國內(nèi)外艦船材料的發(fā)展現(xiàn)狀

  船體結(jié)構(gòu)鋼是現(xiàn)代艦船建造最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)材料，也是用量最大的材料，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系艦船技戰(zhàn)術(shù)性能的提高。船體結(jié)構(gòu)鋼作為船體結(jié)構(gòu)材料，必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性、良好的工藝性及耐海水腐蝕性能。第二次世界大戰(zhàn)后，世界各軍事強(qiáng)國為了滿足艦船裝備的發(fā)展需求，研究開發(fā)了系列高強(qiáng)度艦船用鋼。

　　美國從第二次世界大戰(zhàn)開始發(fā)展艦船用鋼至今，其艦船船體鋼的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段。先后選用過碳素船體鋼、HTS、HY80、HY100、HSLA80、HSLA100 等多個(gè)型號(hào)的鋼種。其研制應(yīng)用大致可以分為4 個(gè)階段[1 - 3]：

　　第一階段二戰(zhàn)期間，美國水面艦船主要選用HTS、A、B、D、E 等高強(qiáng)度及一般強(qiáng)度級(jí)別的結(jié)構(gòu)鋼作為主船體選材。該階段鋼的主要特點(diǎn)是強(qiáng)度級(jí)別不高，合金元素少、碳當(dāng)量低，故成本低、焊接性好，但其韌性較低、抗彈性差、耐蝕性一般，且鋼板厚度較大，但在當(dāng)時(shí)也基本滿足了美國水面艦船的使用要求。

　　第二階段 20 世紀(jì)60 年代以后，為了滿足發(fā)展大型航母和新一代潛艇的需求，在Ni-Cr 系STS 防彈鋼的基礎(chǔ)上開發(fā)出了強(qiáng)度更高、韌性更好的HY 系列高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，包括HY80、HY100 及強(qiáng)度更高的HY130 鋼。HY 系列鋼種為調(diào)質(zhì)型Hi-Cr-Mo 系鋼，其主要特點(diǎn)是：①高強(qiáng)度，HY80、HY100 分別為550 MPa、690 MPa 級(jí)別; ②Ni、Cr、Mo 等合金元素含量較多，碳當(dāng)量高，焊接性差，建造成本高; ③鋼板規(guī)格齊全，水面、水下艦艇結(jié)構(gòu)通用; ④碳含量及碳當(dāng)量較高，故焊接性差。

20 世紀(jì)80 年代美國海軍HTS /MS 鋼和HY 鋼在艦船方面的應(yīng)用情況。可以看到，HTS /MS 鋼在水面艦船上依然是主要且大量應(yīng)用的鋼，而潛艇則以HY80、HY100 鋼為主。

  第三階段 HY 系列鋼雖然強(qiáng)度級(jí)別較高，但由于鋼中的合金元素如Ni，Cr，Mo 等含量較高，導(dǎo)致該種鋼成本高，且對(duì)焊接性能要求較高。20 世紀(jì)80 年代以后，為了改善海軍艦船用鋼焊接性能，節(jié)約艦船建造成本，又發(fā)展了HSLA80、HSLA100 新鋼種，以替代對(duì)應(yīng)強(qiáng)度級(jí)別的HY80、HY100 鋼。圖1 顯示了690 MPa 級(jí)HSLA100 鋼近年來在美國海軍最新航母建造中的使用情況。可以看出，從CVN74 的少量試用，到CVN75、CVN76、CVN77 擴(kuò)大采用，經(jīng)過了10 多年時(shí)間。