艦艇用高強(qiáng)鋼強(qiáng)度及其耐蝕性現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

郝文魁，劉智勇，王顯宗，李曉剛

（北京科技大學(xué) 腐蝕與防護(hù)中心，北京 100083）

海洋是人類活動(dòng)的重要組成部分，在戰(zhàn)略國(guó)防中有著重要地位，是當(dāng)今國(guó)家安全的重要領(lǐng)域。對(duì)海洋主權(quán)的維護(hù)和保障離不開海軍艦艇的發(fā)展，而高強(qiáng)鋼又是海軍艦艇發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，其耐腐蝕性是海軍艦艇先進(jìn)性和安全性的決定性因素之一。因此海軍艦艇用高強(qiáng)鋼的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的意義和價(jià)值。

海軍艦船，尤其是潛艇在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中具有重要而又特殊的作用，各國(guó)海軍都非常重視艦船及潛艇的發(fā)展，隨之而來，高強(qiáng)鋼在艦艇中也得到了廣泛應(yīng)用。海軍艦艇所處環(huán)境復(fù)雜、作戰(zhàn)及安全性要求極高，艦艇用鋼既要有高強(qiáng)度和抗腐蝕性，還要有優(yōu)良的韌性、焊接性、低磁性、加工性、抗疲勞性及穩(wěn)定性［1-4］。目前，隨著細(xì)晶及超細(xì)晶、析出物及微觀組織控制、微合金化、TMCP等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，高強(qiáng)鋼的各項(xiàng)性能不斷提升，為海軍艦艇用鋼及其耐蝕性的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［2-7］。美、歐、俄、日等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)艦艇用高強(qiáng)鋼的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用較早，規(guī)格完善，強(qiáng)度、耐腐蝕性等綜合性能及加工工藝為世界先進(jìn)水平，最高屈服強(qiáng)度已達(dá)1100 MPa［8］。我國(guó)也在不斷加強(qiáng)艦艇用高強(qiáng)鋼的研發(fā)和應(yīng)用，但在強(qiáng)度、規(guī)格、耐腐蝕性及加工焊接等方面還存在一些的問題，對(duì)我國(guó)海軍艦艇的發(fā)展產(chǎn)生了一定的制約，所以對(duì)海軍艦艇用高強(qiáng)鋼及其耐蝕性的研究成為重要課題。

文中對(duì)目前國(guó)內(nèi)外艦艇用高強(qiáng)鋼的使用現(xiàn)狀、腐蝕和焊接問題進(jìn)行了綜述，分析了艦艇用高強(qiáng)鋼的發(fā)展趨勢(shì)，為高強(qiáng)鋼在我國(guó)海軍艦艇的應(yīng)用及防腐蝕工作的發(fā)展提供參考。

1 航母及艦船用高強(qiáng)鋼現(xiàn)狀

目前，艦船尤其是航空母艦使用高強(qiáng)鋼的性能狀況差異較大，其中由于航母甲板需要承受飛機(jī)起降的巨大沖擊力以及燃?xì)?、爆炸沖擊，海洋及其大氣腐蝕等極端復(fù)雜的服役環(huán)境［9-11］，技術(shù)要求最為苛刻，強(qiáng)度、厚度、耐腐蝕性高于一般船體結(jié)構(gòu)鋼［12-14］。

1.1 美國(guó)航母及艦船用高強(qiáng)鋼

美國(guó)航母及艦船用高強(qiáng)鋼性能處于世界領(lǐng)先水平，其航母大量采用690 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼作為甲板用鋼，耐腐蝕性能優(yōu)異，主要用鋼分為HY和HSLA系列鋼［15-17］。

