模铸工艺技术对人的要求很高,在浇铸过程中控制钢液的流速、温度…这都需要很高的经验积累,太快很容易烧蚀钢锭模、太慢钢液凝固了…并且模铸需要的耐火砖、中心铸管、钢锭模底盘、钢锭模…都是非常大投资,像潜艇钢材这样的大型钢锭要将炉后部分放置在火车底盘上,浇铸万之后由车头牵引,要不然这么大的钢锭很难移动…模铸工艺的问题就是投资大和生产效率低,钢锭铸完之后要进行缓冷,不能短时间脱模,因为钢液凝固不均匀,脱模之后会造成内部热胀冷缩而拉裂,那么整个钢锭就报废了,需要进行48小时以上的模内缓冷,让钢锭凉透了才能脱模…甚至要进行保温缓冷,工艺很复杂。
还有就是十多吨的钢锭是不能进入到板材轧机轧制成钢板的,需要将它加热1300℃使用初轧机进行开坯工序,就是将钢锭初步轧制成适合轧板、轧型材用的钢坯,这道工序对能源的消耗是很大的,想象一下将十多吨重的钢锭加热到1300℃要消耗多少能源?而且初轧机也是重型机械设备、直径1200毫米轧辊是消耗品价格非常昂贵,投资很大的。
为了提高生产效率、节省投资和占用场地,现代采用“连铸法”生产工艺(上面图片),在钢包浇铸时使用水冷结晶器,一次将钢坯生产出来,不在使用钢锭模和初轧工序了,生产效率是模铸工艺的十多倍,还大大降低了能源的损耗,目前除少数钢材之外,大多数钢材的钢坯都可以进行连铸法生产。
钢坯生产出来之后要对其进行表面喷砂处理,将氧化铁皮打掉,否则很容易在轧板工序当中压近钢板的表面,造成整块钢板报废。
现代核潜艇是大型装备,对钢板规格要求是超大超宽,目的是在建造过程中减少焊缝,同时现代核潜艇的耐压壳体直径都很大,通常在11~13米,只有这样才能装得下弹道导弹,否则就会龟背明显,导致潜艇水下航行阻力很大。
要轧制出超长超宽的钢板就必须用到大型板材轧机(上面图片),要求轧辊长度在4500~5000毫米以上,轧制厚度>150毫米毫米,但这样的重型钢铁设备能制造的国家非常少,钢板轧制完成之后还需要进行热处理,就是将内部的晶体和金属链长度、走向定格,达到钢板的最高强度、韧性…等等物理指标。
热处理工序完成之后要进行超声波检测(探伤),就是看材质内部有没有:细微裂纹、夹渣、白点…等等内在缺陷,这些缺陷都会导致潜艇的沉没,必须严格把关,探伤合格之后就可以喷漆、包装出厂发往船厂了。
图片中在激光切割机上的那块钢板,就是英国下一代“继承者级”战略核潜艇的耐压壳体钢板,它的外表和普通钢板没有区别,但生产工艺却复杂的多。
通过上面对核潜艇钢材生产流程的粗略介绍,就可以知晓核潜艇钢材完全是大工业的产物,需要大型钢铁冶炼和加工设备,它们都是重型机械,没有工业基础根本不可能生产出来,所以它到现在也只有工业最发达的国家才能保质保量的生产。
核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢?
核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢?各国对核潜艇的发展非常重视,因为它是第二次核打击的神密武器,深藏在大洋深处,两、三个月不暴露。时刻准备着反击敌方首先使用核武器。一旦有令,带有核弹头的导弹齐射,就会对敌方国内致以毁灭性的打击。
题主所问核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢?研制核潜艇可不是一般工程,国家必须具备能生产制造核舰艇用的特种钢,这种特种钢材必须耐高压,也就是核潜艇在深海,周围压力再大,潜艇的龟壳不会变形。还得有耐海水腐蚀的能力,能够抵抗核反应堆的辐射等。目前具备能生产这种核潜艇特种钢材国家,在世界上没有几个,估计最多也就是十来个。他们是中国、美国、俄罗斯、法国、日本、英国、德国、韩国等。
我国的095、096核潜艇,还有辽宁舰航母、山东舰航母等用的特种钢材都是我们国家生产的特种钢材,实践证明我国自己研制生产的特种钢材,是能用于建造制做核潜艇和大型航母的,所以说目前为止我国不用进口外国的特种钢材。中国有完整的工业体系和军工生产体系。这样一些不怀好意的国家,无法卡我们的脖子。
综合上述是我对核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢的认识。
核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢?
