世界各国高强度军工舰船用特种钢(高强度低合金钢)回顾

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《一》

冶金术语 : 屈服强度 ( 互动百科 )

当应力超过弹性极限后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。当应力达到 B 点后,塑性应变急剧增加,曲线出现一个波动的小平台,这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定,因此以它作为材料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度。

有些钢材 ( 如高碳钢 ) 无明显的屈服现象,通常以发生微量的塑性变形 (0.2 % ) 时的应力作为该钢材的屈服强度,称为条件屈服强度。

《二》

中国已经拥有了生产高强度舰船用特种钢的先进技术

-- 作者:虞墨

-- 发布时间: 2009-12

『军事与战略』 www.cssmyz.com

第二次世界大战后,世界各军事强国为了满足舰船装备的发展需求,研制开发了系列高强度舰船用钢。

如美国,战后发展了 355MPa(36kgf/mm2) 级 HTS 钢、 550MPa(56kgf/mm2) 级 HY80 钢、 690MPa(70kgf/mm2) 级 HY100 钢、 890MPa(91kgf/mm2) 级 HY130 钢,并用于实船建造;

俄罗斯开发了屈服强度从 390-1175MPa(40-120kgf/mm2) 级的АБ系列舰船钢;

法国最新建造的“凯旋”级核潜艇耐压壳体用钢屈服强度已达到 980MPa 。

HY-80 、 HY-100 、 HY-130 都是美国在 50 年代开始应用于舰艇制造的高强度低合金钢,现在已经普遍被 HSLA-80 和 HSLA-100 系列高强度钢所替代。 此类高强度钢由于含有铜元素,因此有别于于传统的船体用钢。 传统的高强度船体用钢均是在低碳低合金钢的基础上,通过采用调质热处理工艺获得低碳回火马氏体组织来达到高强度高韧性的配合。 为了确保较厚规格钢板具有足够的淬透性 , 钢中通常需要添加较高含量的 Ni, Cr, M. 等合金元素。

钢的强度级别要求越高 , 船体钢的碳当大幅增加 , 这使得钢的焊接变得十分困难。 如何兼顾高强度舰船用钢的强度和焊接性 , 己成为船体结构钢设计的一个关键因素。 由于在钢里加入了一定比例的铜,其优点在于减慢了钢材在大气中的腐蚀速度。 铜还可以改善钢材在海水中的耐蚀性,另外,含铜的钢材其耐磨性也有较大幅度的提高。 由于韧性加强了,对于舰体的直接好处就是提高了防弹效果。

这种钢在战后美国第一代产品就是屈服强度为 36kgf/mm 的 2 级 S 钢 , 56kgf/mm 的 Z 级 HY80 钢 , 70kgf/mm 的 Z 级 HY100 钢以及 91kgf/mm 的级 HY130 钢。

俄罗斯也开发了屈服强度从 40kgf/mmZ-120kgf/mmZ 级的 A6 系列舰船钢 :

我国也相继研制成功了 40, 45, 60, 80kgf/mm2 级的高强度舰船用钢系列 .

但是铜在钢中高到一定量时,将引起热脆性。将钢加热到 1   100 ~ 1200 ℃ ( 一般的热加工温度 ) ,铁优先氧化形成氧化皮,在氧化层和钢之间的界面上留下一层极薄的不易察觉的液态铜 ( 铜的熔点仅为 1083 ℃ ) 。热轧或连铸时,钢中残余的铜便大量渗入晶界,造成晶间开裂。为避免热脆性,通常将钢中的铜作为有害元素而限制在 0.35 % 以下。另外,含铜钢的氧化皮去除困难,使制品的表面质量低劣。某些在特殊环境中服役的钢,若残余铜含量高,还可能出现辐照脆性、去应力脆性和回火脆性等问题,核容器用钢必须控制残余铜含量≤ 0.08 % 。由于铜的有害作用,人们都怕铜钢。冶炼过铜钢的炉子通常要经过多次洗炉,同时为控制钢中残余铜含量而进行的处理,都无疑增加了生产成本。再一个, HY-80 系列钢在焊接前要进行长时间预热,这也使造船成本增加。

近年来,国外对铜合金化进行了深入研究,并开发出一些含铜的新钢种。

这类新钢种以美国的可焊接低合金高强度 HSLA-80 及 HSLA-100 钢为代表。

HSLA-80 钢是以 ASTM 710 钢为基础开发的一种低碳、铜析出强化钢,其强韧性可达 HY-80 钢要求。 采用 HY-80 型焊接材料焊接时, HSLA-80 钢的热裂抗力和冷裂抗力都优于 HY-80 钢。 由于焊接预热过程的减少或取消,造船成本比采用 HY-80 钢降低 50 % ~ 90% 。优良的焊接性能是由于焊接过程中的热量使铜溶解,晶料粗化,热影响区软化。

HSLA-80 钢于 1984 年开始用于舰船建造。

在 HSLA-80 钢基础上发展的 HSLA-100 钢强度、韧性可以达到或超过 HY-100 钢,取消焊前预热仍可保持好的可焊性。

HSLA-100 钢也是低碳、铜析出强化钢,它采用锰、镍、钼来增加淬透性,镍改善韧性,同时进一步加强ε -Cu 的析出强化效果,铜含量高于 HSLA-80 钢。

作为 HY-100 钢的替代品, HSLA-100 钢自 1989 年起开始使用。

像美国的“提康德罗加”级巡洋舰、“阿里.伯克”级新型导弹驱逐舰和“尼米兹”级核动力航母的某些结构及“黄峰”级两栖攻击登陆舰的主要结构,使用的都是 HSLA-80 钢。