美國(guó)從20世紀(jì)50年代開始建立HY系列高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼體系［14］。開發(fā)了鎳鉻鉬系的淬火回火高韌性且屈服強(qiáng)度達(dá)550 MPa的HY-80調(diào)質(zhì)合金鋼，用于航母制造，耐腐蝕性能良好。之后在HY-80鋼的基礎(chǔ)上，通過改變合金含量及回火溫度，研制了屈服強(qiáng)度高于690 MPa的HY-100鋼，于1966年用于航母甲板。由于合金成份和含量的優(yōu)化，其耐腐蝕性能也得到較大的提升，是當(dāng)前其航母重要部位的主要材料。于20世紀(jì)60年代中期進(jìn)一步開發(fā)了屈服強(qiáng)度高于896 MPa的HY-130鋼，但其強(qiáng)度的提升，海洋環(huán)境下應(yīng)力腐蝕的敏感性也相應(yīng)升高。直到20世紀(jì)80年代，HY系列鋼仍為美國(guó)艦船的主要結(jié)構(gòu)用鋼。

20世紀(jì)80年代后，隨著超低碳、超純凈鋼冶煉、微合金化及控軋控冷等冶金技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，為降低成本、減少焊接工藝和降低腐蝕開裂的發(fā)生，美國(guó)開始研制不需預(yù)熱或只需較低溫度預(yù)熱就能焊接的HSLA系列鋼［15-19］。HSLA鋼的組織為含C量極低的細(xì)晶粒鐵素體或珠光體鋼，靠低C微合金化、控軋控冷、沉淀硬化等技術(shù)取得了優(yōu)良的性能。由于其碳含量極低，晶粒被細(xì)化，并減少了焊接及其熱影響區(qū)的影響，其耐腐蝕及腐蝕開裂的性能也得到大幅提升，使船體結(jié)構(gòu)鋼的開發(fā)及耐腐蝕性能進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代［17-20］。

HSLA-80鋼是美國(guó)最早研制成功的新型高強(qiáng)度、高韌性結(jié)構(gòu)鋼，不但強(qiáng)韌性達(dá)到HY-80鋼的水平，而且焊接性和耐腐蝕性更好。因具有優(yōu)良的焊接性能，且合金元素含量低，耐腐蝕性好，簡(jiǎn)化了艦船建造工藝，降低了成本。該型鋼基本取代HY-80鋼用于建造大型水面艦艇，“尼米茲級(jí)”核動(dòng)力航母的某些結(jié)構(gòu)采用此鋼種。HSLA-100鋼是美國(guó)為新型航母殼體研制的具有優(yōu)良焊接工藝的高強(qiáng)鋼，其性能已達(dá)到HY-100鋼的水平，焊接材料與其相同，厚度可達(dá)100 mm，但該鋼可在比HY-100鋼更低的焊接預(yù)熱層間溫度下施焊，從而降低建造成本。HSLA-100鋼已部分代替HY-100鋼用于航母制造，已應(yīng)用在“斯坦尼斯”號(hào)核動(dòng)力航母。HSLA-115鋼和HSLA-65鋼是美國(guó)根據(jù)減重及重心降低的要求而研制的，屈服強(qiáng)度分別達(dá)785 MPa和445.9 MPa，其應(yīng)用在甲板上，不僅降低了航母重心，還顯著降低了甲板厚度，從而減輕航母質(zhì)量，HSLA-115鋼現(xiàn)已在新型航母“福特”號(hào)上試用。HSLA-65鋼是低碳含錳鋼，不預(yù)熱既可焊接。從20世紀(jì)90年代開始，美軍對(duì)HSLA鋼及其配套材料的耐腐蝕性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，目前已取得巨大進(jìn)展［17-21］。

