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山东舰所用特种钢材全部国产 性能与美福特级相当

图注:2019年12月17日,中国首艘国产航母山东舰正式列装服役,标志着我国航母力量正式跨入了新篇章

2019年12月17日,中国首艘国产航母山东舰正式列装服役,标志着我国航母力量正式跨入了新篇章。作为我国首艘国产航母,山东舰在研制过程中可谓困难重重,其中首先面临的就是高端钢铁材料供应问题,尤其是耐海水腐蚀、防鱼雷攻击的无磁镍铬钛合金钢和用于航母舰体结构关键部位的甲板钢等供应问题,是当时的重中之重。当时,这些特殊钢只有美国和俄罗斯能够生产,并被视为重要的战略军事物资,美、俄两国从不出口,所以我国只能自己摸索、研制。

  • 早期攻关,研制对称球扁钢

早在改造辽宁舰时,我国就开始了对航母建造钢材的攻关研究。当年,瓦良格号被拖回来之后,因为被拆除了许多内部设备再加上长期锈蚀,需要几百吨的对称球扁钢进行修复,其是修复航母不可或缺的重要钢材。

2008年,鞍钢负责研制瓦良格号所需要的对称球扁钢,而当时我国没有任何研制加工此类钢材的经验和技术,这项艰巨的任务落在了鞍钢集团钢铁研究院军工所的研究员周丹身上,她从事水面舰船用钢的研发已经24年,但是这项任务对于她而言还是异常艰巨。刚开始制作对称球扁钢时,周丹回忆说:现场一看,根本轧不出来,轧一根一量尺寸就不对,然后再试一根,尺寸还不对,你在现场待了十几个小时,就轧了几根钢,所以我们当时也挺头疼,就是感觉这个东西太难了。

由于对称球扁钢外形特殊,尺寸差异大,再加上金属流动和孔型设计的因素,仅轧制成型就十分困难。由于没有专用的生产线,热处理的效果也不理想。周丹他们只好把球扁钢一个根,固定在热处理架上,防止变形,终于保证了产品的生产。周丹团队仅仅用了一年半的时间,完成了需要三到五年才能完成的研发任务,生产了大概10倍的产量,最终保证了供货。2009年5月,鞍钢为辽宁舰修复生产的200吨航母用钢顺利交付。

随后,周丹采用快速感应加热技术,对鞍钢生产的热轧球扁钢淬火工艺进行了研究,设计开发出淬火生产线,对电源频率、加热方式、感应器等设备及工艺参数进行了选择确定,由此研发了热轧球扁钢快速感应加热技术。这些都为我国国产航母的研制奠定了基础。

图注:鞍钢集团钢铁研究院军工所研究员周丹,其团队研制成的对称球扁钢对于辽宁舰的改造,意义非凡

  • 甲板钢研制,解决国产航母建造最重要的问题

随着国产航母建造工作的开始,航母甲板钢的研制工作亦成为重中之重。

甲板是航母舰体结构的关键部位,功能和作用十分特殊。在航母上,飞机在一两百米内,就要从静止状态完成滑跑、起飞、腾空的过程。当飞机加力开到足以飞起时,发动机喷射出的火焰可达上千度,足以把一般钢材制作的甲板熔化!一般舰载机每架都有三十来吨重,降落着舰时,对甲板的冲击力极大,因此,对甲板的抗冲击力、抗扭曲力的要求就非常高。此外,航母甲板还要有抗敌方穿甲弹攻击的较强能力。所以航母甲板钢屈服强度MPa(兆帕)更是要求在500 MPa以上。另外,拼焊飞行甲板的钢板面积越大,焊缝数量就越少,还能缩短建造周期,提高甲板整体质量,这就对甲板钢的力学性能提出了非常严格的要求。

正是因为要同时满足如此多的苛刻要求,所以航母用甲板钢超过了任何一种军用舰船的钢材品质,而研制难度亦直线上升。但甲板钢却是航母建造不可或缺的核心材料,因为其不但要应用于甲板,还要应用于航母其它核心部位,例如航母指挥中心,航母的动力系统等。和对称球扁钢的研制状况相同,当时,世界上只有美国和俄罗斯掌握甲板钢的制作技术,但都禁止向中国出口。于是,这个重任落在了鞍钢集团钢铁研究院军工产品研究所副所长赵刚身上。

