中國的潛艇超級鋼強度處于目前人類最高水平
中國潛艇用超級鋼強度已達較高水平,2018年中國就成功研發出強度2200MPa的超級鋼,后續還研發出強度3200MPa的超級鋼,處于世界領先地位。其加工方式如下:
成分設計:中國鋼鐵科研人員經過數萬次實驗,采用中國特有鋼鐵合金配方,摒棄昂貴的鈷、鎳等戰略金屬,在保證強度的同時,大規模降低制造成本。
軋制工藝:通過熱軋-冷軋-熱處理的經典組合工藝,在軋制溫度控制上實現±5℃的納米級精度。讓生產線上的鋼坯經歷20道精密變形工序,獲得比發絲直徑還要細小的晶粒結構,從而提升鋼材性能。
成型加工:潛艇制造時,可使用大型卷板機將超級鋼卷成圈狀,再通過焊接等工藝將各部分連接起來,形成潛艇的耐壓殼體等結構。焊接過程對技術要求極高,需保證焊縫質量,避免出現氣泡、裂紋等缺陷,以承受深海高壓。
目前全球其他國家的超級鋼技術能力
俄羅斯繼承了蘇聯的部分技術遺產,在超級鋼領域仍有一定實力。俄羅斯目前仍能生產AK系列特種鋼材,其屈服強度可達到1300MPa,應用于潛艇制造可使潛艇具備良好的大潛深能力,如亞森級核潛艇最大潛深可達600米。
在潛艇用鋼方面,根據以前的材料,美國海狼級核潛艇聲稱使用HY-100型鋼,硬度為820兆帕。美軍福特級航空母艦使用的HLSA-115鋼,屈服強度達到785兆帕,更先進的HY-180鋼屈服強度則達到1175兆帕。
但最近,人們發現美軍的超級鋼數據造假。涉事者為華盛頓州塔科馬市一家鑄造廠的冶金主管伊萊恩·瑪麗·托馬斯。從1985年到2017年的32年間,她偽造了至少240批次鋼材產品的強度和韌性測試結果,約占這家鑄造廠為美國海軍供貨批次的一半。這些鋼材被用于制造美國海軍潛艇艇身,而測試的目的是檢驗鋼材能否承受深潛,撞擊或者適應特定的“戰時場景”。有可能海狼級潛艇的下潛數據存在問題。
中國造船工業加工精度
中國潛艇用超級鋼加工精度極高,在卷板和焊接等關鍵加工環節展現出卓越水平:
卷板精度:中國自主研發的8000噸級數控卷板機,能把20厘米厚的超級鋼板卷成完美圓弧,精度誤差可控制在0.15毫米內,小于頭發絲直徑。
焊接精度:通過運用全自動焊接機器人以及焊接質量數字化監督系統等先進技術,中船重工725所將焊縫誤差控制在0.15毫米內,且焊縫強度比鋼板本身還高10%。
2200Mpa的下潛深度
采用2200MPa強度的超級鋼,理論上潛艇可應對水下2000米的超高壓。但實際下潛深度還受潛艇結構設計、內部設備,外部設備和武器的耐壓能力等多種因素影響。往往會低于這個數據,根據推測水下600到900米之間是沒有技術難度的。
美國俄亥俄級核潛艇的最大安全潛深一般認為可達400米左右。不過也有部分資料顯示其潛深為240米或457米等不同數據,這可能因不同型號或改裝情況有所差異。
蘇聯臺風級核潛艇標準潛深為400米,極限潛深可達500米。其采用獨特的耐壓殼設計,且大量使用鈦合金材料和高強度鋼材,具備較好的抗壓能力。
這意味著,我國新建造的潛艇將可以在更深的海域進行巡航,要知道水深達到600米,總壓強會達到61個標準大氣壓,要比400米是高20個標準大氣壓。
未來中國的潛艇用3200Mpa超級鋼:
全球超級鋼最高水平目前為3200MPa,由中國研發。
根據川高科新材料研究院消息,中國研制出了強度達3200MPa的超級鋼,各項技術質量指標已達到國際領先水平。有檢測報告顯示,該超級鋼抗彎強度3232MPa,屈服強度2458MPa,抗拉強度2854MPa。不過,目前3200MPa超級鋼尚未大規模量產,目前工業化大量制造的是2200Mpa超級鋼產品。
如果3200MPa的超級鋼能夠量產,那么中國潛艇將是世界上第一個可以在海底千米以下自由航行的潛艇部隊。
超級鋼的帶來的深潛戰略優勢:
潛艇下潛深度更深確實能帶來多方面的戰略優勢,這些優勢直接關系到潛艇的生存能力、隱蔽性和作戰效能,具體包括:
1. 隱蔽性大幅提升,降低被探測概率
規避反潛探測:反潛飛機、水面艦艇的聲吶(尤其是主動聲吶)在深水中的探測距離會大幅縮短,且深水環境的海洋背景噪音(如洋流、生物噪聲)更強,能掩蓋潛艇自身的機械噪音,減少被敵方聲吶捕捉的概率。