1.2 英國(guó)航母及艦船用高強(qiáng)鋼

英國(guó)在20世紀(jì)40年代以前制造艦船殼體主要采用U，X，W鋼。20世紀(jì)50年代采用了Mn-C系屈服強(qiáng)度達(dá)432 MPa的調(diào)質(zhì)鋼QT28鋼，由于其Mn元素含量高，易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。1958年至1965年又廣泛采用屈服強(qiáng)度高于550 MPa的調(diào)質(zhì)鋼QT35鋼，由于該鋼在冶金中出現(xiàn)層狀撕裂和應(yīng)用中腐蝕開裂的問題，被從美國(guó)進(jìn)口的HY-80代替。之后英軍仿造HY-80鋼研發(fā)出Q1N鋼，其化學(xué)成分與HY-80相當(dāng)。20世紀(jì)70年代以后仿制美國(guó)的HY-100和HY-130鋼，開發(fā)出Q2N和Q3N鋼，此系列鋼雖然為仿制美國(guó)HY系列，但其更加注重鋼的純凈度，冶煉中嚴(yán)格控制S，P含量，并在成品強(qiáng)度性能中規(guī)定了鋼的屈強(qiáng)比上限值，因而對(duì)冶煉水平和軋制熱處理工藝要求更高，由于其C，S，P含量控制較好，因而抗腐蝕開裂的性能更優(yōu)異。此外，在制造水面艦船上英軍還大量使用一般碳素鋼、A級(jí)鋼、B級(jí)鋼。為降低成本，充分發(fā)揮材料性能，常在一條艦船上根據(jù)設(shè)計(jì)要求使用各種不同強(qiáng)度級(jí)別的材料和防腐蝕工藝。目前，英國(guó)“無敵”級(jí)航母使用的為法國(guó)軟鋼，其屈服強(qiáng)度較低，一般僅用于制造小型垂直起降或者直升飛機(jī)航母，耐腐蝕性能較好［12］。

1.3 其他國(guó)家航母及艦船用高強(qiáng)鋼

俄羅斯、法國(guó)等國(guó)也在不斷開發(fā)艦船用高強(qiáng)鋼系列［12-13］。俄羅斯在20世紀(jì)60年代已形成較完整的AK系列鋼，目前已基本被AB系列鋼所取代，АB系列鋼最高強(qiáng)度已達(dá)到1175 MPa，耐腐蝕性能極佳。法國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)后開發(fā)了60HLES，80HLES，100HLES等3代高強(qiáng)鋼，“戴高樂”號(hào)航母甲板使用的為550 MPa的HY-80特種鋼。

1.4 中國(guó)艦船用高強(qiáng)鋼

從20世紀(jì)60年代初開始，我國(guó)不斷通過研仿，成功試制了主要艦船用鋼，如921，922，923鋼和其配套使用的604，607，608鑄鋼及925鍛鋼，907，917鋼等。自20世紀(jì)60年代后期開始，自行研制了第一代艦船用鋼，錳系無鎳鉻901，902，903低合金船體鋼和低鎳鉻的904等艦艇用鋼及配套材料。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，在結(jié)構(gòu)鋼及配套材料方面正在逐步形成以強(qiáng)度級(jí)別為系列和品種規(guī)格較完整的耐蝕可焊鋼系列，主要代表有390 MPa級(jí)907A系列鋼、440 MPa級(jí)耐海水腐蝕性能和低溫性能好的含鎳鉻945系列鋼、590 MPa級(jí)921A系列鋼、785 MPa級(jí)980系列鋼等［13］。我國(guó)自行研制的艦船用鋼在海軍艦艇建造中已得到成功應(yīng)用，建造了幾十種型號(hào)的艦船，艦船用鋼的研制與耐腐蝕性發(fā)展基本滿足了不同時(shí)期艦船建造的需要，但與國(guó)外先進(jìn)海軍艦船用鋼及耐腐蝕性能相比還有一定差距。

2 潛艇耐壓殼高強(qiáng)鋼現(xiàn)狀

潛艇在復(fù)雜的海洋環(huán)境中工作，耐壓殼體是由帶加強(qiáng)環(huán)的圓柱、圓錐和球殼組成，所以其用鋼包括不同厚度鋼板、型材、鑄鋼和鍛鋼［8］。高強(qiáng)度鋼的使用使?jié)撏軌虺惺芷涔ぷ魃疃犬a(chǎn)生的靜壓強(qiáng)和在整個(gè)服役期內(nèi)多次下潛和上浮產(chǎn)生的周期性載荷對(duì)耐壓殼的影響。特別是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為增強(qiáng)戰(zhàn)斗力和保障安全性，各國(guó)海軍都積極研制潛深大、航速快、耐腐蝕、噪音及磁性低的潛艇，而新型高性能鋼的應(yīng)用對(duì)其產(chǎn)生了重要的影響。其中，美、俄、日、法和德等國(guó)在研制潛艇用鋼方面處于領(lǐng)先地位。