图注:鞍钢利用被称为“世界轧机之王”的五米五超宽轧机,制作出了航母甲板钢,为国产航母的建造奠定了基础

为了能够研制甲板钢成功,鞍钢特地向一重集团定制了超宽轧机。一重集团为鞍钢的钢材基地研制了世界上最先进的钢铁生产加工设备——被称为“世界轧机之王”的五米五超宽轧机。这台轧机重760多吨,由40台左右的单机设备组成,占地约200延长米,零部件达10万个左右,可以轧制宽度5.5米的钢板,轧制长度可达40米以上,是目前世界上规格最大、装机水平最高、轧制能力最强、单机设备吨位最大的宽厚板轧机。这台轧机的成功研制对我国造船业、核电以及国防工业等起到了重要支撑作用。

虽然有了机器,但想要研制出合格的甲板钢亦困难重重。2011年,刚接到航母甲板钢研制的任务时,赵刚就感到任务的艰巨。赵刚说:实际上是很震惊的,要求我们研制超宽的、超长的、最厚规格的,这样的甲板用钢,生产这样一张长宽板,是我们目前常规生产板子的四块。为了保障甲板钢的顺利研制,每隔一段时间,赵刚就要乘坐高铁赶到距离鞍山100多公里外的鲅鱼圈,跟踪军工钢的生产。而鞍钢集团鲅鱼圈分公司技术员,甲板钢研制团队的一员张坤称:那段时期基本上一个多月,差不多是24小时一直在厂里,从前线到后线各个工序进行跟踪,每天只能睡几个小时。

图注: 在鞍钢的努力下,中国航母采用的甲板钢整体技术指标与美国福特级使用的HSLA-115型特种钢不相上下,达到了690MPa,确保了国产航母的顺利研制

最终,在鞍钢的努力下,中国航母采用的甲板钢终于在这个轧机之王下诞生,整体技术指标与美国福特级使用的HSLA-115型特种钢不相上下,达到了690MPa,中国成为了世界上第三个掌握了甲板钢技术的国家。

除了甲板钢,在为国产航母供应钢材的任务中,鞍钢只用了一年就完成了过去需要十年的特种钢产量,目前国产航母除了30%技术相对较低的结构钢之外,国产航母所需要特种钢材的70%都是鞍山钢铁集团生产的,而这也正是我国山东舰只用了短短数年时间就建成下水、服役的重要原因。

  • 结语

山东舰特种钢材的攻关研制,只是国产航母研制过程中的一个缩影,但却体现了我国军工企业、研制人员努力奋斗、自强不息的精神。山东舰的成功研制,为我国未来航母的发展奠定了基础与方向,对我国航母工业的发展具有重大意义。


图注:2019年12月17日,中国首艘国产航母山东舰正式列装服役,标志着我国航母力量正式跨入了新篇章

2019年12月17日,中国首艘国产航母山东舰正式列装服役,标志着我国航母力量正式跨入了新篇章。作为我国首艘国产航母,山东舰在研制过程中可谓困难重重,其中首先面临的就是高端钢铁材料供应问题,尤其是耐海水腐蚀、防鱼雷攻击的无磁镍铬钛合金钢和用于航母舰体结构关键部位的甲板钢等供应问题,是当时的重中之重。当时,这些特殊钢只有美国和俄罗斯能够生产,并被视为重要的战略军事物资,美、俄两国从不出口,所以我国只能自己摸索、研制。

  • 早期攻关,研制对称球扁钢

早在改造辽宁舰时,我国就开始了对航母建造钢材的攻关研究。当年,瓦良格号被拖回来之后,因为被拆除了许多内部设备再加上长期锈蚀,需要几百吨的对称球扁钢进行修复,其是修复航母不可或缺的重要钢材。

2008年,鞍钢负责研制瓦良格号所需要的对称球扁钢,而当时我国没有任何研制加工此类钢材的经验和技术,这项艰巨的任务落在了鞍钢集团钢铁研究院军工所的研究员周丹身上,她从事水面舰船用钢的研发已经24年,但是这项任务对于她而言还是异常艰巨。刚开始制作对称球扁钢时,周丹回忆说:现场一看,根本轧不出来,轧一根一量尺寸就不对,然后再试一根,尺寸还不对,你在现场待了十几个小时,就轧了几根钢,所以我们当时也挺头疼,就是感觉这个东西太难了。

由于对称球扁钢外形特殊,尺寸差异大,再加上金属流动和孔型设计的因素,仅轧制成型就十分困难。由于没有专用的生产线,热处理的效果也不理想。周丹他们只好把球扁钢一个根,固定在热处理架上,防止变形,终于保证了产品的生产。周丹团队仅仅用了一年半的时间,完成了需要三到五年才能完成的研发任务,生产了大概10倍的产量,最终保证了供货。2009年5月,鞍钢为辽宁舰修复生产的200吨航母用钢顺利交付。

