核潜艇耐压壳体钢材是怎样生产出来的?
2019-07-12 09:35:04 作者:本网整理 来源:热处理生态圈

潜艇用钢材是目前海军舰艇最高等级的,就连核航母都采用,早年间的“尼米兹级”头一个批次就是使用了HY80这样的核潜艇用钢建造的。


潜艇钢生产是一个复杂的过程,不是我们业界外人士想象的那样,有炼钢炉、有轧钢设备……就能生产出来的,这需要在设备上有巨大的投资,还需要有丰富的冶炼工艺沉淀。


潜艇用钢的冶炼不似水面舰艇用钢,可以采用转炉+LH炉外精炼工艺冶炼出来的,冶炼潜艇用钢的设备基本上是电弧炉和炉外精炼炉双联才能完成。


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为什么要用电弧炉而不是通常使用的转炉?因为电是“二次能源”本身没有杂质,并且电供应稳定,电弧加热方式产生的发热值也大大高于氧气,这样可以更好的融化钢水里的其它需要加入的有色难融金属。图片上就是目前普遍使用的电弧炉,采用三相交流式,使用三根石墨电极,由卡头和齿调控制它在炉内部分的高度……电弧加热时,电极周围产生的温度高达6000度!任何难溶解的金属都会被融化,这样才能更好的与钢水融合,使钢材合金成分均匀而不至于出现“偏析”这样的炼钢缺陷。


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潜艇钢冶炼的关键设备:钢包炉外精炼炉,也叫:VOD。是目前大规模生产高档钢材的先进设备。


钢水在电弧炉中温度合适、基本合金成分在限内就可以出钢,盛在钢水包内的钢水还不能直接浇铸,需要在VOD炉内进行二次冶炼和二次合金化,也就是通常所说的炉外精炼,要将钢水包稳定的放置在VOD炉内进行真空脱气和去夹渣作业,就是将钢水在电弧炉内冶炼过程中出现的有害气体、氧化夹杂等物去除掉,使钢水更加纯净,同时还要使用氩气等“惰性气体”将钢水内的夹渣带到钢水面上渣面内……这是一个必要的过程,现代潜艇潜深都在300~600米,要承受极大的海水压力!如果钢水不纯净势必会出现:气泡、夹渣、白点……等冶炼缺陷,这将严重的影响后续的板材/型材生产,有缺陷的钢材要是用在潜艇上会出现艇毁人亡!


潜艇用钢材大部分都是模铸生产工艺,而非连铸生产。也就是说要模铸成13.1吨的扁钢锭(板材用)和8.3吨的方锭(球扁钢用)模铸钢锭在轧制过程前需要反复的开坯工序,这样板坯和板材压缩比才大,最终的钢板内部才会更加致密!这个道理就和我们吃的面条一样,机器压出来的切面,肯定没有擀面杖擀出来的面条劲道。而且模铸锭可以进行保温缓冷,否则会出现钢锭冷却温度不均匀出现拉裂现象,潜艇钢都是高档钢材,因为拉裂造成了损失将是巨大的。所以,潜艇钢这类的舰船用高级钢材仍然采用钢锭摸铸锭这样的传统工艺,虽然费时费力,但是质量有保障。


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这张照片就是经过“初轧开坯机”轧制出来的板坯,初轧机的轧辊直径在1150㎜,只有这样粗的轧辊才能碾压出300~500㎜厚度的大型板坯。大型“初轧机”是重要的钢铁工业生产装备,没有它的存在就不能生产高档钢材,而全世界可以制造初轧机的国家没有几个!


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大型钢锭被开坯后出来的板坯,也能马上就可以轧制成钢板的,需要进行精整、定尺工序,为下面的轧制钢板工作做准备。图片上就是通过去除表面氧化层(通常采用喷砂处理)和定尺后的钢坯,下一步才能进行钢板轧制工序。


通过上面最简单、粗略的介绍了潜艇用钢的冶炼和板坯生产流程就可以知道,没有先进的钢铁冶炼设备根本没法生产潜艇钢,而这些设备和基础设施建设,需要几百亿美元的巨额资金投入和雄厚的科技保障!缺一不可,这根本就是强大的国力支撑,没有国力支撑就是想生产也没法!这还仅仅是到了板坯阶段,后续的板材(型材)轧制、热处理、超声波探伤……每一步都需要大量金钱的投入和技术支持。这些事情没有半个世纪以上的国家重工业化时间是根本达不到的!


所以,能生产潜艇用钢的国家都是工业化很早的国家,再就是我们这样艰苦奋斗、不甘人下的国家才能生产!


有看官会问:花了这么大的资金投入就为了生产出来潜艇用钢代价太高昂了吧?!


其实,潜艇用钢冶炼、轧制生产技术和工艺,以至后来的潜艇耐压壳体的制造工艺,也是现代石化/化肥工业耐压设备的制造基础。


举一个实例:印度的耕地面积排名世界第二,有150多万平方公里,是其国土面积的一半以上,耕地土壤的质量也普遍高于我国,但是印度粮食单产不及我国的一半!就是因为印度是化肥大量进口国,而我国是世界上化肥第一生产大国和最大化肥出口国。现代化肥的基础“合成氨”生产,需要在高温高压环境下才能完成,而生产“合成氨”的球罐和高压管道,则完全是潜艇耐压壳钢和大口径炮管钢生产工艺的衍生技术 ,只有完全掌握了潜艇耐压壳钢生产工艺和大口径火炮炮管制造工艺,才能制造出来“合成氨”反应设备……而印度在这两项军工生产没有充分的掌握!土地不施肥怎么可能获得高产稳产?所以印度每年都要进口大量的化肥。


反观我国,现在食品极大的丰富,这些都是粮食产量提高所带来的,而军工生产在这里起到了隐形的作用!所以,我们今天吃的饱、吃的好,也有军工科技人员的贡献,我们要感谢他们!

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