潛艇耐壓殼使用的金屬材料主要有鋼和鈦合金。由于所用鋼的性能差距較大，各種潛艇性能差別很大。普通潛艇，屈服強(qiáng)度在300 MPa左右，最先進(jìn)的核潛艇用鋼，強(qiáng)度已經(jīng)高達(dá)1100 MPa，比航母用鋼還要優(yōu)良。目前，美、俄、英、法、日、德等國(guó)相繼研制成一系列的高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕的耐壓殼體結(jié)構(gòu)鋼，使?jié)撏聺撋疃葟?00 m提高到600 m左右，俄、美、日等國(guó)已采用屈服強(qiáng)度為900～1100MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼做為潛艇耐壓殼體［12-24］。

2.1 美國(guó)潛艇耐壓殼高強(qiáng)鋼

美軍潛艇的耐壓殼主要使用HY系列高強(qiáng)鋼及鈦合金。已使用HY-80，HY-100，HY-130和HY-180等高強(qiáng)度、高韌性結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度分別為550，690，897，1100 MPa，美國(guó)潛艇用鋼力學(xué)性能見表1［8，25-26］。前2種是潛艇耐壓殼體主要用鋼，潛艇每年需要這2種鋼鑄鍛件各250 t［22］。20世紀(jì)60年代前，美海軍潛艇耐壓殼標(biāo)準(zhǔn)用鋼為HY-80鋼，美軍“洛杉磯”級(jí)潛艇的耐壓殼及“伊桑艾倫”級(jí)核潛艇的全部耐壓殼體使用HY-80鋼?，F(xiàn)今強(qiáng)度更高的HY-l00鋼已成為美國(guó)海軍潛艇耐壓殼的標(biāo)準(zhǔn)用鋼，美海軍“海狼”級(jí)潛艇及最新型核潛艇“弗吉尼亞”級(jí)的耐壓殼都采用HY-l00鋼。20世紀(jì)80年代用新研制的HY-l30鋼建造深海試驗(yàn)潛艇“海豚”號(hào)等潛艇的分段，但其在建造“海狼”號(hào)核動(dòng)力潛艇時(shí)產(chǎn)生焊接裂縫而被迫改為HY-100鋼，在對(duì)含碳量的控制，焊接材料的改進(jìn)，耐腐蝕開裂研究及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累之上，該鋼已用于建造潛艇［8］。HY-180鋼為最新研制的超高強(qiáng)度鋼，由于其強(qiáng)度高達(dá)1100 MPa，對(duì)焊接及耐應(yīng)力腐蝕開裂提出了更高的要求，目前正在不斷的完善中。美軍“海崖”號(hào)深潛器使用鈦合金作耐壓殼材料，下潛深度為6100 m，耐腐蝕性能極佳。

表1 美國(guó)潛艇用高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能Table 1 Mechanical properties of the submarine with high strength steel in America

2.2 日本潛艇耐壓殼高強(qiáng)鋼

日本在制造強(qiáng)度較高的特種合金鋼方面具有先進(jìn)技術(shù)，潛艇耐壓殼體用鋼發(fā)展處于世界前列，已從NS-30，NS-46，NS-56，NS-63，NS-80，NS90發(fā)展到目前的NS-110鋼，其屈服強(qiáng)度分別為294，451，550，617，780，883和1080 MPa，日本潛艇用鋼力學(xué)性能見表2［23］。其中NS-110鋼是目前全球潛艇耐壓殼體采用的屈服強(qiáng)度等級(jí)最高的可焊接高強(qiáng)鋼。