随后,周丹采用快速感应加热技术,对鞍钢生产的热轧球扁钢淬火工艺进行了研究,设计开发出淬火生产线,对电源频率、加热方式、感应器等设备及工艺参数进行了选择确定,由此研发了热轧球扁钢快速感应加热技术。这些都为我国国产航母的研制奠定了基础。

图注:鞍钢集团钢铁研究院军工所研究员周丹,其团队研制成的对称球扁钢对于辽宁舰的改造,意义非凡

  • 甲板钢研制,解决国产航母建造最重要的问题

随着国产航母建造工作的开始,航母甲板钢的研制工作亦成为重中之重。

甲板是航母舰体结构的关键部位,功能和作用十分特殊。在航母上,飞机在一两百米内,就要从静止状态完成滑跑、起飞、腾空的过程。当飞机加力开到足以飞起时,发动机喷射出的火焰可达上千度,足以把一般钢材制作的甲板熔化!一般舰载机每架都有三十来吨重,降落着舰时,对甲板的冲击力极大,因此,对甲板的抗冲击力、抗扭曲力的要求就非常高。此外,航母甲板还要有抗敌方穿甲弹攻击的较强能力。所以航母甲板钢屈服强度MPa(兆帕)更是要求在500 MPa以上。另外,拼焊飞行甲板的钢板面积越大,焊缝数量就越少,还能缩短建造周期,提高甲板整体质量,这就对甲板钢的力学性能提出了非常严格的要求。

正是因为要同时满足如此多的苛刻要求,所以航母用甲板钢超过了任何一种军用舰船的钢材品质,而研制难度亦直线上升。但甲板钢却是航母建造不可或缺的核心材料,因为其不但要应用于甲板,还要应用于航母其它核心部位,例如航母指挥中心,航母的动力系统等。和对称球扁钢的研制状况相同,当时,世界上只有美国和俄罗斯掌握甲板钢的制作技术,但都禁止向中国出口。于是,这个重任落在了鞍钢集团钢铁研究院军工产品研究所副所长赵刚身上。

图注:鞍钢利用被称为“世界轧机之王”的五米五超宽轧机,制作出了航母甲板钢,为国产航母的建造奠定了基础

为了能够研制甲板钢成功,鞍钢特地向一重集团定制了超宽轧机。一重集团为鞍钢的钢材基地研制了世界上最先进的钢铁生产加工设备——被称为“世界轧机之王”的五米五超宽轧机。这台轧机重760多吨,由40台左右的单机设备组成,占地约200延长米,零部件达10万个左右,可以轧制宽度5.5米的钢板,轧制长度可达40米以上,是目前世界上规格最大、装机水平最高、轧制能力最强、单机设备吨位最大的宽厚板轧机。这台轧机的成功研制对我国造船业、核电以及国防工业等起到了重要支撑作用。

虽然有了机器,但想要研制出合格的甲板钢亦困难重重。2011年,刚接到航母甲板钢研制的任务时,赵刚就感到任务的艰巨。赵刚说:实际上是很震惊的,要求我们研制超宽的、超长的、最厚规格的,这样的甲板用钢,生产这样一张长宽板,是我们目前常规生产板子的四块。为了保障甲板钢的顺利研制,每隔一段时间,赵刚就要乘坐高铁赶到距离鞍山100多公里外的鲅鱼圈,跟踪军工钢的生产。而鞍钢集团鲅鱼圈分公司技术员,甲板钢研制团队的一员张坤称:那段时期基本上一个多月,差不多是24小时一直在厂里,从前线到后线各个工序进行跟踪,每天只能睡几个小时。

图注: 在鞍钢的努力下,中国航母采用的甲板钢整体技术指标与美国福特级使用的HSLA-115型特种钢不相上下,达到了690MPa,确保了国产航母的顺利研制

最终,在鞍钢的努力下,中国航母采用的甲板钢终于在这个轧机之王下诞生,整体技术指标与美国福特级使用的HSLA-115型特种钢不相上下,达到了690MPa,中国成为了世界上第三个掌握了甲板钢技术的国家。

除了甲板钢,在为国产航母供应钢材的任务中,鞍钢只用了一年就完成了过去需要十年的特种钢产量,目前国产航母除了30%技术相对较低的结构钢之外,国产航母所需要特种钢材的70%都是鞍山钢铁集团生产的,而这也正是我国山东舰只用了短短数年时间就建成下水、服役的重要原因。

  • 结语

山东舰特种钢材的攻关研制,只是国产航母研制过程中的一个缩影,但却体现了我国军工企业、研制人员努力奋斗、自强不息的精神。山东舰的成功研制,为我国未来航母的发展奠定了基础与方向,对我国航母工业的发展具有重大意义。


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