核潜艇具有“潜深大,潜航时间长,机动性优异”的特点,在现代战争中起着重要的作用!其不仅仅是二次核反击能力的载体,也是遂行反潜,反舰任务的重要组成力量。虽说核潜艇的有诸多优点,但是其制造难度也相当的大。
要制造核潜艇,“核反应堆,耐压钢材”是绝对绕不开的2个技术壁垒。
制造核潜艇的特种钢材众所周知,核潜艇长年累月潜航在深海里,对艇体所用材料的性能有较高的要求。主要体现在“强度,磁性,韧性,耐腐蚀,抗爆炸,可焊接”等特性上。
钢材的强度。核潜艇的下潜深度一般都在300米-400米,有的高达500米-600米,更有甚者达到600米以下一般来说,每下降10米海水的压强就增大103000Pa,在300米以下的海里压强可是不小的。核潜艇要想在此深度工作而不被海水压扁,其耐压艇壳就要承受比较大的压力。而钢材的屈服强度越强,所能承受的压力就越大。所以说,核潜艇对所用钢材的屈服强度要求比较高。像海狼级核潜艇使用的是屈服强度为690Mpa的HY100型钢材与屈服强度为890Mpa的HY130型钢材,才使得海狼级核潜艇的最大下潜深度达到了610米。而洛杉矶级攻击型核潜艇使用了屈服强度为550Mpa的HY80型钢材,不过其最大下潜深度只有450米。而俄罗斯亚森级核潜艇所用的钢材强度达到了1175Mpa,不过其最大下潜深度也在600米左右。虽然核潜艇的最大下潜深度不全是由钢材强度决定的,但是与钢材的强度有较大的关系。
钢材的磁性。随着技术的发展磁性水雷,磁异探测仪的大规模使用,都对潜艇的低磁性提出了要求。潜艇所用钢材的磁性越低,也就意味着整艘潜艇的磁性就越低。最终导致磁异探测仪对潜艇的探测能力大为下降,也会令潜艇受到磁性水雷的攻击率降低不少。所以说,核潜艇对其所用钢材的磁性也有要求,越低越好。
钢材的韧性。由于潜艇在海水里要承受较大的压力,而压力主要就是作用在艇体上。当下潜深度逐渐增大时,潜艇所受到的压力也就越大,所用的钢材就必须具有承受海水压力不变形的能力,即便变形了,也要有恢复的能力。总不能一下潜,艇壳就变形了吧。
钢材的耐腐蚀能力。因为海水里的含量比较高,且90%都是氯化钠。此外,还溶解有氧。在氯化钠和氧气的作用下,金属在海水里会发生的氧去极化性腐蚀。而核潜艇和军舰一样,都长时间泡在海里的,也会发生腐蚀。况且,核潜艇一出海就是下潜,如果不注意的话,等到艇壳钢材被腐蚀的太严重了,很容易被海水压扁的。所以说,核潜艇对所用钢材的耐腐蚀能力也有较高的要求。
钢材的可焊接性。焊接是潜艇和军舰分段的最主要的连接方式,钢材可焊接性的如何就表示了军舰与潜艇的建造速度,建造难易程度。当然了,所用钢材的可焊接性越好,舰船分段之间的连接就越容易,建造速度就越快。反之就是舰船分段的连接程度较难,建造速度就越慢。所以说,无论是潜艇还是舰船对所用钢材的可焊接性都有较高的要求。比如说,美国在建造海狼级核潜艇时原本使用的是HY130型刚才,只是该钢材的可焊接性较差,导致多次返工,无奈之下才选择了性能稍次的HY100型钢材,而HY130型钢材只在管道等重要部位上使用。
综合来看,核潜艇所用钢材的的性能还是比较高的,真不是一般国家可以生产出来的。事到如今也只有中,美,俄,日,德,法,英,以等少数国家可以制造出来。一般来说,钢材的含碳量越高强度就越大,但是塑性,抗冲击性就越弱。当碳的含量超过0.23%时,钢材的可焊接性就逐渐变差了,潜艇用钢的含碳量基本上都在0.18%以下,这只有这个含碳量钢材才可以兼顾强度与可焊接性。
核潜艇钢材,哪些国家可以生产呢?