日本潛艇用鋼的發(fā)展主要采用仿制和自創(chuàng)相結(jié)合的方針，20世紀(jì)60年代初日本潛艇耐壓殼材料使用NS-30和NS-46鋼。此后對(duì)國(guó)外高強(qiáng)度鋼進(jìn)行了深入研究，包括美國(guó)海軍使用的高強(qiáng)度潛艇鋼，研制成了NS-63（HY-80改進(jìn)型），NS-80，NS-90（仿制HY-l00，HY-l30）鋼。NS-90鋼用于潛深達(dá)2000 m的深海調(diào)查船外，NS-63和NS-80鋼都已分別用于建造“渦潮”、“夕潮”級(jí)潛艇的耐壓殼，耐腐蝕性能良好。為增加潛艇下潛深度，在美國(guó)HY-130和HY-180鋼的基礎(chǔ)上研制了NS-110鋼，將其應(yīng)用于“春潮”級(jí)潛艇的部分耐壓殼上，使?jié)撏撋钸_(dá)到350 m左右。新一代“親潮”級(jí)潛艇艇殼全部采用NS-110超高強(qiáng)度鋼，因焊接、腐蝕開裂等問題和設(shè)計(jì)水平限制，“親潮”級(jí)潛艇潛深只有450 m左右，該鋼為調(diào)質(zhì)鋼，焊接工藝相對(duì)復(fù)雜，目前仍在解決焊接效率低等問題。日本的“深海2000”深潛器使用鈦合金作耐壓殼材料［21-23］。

表2 日本潛艇用高強(qiáng)鋼的力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties of the submarine with high strength steel in Japan

2.3 英國(guó)潛艇耐壓殼高強(qiáng)鋼

英國(guó)也是潛艇用鋼開發(fā)較早的國(guó)家［24］。于二戰(zhàn)之后研制的QT系列鋼不斷應(yīng)用于潛艇。首先用QT28來建造潛艇，并于1958年用QT35鋼建造英國(guó)第一艘攻擊型核潛艇“無畏號(hào)”。QT35曾大量用于潛艇殼體結(jié)構(gòu)，之后于1969年開始用Q1N鋼制造潛艇耐壓殼體，至今仍用Q1N鋼制造核潛艇殼體，如“特拉法加”號(hào)核潛艇。目前新研發(fā)的Q2N和Q3N鋼，已用于建造最新設(shè)計(jì)的核潛艇，英國(guó)“機(jī)敏”級(jí)潛艇計(jì)劃使用Q2N作耐壓殼材料。英國(guó)在潛艇建造過程中所用鋼種及性能見表3［24］。

表3 英國(guó)潛艇用鋼的力學(xué)性能要求Table 3 Mechanical properties of the submarine with high strength steel in England

2.4 俄羅斯?jié)撏蛪簹げ牧?/h3>

俄羅斯為世界上首先使用鈦合金建造潛艇耐壓殼的國(guó)家，其用鈦合金建造潛艇的技術(shù)世界領(lǐng)先。鈦合金具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、低磁性和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，用其作耐壓殼材料可降低潛艇排水量、增大潛深和提高潛艇隱蔽性。俄羅斯先后制造了四級(jí)鈦合金耐壓殼核潛艇，分別為S、M、阿庫拉、奧斯卡級(jí)，其中奧斯卡級(jí)的下潛深度已達(dá)1000～1300 m，耐腐蝕性極佳，但鈦合金潛艇也存在成本過高的問題［27］。俄羅斯某些潛艇的耐壓殼材料采用強(qiáng)度達(dá)1175 MPa的CB-2鋼，用其制造的阿庫拉級(jí)潛艇潛深750 m［13］。

2.5 其他國(guó)家潛艇耐壓殼高強(qiáng)鋼

法國(guó)也是世界上采用先進(jìn)潛艇耐壓殼體高強(qiáng)鋼的國(guó)家。20世紀(jì)80年代后期采用屈服強(qiáng)度達(dá)980 MPa的100HLES鋼，作為大型核潛艇“凱旋”級(jí)的耐壓殼體。德國(guó)為世界上唯一用低磁鋼建造潛艇的國(guó)家，212級(jí)潛艇艇體采用一種非磁奧氏體鋼制成，不但強(qiáng)度高，而且具有特殊彈性，能防擱淺和碰撞，其低磁鋼的屈服強(qiáng)度與HY-80鋼相當(dāng)。由于其韌性好，因此應(yīng)力腐蝕開裂敏感性較低［4］。

2.6 中國(guó)潛艇耐壓殼高強(qiáng)鋼

目前，921A，922A，923A鋼及其配套材料是我國(guó)最主要的潛艇用鋼。最新的核潛艇耐壓殼體用鋼為980系鋼，具有強(qiáng)度高、韌性高、焊接性好、耐海水腐蝕性優(yōu)、綜合性能優(yōu)良等特點(diǎn)，但與國(guó)外先進(jìn)水平還有差距。我國(guó)7000 m深海載人潛水器“和諧”號(hào)采用鈦合金作為耐壓殼材料［27］。

