深度:中国核潜艇潜深不如日本常规潜艇 因这项材料

2016年10月04日 10:38 新浪军事 微博
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钢材差日本一大截:中国新战略核潜艇,潜深不如日本常规潜艇图:091核潜艇是中国第一代核潜艇,由于钢材强度有限,其最大工作深度不会高于350米

  军舰研发中,最好的钢材都会用在高端潜艇上,因为它要承受来自水下的巨大压力,对整体结构强度的各方面要求是水面舰艇所难以相比的。比如现代军舰采用的第一种高强、高韧合金钢HY80,就是美国在上世纪50年代首先应用在潜艇上的。

  我国的军舰用高强高韧钢主要是9XX系列,从血缘上属于苏俄系,强度主要依靠镍、铬、钼等合金元素提供;需要在焊接前进行预热、焊接后进行热处理,才能确保焊接处不易出现裂纹等致命隐患。具体到潜艇上,中国使用的高强高韧钢可以分为两代,早期采用921钢,以及在它基础上衍生的922、923钢,后期则采用980钢。

钢材差日本一大截:中国新战略核潜艇,潜深不如日本常规潜艇图:苏俄阿库拉攻击核潜艇

  921钢的屈服强度为60Kgf/mm²(公斤压力/平方毫米)(590MPa),而980钢则将这一指标提升到了80Kgf/mm²(785MPa)。强度基本上相当于美国HY100钢材(690-868MPa)中后期水平,介于俄罗斯AK29(671核潜艇)和AK32(阿库拉、971核潜艇)之间,略低于日本NS80钢材。

  由于冶炼和焊接热处理等方面的研究差距,980钢和HY等钢材相比,需要使用更多的镍等昂贵元素才能获得相近的性能;实际上它的镍含量(4.4-4.54%),已经非常接近HY130(镍4.8%),显著高于HY100的2.66%。

钢材差日本一大截:中国新战略核潜艇,潜深不如日本常规潜艇图:公开论文中,90年代初国内用980钢建造的模拟分段模型,其中还能见到921钢的部分

  VHD402钢就是980钢,多见于80-90年代的文献中,相当于正式上户口之前的小名。由于潜艇用高强度钢从研制成功到实际投入运用中会有数年到十数年不等的时间差,因此在2000年左右的专业著作——比如2000年版的《船舶与海洋工程材料》里都是见不到980钢材料的介绍的,2013年的新修订版应该有了。

  980钢由洛阳船舶材料研究所——也是我国唯一从事舰船材料和工艺研究的单位领头研发;在1986年初步通过科研鉴定以后,经过十多年的焊接等关键配套工艺研究、结构模型验证等流程,目前广泛应用于国内新一代核潜艇制造,占全部钢结构比例的50%以上。

  根据一般的设计规律来说,在合理设计——即保证性能均衡、成本可接受的前提下,潜艇的潜深与钢材的强度存在范围对应关系。如果要把潜深做的更大,超出材料性能和总体设计的合理匹配范围,就必须加大结构的厚度,带来制造成本和难度急剧加大、储备浮力等关键性能大幅度下降等一系列问题。

钢材差日本一大截:中国新战略核潜艇,潜深不如日本常规潜艇
 
钢材差日本一大截:中国新战略核潜艇,潜深不如日本常规潜艇图:094核潜艇通过采用980钢,最大潜深比上一代核潜艇增加100米以上,大大提高了生存能力和威慑力

  比如550-690MPa屈服强度的钢材,最大工作潜深可以做到350-400米;以此判断,国内早期使用921钢材的核潜艇最大潜深应在350米左右。而随着钢材强度的提高,785-900MPa级别钢材可以支持潜艇作到450-500米深度;1000MPa级别钢材可以支撑到600米;1370MPa的钢材,理论上则可以支撑到900米。从这个规律判断,国内新一代核潜艇最大工作潜深应该能达到450米以上。

  目前世界上除了美俄以外,只有法国的凯旋和梭鱼潜艇(均为核动力、最大潜深500米)采用了屈服强度高于900MPa的100HLES钢材(性能相当于HY130);比法国更高的,只有日本的春潮、新亲朝、苍龙三艘潜艇应用了屈服强度1108MPa的NS110钢材。

钢材差日本一大截:中国新战略核潜艇,潜深不如日本常规潜艇图:日本苍龙潜艇

  NS110钢材由日本在1983年研制成功,110代表其屈服强度达到110Kgf/mm²。其中春潮号由于是首次应用NS110钢材,因此最大潜深设计较为保守,目前已知性能是不大于450米;而后期建造的新亲朝、苍龙号,最大潜深超过500米,具体指标尚不明确。

  在以镍、铬、钼等合金元素增强效果为核心的军舰高强高韧钢类型中,除美国以外,以俄罗斯和日本水平最好。俄罗斯在60年代大致形成完整谱系的AK系列钢材,目前基本已被AB系列钢材所取代,其屈服强度最高可以达到1175MPa。(作者署名:候知健)

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