避開反潛武器射程:多數反潛魚雷、深水炸彈的最大作戰深度有限(如常規反潛魚雷通常不超過500米),更深的潛深可讓潛艇脫離敵方常規反潛武器的打擊范圍。
2. 生存能力增強,抗壓與規避攻擊能力提升
對抗水壓武器:部分反潛武器通過水下爆炸產生沖擊波毀傷潛艇,深水中水壓本身已較高,爆炸沖擊波的能量會被水體快速吸收,對潛艇的破壞效果顯著降低。
機動空間更大:深水區域的水文環境更復雜(如水溫躍層、鹽度梯度),潛艇可利用這些水文特征進行“隱蔽機動”,更靈活地規避追蹤或調整作戰位置。
3. 戰術靈活性提升,拓展作戰范圍
覆蓋更多海域:深海潛深能力讓潛艇能進入此前難以抵達的深海區域執行任務,例如在敵方反潛力量薄弱的深海航線附近隱蔽設伏,或對敵方深海軍事設施進行偵察。
增強威懾力:具備深海潛航能力的核潛艇(尤其是戰略核潛艇)更難被敵方發現和摧毀,能更可靠地執行核威懾或二次核反擊任務,提升戰略威懾的可信度。
4. 對敵方心理施壓
深潛能力本身是潛艇技術實力的體現,敵方若無法有效探測或打擊深海中的潛艇,會被迫投入更多資源加強反潛體系,從而分散其軍事部署精力,形成戰略層面的牽制。
就像動力充沛,飛的更高的戰斗機,天生就壓制動力不足,飛的低的戰斗機一樣,因為導彈從高打低,擁有更遠的射程和更高的速度。
潛的更深的潛艇,同樣是大海深處的殺神,越深的潛艇越難發現。
為什么不采用鈦合金而采用超級鋼制造潛艇?
萬米深潛器(如中國“奮斗者”號)未采用超級鋼,而是選擇鈦合金(如Ti62A),核心原因是深潛環境對材料的綜合性能要求極高,鈦合金在重量、耐腐蝕性、韌性等關鍵指標上顯著優于超級鋼。
深潛器體積較小,采用鈦合金成本可控,但制造一艘潛艇,采用鈦合金的成本通常遠高于采用超級鋼,一般認為至少高出5倍以上。也就是說,采用鈦合金制造一艘潛艇,就可以用超級鋼制造五艘潛艇。
鈦合金本身原料成本較高,且加工難度大,其熔煉需在真空環境下進行,焊接也需在特殊的惰性氣體保護環境中操作,如蘇聯為焊接鈦合金艇體,需給車間充滿氬氣,工人要穿特殊工作服作業。同時,鈦合金潛艇的制造對設備和工藝要求嚴苛,需建造專門的加壓車間等設施,進一步增加了成本。如蘇聯的塞拉級鈦合金潛艇單艇耗鈦量3200噸-3800噸,每艘成本相當于同期30噸黃金,造價極高。
我國需要的是可持續的國防戰略,超級鋼通過優化成分和工藝,成本相對較低。中國研發的超級鋼采用“白菜價”配方,規避了昂貴的戰略金屬,原料成本較美國HY-100特種鋼降低62%。并且其加工工藝相對成熟,隨著相關加工設備的突破,可實現大規模量產,能有效降低成本。
中國潛艇采用超級鋼而不采用鈦合金,主要是基于材料性能、成本和加工工藝等多方面的考慮:
強度與耐壓性能優越:超級鋼具備極高的強度,如中國研發的2200兆帕超級鋼,理論上可讓潛艇應對水下2000米的超高壓,能大幅提升潛艇的下潛深度,相比之下,部分鈦合金在強度上雖能滿足一定要求,但達到同等強度的成本更高。注意,這是原理上的數據,潛艇不可能在在理論深度潛行。
成本優勢明顯:鈦合金的生產工藝復雜,原材料成本較高,而中國研發的超級鋼通過添加鋁元素等方式,在提高強度的同時降低了成本,且易于大規模量產,有利于降低潛艇的建造成本,適合大規模裝備。
加工工藝相對簡單:超級鋼的加工技術在中國已較為成熟,隨著8000噸級數控卷板機等關鍵設備的突破,能夠將超級鋼加工成大尺寸的耐壓殼體,如生產出直徑14米的潛艇耐壓殼。而鈦合金焊接性能差,高溫下易氧化和吸氣,焊接時需要特殊的保護措施和工藝,加工難度大。
磁特性易控制:通過在超級鋼中添加稀土元素,可實現低磁性,有效避免被磁異探測器發現,增強潛艇的隱蔽性,而鈦合金在磁特性控制方面并無明顯優勢。
由此可見,中國和蘇聯不同,中國追求的是可持續軍事進化。而不是蘇聯式的極致高成本,蘇聯采用鈦合金制造潛艇,成本極其高昂,且不可持續。
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