3 艦艇用高強(qiáng)鋼存在的問題

3.1 艦艇用高強(qiáng)鋼腐蝕問題

艦艇在復(fù)雜的海洋環(huán)境下工作，面臨很多嚴(yán)重的腐蝕問題［9-11］。隨艦艇用鋼強(qiáng)度的不斷提高，尤其是潛艇下潛深度的逐漸增大，壓力的不斷提升，艦艇的腐蝕問題變得更加復(fù)雜化和多樣化。

3.1.1 海洋腐蝕問題

艦艇用高強(qiáng)鋼長(zhǎng)期服役于鹽霧、海水等高Cl-的復(fù)雜環(huán)境，受到海水及海洋生物的作用而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕［28-29］，漆膜易發(fā)生皂化、老化等問題，漆膜下金屬發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，不僅降低了材料的力學(xué)性能，而且縮短其使用壽命［30-33］。隨著對(duì)先進(jìn)性和安全性要求的不斷提高，艦艇用鋼耐腐蝕性能的要求也不斷提升。現(xiàn)在防止海水腐蝕采用的方法有增加腐蝕裕量、涂層和陰極保護(hù)等［34］。

3.1.2 陰極保護(hù)影響分析

對(duì)艦艇而言，高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用成為趨勢(shì)，隨性能及安全性要求的不斷提高，鋼的強(qiáng)度也不斷提升。一般情況下，鋼強(qiáng)度越高，氫脆破裂敏感性越大。艦艇結(jié)構(gòu)材料主要受電化學(xué)腐蝕機(jī)制作用，目前采用的陰極保護(hù)技術(shù)是控制船體結(jié)構(gòu)腐蝕長(zhǎng)效且經(jīng)濟(jì)的措施之一。在采用陰保的系統(tǒng)中，保護(hù)電位過負(fù)時(shí)，被保護(hù)金屬表面會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的析氫反應(yīng)，使氫容易進(jìn)入金屬，晶格應(yīng)變加大，致使韌性及延展性降低、脆化，在外力下引起氫脆破裂［35］。因此艦艇鋼采用陰極保護(hù)時(shí)，必須嚴(yán)格控制陰極保護(hù)電位范圍，使艦艇既被有效保護(hù)，又避免產(chǎn)生氫脆等不良影響，保證艦艇的安全性［36-37］。

3.1.3 應(yīng)力腐蝕問題

隨著艦艇用鋼強(qiáng)度級(jí)別的提高，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕等局部腐蝕的敏感性增加，尤其是潛艇隨著下潛深度的增加，壓力逐步增大，在海水介質(zhì)作用下可能會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。對(duì)艦艇而言，材料強(qiáng)度愈高、應(yīng)力水平越大，應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性越高，表面陽極極化行為越明顯。應(yīng)力腐蝕對(duì)艦艇的安全性和長(zhǎng)期服役產(chǎn)生了極大的不利影響，導(dǎo)致很多危險(xiǎn)性事故的發(fā)生［38-39］。德軍采用Mn-Cr系低磁鋼建造U1和U2潛艇，在使用過程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的晶間應(yīng)力腐蝕開裂；前蘇聯(lián)海軍用研制的艦艇低磁鋼，建造655型核潛艇構(gòu)件，但在海水介質(zhì)作用下，發(fā)生了晶間腐蝕，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生［36，38］。