气垫船的船体材料也是这种钢。

而美国先进的攻击型核潜艇 ( 非耐压壳体 ) 和新建的航母壳体则用 HSLA-100 ,如 1993 年下水的 CVN-74 “斯坦尼斯”号航母上就大量使用了厚度从 15.9 到 25.4mm 的 HSLA-100 钢。

中国的潜艇用钢有 590Mpa 的 921 钢与 785 Mpa 的 980 超级钢,前者是 HY80 级别的,后者是 HY100 级别的。

921 估计是 039 用钢,而 90 年代研制的航母与潜艇耐压壳体 980 钢估计将使用在 09III 上。 HY80 钢的潜深能达到 400 米, HY100 钢能达到 600 米。

980 钢配套的焊接材料,通过合理的合金设计,超纯冶炼和超低氢工艺措施,很好地解决了与母材等强匹配。

在非常严格,苛刻和不同季节的条件下,实现了对 980 钢在产品制造和施工工艺上的适应性考核,结果表明 980 钢具有良好的造船工艺适应性。

980 钢严格地按照科研程序走完了研制全过程,填补了我国 785Mpa 级耐压壳体用钢的空白,使该材料达到了国际先进水平。

我国是世界上造船大国,近年来增长强劲,对造船的钢需求量很大。造船用钢包括板材、型材和管材,其中又以板材为主,约占 88% 。 2003 年全国船板产量为 201 万吨,自给率为 74% 。国内有 20 多家钢铁企业生产造船钢板,主要有宝钢集团上海浦钢、鞍钢、武钢、重钢、舞钢、南钢、济钢、马钢等,普通强度级船板都通过了中国 (CCS) 、英国 (LR) 、法国 (BV) 、美国 (ABS) 、德国 (GL) 、日本 (NK) 、挪威 (DNV) 、韩国 (KR) 、意大利 (RINA) 等多个国家船级社的认证,部分钢铁企业的高强度船板也通过了多个国家船级社的认证。

上海浦钢生产造船用钢历史较久, 2003 年船板产量达到 42 万吨,其中出口用船板在万吨以上,产品质量较好,硫、磷含量低,机械性能稳定,尺寸精度较高,表面质量优良,规格齐全,厚度为 6 — 100 毫米,最宽达到 3000 毫米,牌号从低到高共有 10 个,已被用于制造各类大型运输船只,另外,抗层状撕裂钢板已经替代进口用于渤海、东海和南海的采油平台。

武钢 2003 年船板产量为 29 万吨,冶炼和轧制通过采用一系列的新工艺新技术新设备,产品具有化学成分稳定,有害元素含量低,钢质纯净,组织均匀,晶粒细小,塑性好,屈强比低,碳当量低,能适应大型造船厂自动埋弧焊、等离子焊等多种焊接工艺要求的特点,可用于制造各种吨位、各种型号的出口船。

重钢 60 年代初期开始研制生产船板, 80 年代按各国船级社船规规范组织生产, 90 年代又研制开发出一系列高强度级别产品。 2003 年船板产量达到 32 万吨。重钢非常重视船用钢板的研发,相继采用了预脱硫、炉外精炼、微合金化、保护浇注和控轧控冷细化晶粒等措施,使产品质量大为提高。

舞阳钢铁公司 2003 年船板产量为 14 万吨、其中厚度在 40 毫米以上的市场占有率为 50% 。产品质量好,钢质纯净度较高,有害元素和夹杂物低,低温韧性和焊接性能提高,同板差、异板差和表面缺陷均有改善。 4 个普通强度级和 6 个高强度级产品都通过国内外 9 家船级社认证。

2003 年船板的产量,鞍钢为 26 万吨,南京钢铁联合公司为 23 万吨,济钢为 8 万吨,产品质量都有了较大提高。

从上述可以看出,目前我国的造船板质量基本上可满足用户需求,主要问题是钢板尺寸相对较小,厚度公差和同板差的精度等级与先进国家相比尚有差距,表面质量还需要改进,高强度级别的产品也需要大力研制和开发。





《三》

以下节选自东方财富网论坛:

据说国内最少也有抚顺特钢,宝钢,武钢等 6 家以上生产包括 980 , 921 , 922 在内的很多 9 系列军工钢

980 钢是一种屈服强度不小于 785MPa 的高强度,高韧性,可焊接耐压壳体用钢。该钢是我国当前强度最高,韧性最好的耐压壳体用钢,不仅要求强度高,还要求高韧性,良好焊接性,耐海水腐蚀性能,且厚度跨度大( 16 - 18 毫米),研制技术难度大。采用 NiCrMoV 合金设计及先进的 VHD 炉外真空精炼等技术措施,解决了本课题的三个技术难点。 980 钢配套的焊接材料,通过合理的合金设计,超纯冶炼和超低氢工艺措施,很好地解决了与母材等强匹配。在非常严格,苛刻和不同季节的条件下,实现了对 980 钢在产品制造和施工工艺上的适应性考核,结果表明 980 钢具有良好的造船工艺适应性。 980 钢严格地按照科研程序走完了研制全过程,填补了我国 785Mpa 级耐压壳体用钢的空白,使该材料达到了国际先进水平。


抚顺特钢生产 980
大锭,表面质量和化学成分均达到了较高标准

发布时间: 2009-02   信息来源:抚顺基地

截止 2 月 6 日,抚顺特钢一炼生产的 481.67 吨 980 大锭表面修磨深度远远低于规定指标,其主要化学成分含量都控制在指标下限。 980 大锭属军工用钢,该钢对内、外部的质量要求标准很高。一炼钢对该钢生产高度重视,生产前就制定出详细的生产计划和具体实施办法,并从进料开始就严格把关,同时工艺技术人员跟班进行指导,严格监督检查生产过程中的每一个细节操作,有效保证 980 大锭的表面质量和化学成分。































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