厚度不到5厘米，大陸航母甲板如何承受幾十噸衝擊力？

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2019-05-17

作者| 一聞，鋼鐵行業研究人員

　　作爲“海上霸主”，航母的核心作戰武器是艦載機。而航母甲板不僅要承受二三十噸重的艦載機高速起降時的強烈衝擊，還要承受噴氣式飛機2000多度尾焰的灼燒，同時還要具備一定的防彈能力。

　　與此同時，航母的船體結構又決定了甲板厚度不能太大，以便減輕甲板重量，降低航母的重心，保證船體的平穩，這對航母甲板用鋼材提出了極高的要求。

　　說出來你可能不信，經過幾十年來的不斷升級，使用超高強鋼製造的主力航母甲板厚度已經不足5厘米。

（一）航母甲板用鋼：1平方厘米承受8噸衝擊力

　　建造一艘航母需要的鋼材種類繁多，但是基本上可以分爲船體板、裝甲板及結構板三大類。其中，航母用鋼板要求最高的是用於甲板、隔倉和船體結構等的結構板，尤其是甲板，要求極高。

　　一般來說，甲板用鋼要具有高強度、大板面、拒磁、高韌性、抗低溫（零下38℃）、高斷裂韌性、耐高溫不變形、抗腐蝕、防彈的特性。

　　這與甲板的工作環境特點密切相關：承受戰鬥機起降的強大衝擊和高溫灼燒、防止被磁性水雷攻擊及磁力探測發現、抵禦海水腐蝕、保證飛機升降的質量、抵禦炮彈和炸彈的轟擊。

遼甯號航母甲板

　　到今天，世界上能製造航母甲板用鋼的只有美國、日本、法國、俄羅斯、中國等少數幾個國家。

　　航母用高強度結構用鋼已經從最初的HTS鋼（High Tensile Steel,高抗拉強度鋼）及HY鋼（High Yield,高屈服強度鋼）發展到現在的HSLA鋼（High Strength Low Alloy,高強低合金鋼），鋼材性能實現了跨越式提升。現在全球現役航母用高強鋼主要是HY和HSLA兩大系列。

　　HY鋼共有HY-80、HY-100和HY-130三個品種，屈服強度分別爲550MPa、690MPa和890Mpa；HSLA鋼共有HSLA-65、HSLA-80、HSLA-100和HSLA-115四個品種，屈服強度分別爲449MPa、549MPa、689MPa和795Mpa。美國最新的福特號航母甲板使用的就是HSLA-115鋼，強度達到795Mpa，相當於一平方厘米的鋼板上可以承受近8噸的衝擊力。

　　與HSLA系列鋼相比，傳統的HY系列高強度航母用鋼都是在低碳低合金鋼的基礎上，通過採用調質熱處理工藝獲得低碳回火馬氏體組織來達到高強度、高韌性的性能。爲了確保較厚規格鋼板具有足夠的淬透性，鋼中通常需要添加較高含量的Ni、Cr、M等合金元素。鋼的強度級別要求越高，碳含量就越高，焊接就變得更困難。

　　但是，隨著超低碳、超純淨鋼冶煉、微合金化及控軋控冷等冶金技術的發展，不需預熱或者只需較低溫度預熱就能焊接的HSLA系列鋼橫空出世。因此，用HSLA鋼代替HY鋼可以減少甚至取消焊接預熱，從而降低航母建造成本，提高作業效率。

HSLA 和HY鋼的化學成分(w/%)及性能

　　（二）“世界軋機之王”：讓中國航母用上國産鋼板

　　航母建造過程中，三分之一的工作都是焊接鋼板。

　　爲了盡量減少焊縫，節省建造時間，同時也增加甲板強度，航母甲板用鋼要求單塊板的面積越大越好。

　　對於這種超寬、超長、超厚鋼板，力學性能要求的苛刻程度卻沒有任何降低，800Mpa級的甲板用鋼頭和尾的強度偏差不能超過10Mpa，在零下84℃，衝擊韌性要達到250焦以上。

　　由於要同時滿足諸多嚴苛的要求，航母甲板用鋼目前全世界僅5個國家能夠生産，而且這些鋼都被視作戰略物資，不能出口。因而，航母要國産，首先要實現航母用鋼的國産化。

　　其實，早在對“瓦良格號”航母（“遼甯號”的前身）進行修複之前，中國就開始了相關航母用鋼的研製工作，不過初期主要精力集中於“瓦良格”號修複用鋼的開發生産。直到首艘國産航母建造提上日程後，中國鋼鐵企業開始了航母甲板用鋼的研發，並在2013年實現成功生産。

　　國産航母甲板用鋼由世界最寬的軋機——5500mm軋機生産。這套“軋機之王”擁有高達10萬噸的下壓軋制力，可以軋制寬度5.5米的鋼板，軋制長度可達40米以上。從這套軋機裏生産的甲板用鋼，是常規鋼板的4倍大小。

世界最寬的5500mm軋機

5500mm軋機軋出的大型寬厚板

　　根據網路上流傳的中國首艘國産航母甲板焊接圖片，甲板焊接時氣溫15℃、鋼板需要加溫到128℃焊接。僅從焊接要求的溫度推測看，鋼板應該是HY-100或HSLA-100（HY-100鋼板需預熱至51.7～149℃，HSLA-100鋼板厚度大於25.4mm時焊接工藝與HY-100鋼相似），屬於航母用鋼中的高端産品。

　　目前，除美國在建航母“福特號”甲板使用HSLA-115以外，其他航母甲板用鋼均爲HSLA-100及以下品種。這也表明中國航母甲板用鋼在短時間內已經躋身世界先進水平。

首艘國産航母甲板焊接圖片

　　（三）航母用鋼發展趨勢：高質、減重、省錢

　　擁有一艘航母是很多國家夢寐以求的追求，但是航母建造的複雜程度讓絕大多數國家高不可攀，而動輒幾十億美元的造價更讓人畏而卻步。

　　到現在爲止，全球僅有美國、英國、中國、俄羅斯、法國等10個國家擁有航母，另外韓國、日本等國擁有準航母。

世界上最貴、造價高達150億美元的航母——福特號

　　隨著現代戰爭強度的不斷提升，航母的戰鬥性能需要持續升級。

　　這對航母用鋼提出了三方面要求：一是高質量，強度、韌性、焊接性、耐腐蝕等性能要越來越高；二是減重量，通過降低單位載重用鋼量，降低船體中心，提高航母穩定性和機動性；三是降費用，縮短建造工時，節省製造材料，降低航母建造支出。

　　縱觀曆史，航母用鋼之前的發展趨勢也一直遵循上述三個原則。以美國爲例，20世紀80年代前建造的“尼米茲”級航空母艦艦體主要採用屈服強度爲550MPa的HY-80高強度鋼，裝甲結構採用屈服強度爲690MPa的HY-100超高強度鋼；20世紀80年代中期以後建造的“尼米茲”級航母主要結構材料改爲HSLA-80和HSLA-100高強度低合金鋼；21世紀最新一代航母則開始使用屈服強度達到794Mpa的HSLA 115鋼。