核潜艇相比常规的潜艇,动力系统显然先进很多,在其外部建造的钢材上面也是有一些差异的。虽然这样的差异看上去并没有明显之处,但是能建造核潜艇的钢材的国家却很少,而且核潜艇的钢材生产是建造核潜艇工作当中的困难部分。目前国际上除了西方那几个军事强国,再加上中日,澳大利亚和印度以及韩国这些国家也都实现了潜艇高强度钢材的自行生产。
早在2016年,澳大利亚打算引进新型潜艇,虽然澳方最后决定采购12艘法国研制的潜艇,但是这一批潜艇的制造地点是在阿德雷德,也就是说,澳大利亚打算将自己生产的潜艇钢材用在将要引进的潜艇上面。此外,瑞典钢铁公司也是可以建造核潜艇钢材的,之前出口澳洲的柯林斯潜艇,正是采用的该公司所生产的1300M帕的结构化钢板,因此,这家公司所生产的抗拉伸合金钢可以满足建造新型潜艇的需要。
另外让人惊讶的是,印度国防部也表示,在之前印度自建的核潜艇外壳当中所采用的钢材就是印度国内实验室所提供的材料,这种合金钢板平均厚度大约是25毫米左右,可以支撑400米的潜水深度,因此非常坚固,据称,这种材料和俄罗斯阿库拉级攻击核潜艇的材料性能相当。此外,韩国也已经开启了3000吨级常规潜艇建造计划,以后打算的核潜艇的建造项目,韩国也表示自产的特种合金钢板派得上用场。
而在掌握核潜艇建造技术的国家当中,我国也算排得上号的。以当前的094核潜艇为例,对比美俄的同类核潜艇,094核潜艇却有一个高耸的龟背。虽然在当初建造的时候考虑了巨浪2导弹的空间,但是真正的问题在于潜艇的空间有限,换句话说,就是建造材料造成的。在最初建造094核潜艇的时候,我国生产的高屈服合金钢板材料不佳,无法比上美俄的水平。直到在超大型卷板技术突破之下,我国才能够生产高屈服强度的合金钢材。
屈服强度是潜艇合金钢材一个最重要的性能,只有高屈服钢材才能够适应水下巨大的压力。对于核潜艇来说,其工作环境一般在水下200米以下的深度。如果没有耐压壳支撑压力,早就被压扁了。这种耐压壳需要500M帕以上的屈服强度特种合金钢。而只有这种钢材运用到核潜艇上面,才能够缩小目前核潜艇的龟背体积。因此,我国的095核潜艇以及后面的096,必然会在龟背上面大幅度缩小,而且新的巨浪3导弹也做过一定的改进,这样可以节省更多的空间。如此一来,我们的核潜艇也能够追上美俄的水平。
目前能够生产高强度合金钢的国家,以俄罗斯的技术最为先进,由于雄厚的冶金工业技术,俄罗斯能够生产屈服强度达到1100M帕以上的舰艇钢材。而美军的核潜艇目前多是采用的hy100系列铜基合金钢,屈服强度690M帕的水平,只有哥伦比亚级才用到了1100M帕左右的新型钢。
自从一五计划开始,我国就在进行高强度舰艇钢材的研制,在第二代921系列钢材中屈服强度就已经达到590M帕,而如今生产的舰艇钢材,最高屈服度也实现了1000兆帕级。至于当前研制的2200M帕的超级钢材,由于含碳量低,所以目前暂不能用于潜艇的建造材料。
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