3.2 艦艇用高強(qiáng)鋼焊接問題

焊接技術(shù)的研究與發(fā)展對(duì)提高艦艇作戰(zhàn)性能及安全性具有重大意義。隨著艦艇用鋼強(qiáng)度、厚度及合金元素的不斷提高，對(duì)焊接工藝及焊材要求日趨嚴(yán)格，但其焊接易產(chǎn)生氫致裂紋；造成氣孔、夾渣、未熔合等焊接缺陷；合金元素增加導(dǎo)致焊接接頭過度硬化；因焊后熱處理不當(dāng)引起硬度過高，韌性變低，耐腐蝕性能下降等材料性能裂化［40-42］；焊接缺陷和焊后材料性能下降引起腐蝕開裂問題；預(yù)熱及熱處理使成本增加等問題也不斷呈現(xiàn)［43-46］。焊接區(qū)中的氫含量、拘束應(yīng)力狀態(tài)和焊接區(qū)微觀組織是高強(qiáng)度鋼焊接裂紋形成和發(fā)展的主要因素。因此加大焊接技術(shù)及其配套處理工藝的研究變得尤為重要。目前在滿足艦艇性能要求的條件下，高強(qiáng)鋼焊縫金屬采用低匹配強(qiáng)度技術(shù)，降低了建造成本；加強(qiáng)用均熱處理和數(shù)學(xué)模型解決氫致裂縫問題；調(diào)整化學(xué)成份和熱處理工藝，降低或取消焊接預(yù)熱；通過細(xì)化熱影響區(qū)的晶粒尺寸，減小碳當(dāng)量，并用TiN，AlN進(jìn)行固氮等方法改進(jìn)焊接熱影響區(qū)的韌性和耐腐蝕性能［8-10］。

4 艦艇用高強(qiáng)鋼發(fā)展趨勢(shì)

目前從艦艇戰(zhàn)斗力、防御性、安全性、環(huán)保性等方面考慮，國(guó)內(nèi)外艦艇用鋼一直向高強(qiáng)度、厚規(guī)格、高的低溫韌性、優(yōu)良的焊接性、良好的抗層狀撕裂性的方向發(fā)展，潛艇材料更向鈦合金鋼方向發(fā)展。由于艦艇的特殊性，以下方面也成為其重要發(fā)展方向。

1）大規(guī)格。為滿足艦艇大型化、完整化要求，鋼板規(guī)格不斷加大。鋼材規(guī)格增大，減少了焊接及焊后熱處理等過程，降低了建造成本。

2）低磁性。艦艇用鋼的低磁性在艦艇的隱蔽性方面發(fā)揮了巨大作用，尤其是潛艇用鋼的低磁性非常重要，可以提升潛艇的戰(zhàn)斗能力和安全性［47-48］。

3）開發(fā)可抑制艦艇涂膜劣化的新型鋼板和無需涂裝的耐蝕板。開發(fā)可抑制艦艇涂膜劣化的新型鋼板和無需涂裝的耐蝕板對(duì)提高艦艇的服役年限，減輕艦艇對(duì)環(huán)境的影響，并降低艦艇的建造和維修成本有重要作用。

4）開發(fā)復(fù)合材料。國(guó)外正在研究采用復(fù)合材料來建造潛艇殼體，并已成為一種趨勢(shì)［17］。復(fù)合材料是由增強(qiáng)纖維和樹脂組成的新型材料，目前雖未正式應(yīng)用，但其具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、低磁性等優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)省重量，增大下潛深度或提高有效載荷［49-51］。

5）高耐蝕性。由于大量的腐蝕和腐蝕開裂問題的發(fā)生，耐腐蝕性成為高強(qiáng)鋼越來越重要的性能，制約著高強(qiáng)鋼在艦艇中的應(yīng)用，目前研究的主要重點(diǎn)是不同組織和元素及其含量對(duì)鋼耐蝕性的影響，優(yōu)化和開發(fā)材料的腐蝕防護(hù)方法，優(yōu)化冶金和焊接工藝降低腐蝕開裂的可能性。

5 結(jié)語

隨著各國(guó)對(duì)海洋權(quán)益及安全問題重視程度的不斷提高，海軍艦艇用高強(qiáng)鋼及其耐腐蝕性取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。我國(guó)雖然在海軍艦艇用高強(qiáng)鋼的研發(fā)和應(yīng)用方面取得了一定的成績(jī)，但與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比，在鋼的強(qiáng)度、焊接性能、耐腐蝕性能等方面都存在一定的差距。在對(duì)海軍艦艇先進(jìn)性和安全性要求不斷提升的今天，應(yīng)依托冶金、材料、腐蝕等學(xué)科的發(fā)展，加強(qiáng)海洋艦艇用高強(qiáng)鋼及其耐腐蝕性的研究。

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