零下84度的奧秘——從衝擊試驗温度管窺國產航母用鋼的研製_風聞

马氏体-2021-11-11 14:19

2021-11-11

眾所周知，我國的航母事業正飛速發展。2019年12月17日首艘國產航母“山東艦”入列。第二艘國產航母也正在緊鑼密鼓地建造中。

要自主建造一艘航母，離不開全國工業體系的大協作，涉及的高性能材料數不勝數，航母甲板鋼就是其中之一，由鞍鋼承製。據中央電視台《經濟半小時》20180312節目《啓航新時代——重器的鋼鐵脊樑》透露，國產航母甲板鋼需要滿足零下84℃衝擊功大於250J的嚴苛指標。

船用鋼測低温下的衝擊功原本不值得大驚小怪，因為無論軍艦還是民船用鋼都對低温韌性有要求，以保證極寒條件下的安全性。奇怪之處在於試驗温度——零下84℃。這是一個多麼“彆扭”的數字，為什麼不是-85 ℃？為什麼不是-80℃？

（設定温度就是-84 ℃）

我隱隱感覺到了什麼，拿出計算器一換算，恍然大悟——

-84℃ = -120 ℉

是的，其實奧秘到此就已經解開了。

世界上仍然“頑固”地使用華氏温標的、且有能力建造航母的國家，有且只有美國！

沒錯，我國航母用鋼的性能指標，是向美國看齊的！

貼一張美國艦船用鋼力學性能表，這些都是典型的美國航母和潛艇用鋼。其中HY系列是調質鋼，由於碳當量過高，焊接困難，正逐漸被HSLA系列低合金高強鋼取代。HSLA是低碳、銅沉澱硬化鋼，焊接前無需預熱或僅需低温預熱，極大地簡化了造船工藝，降低了成本，是目前先進艦船用鋼的代表。

正因為我們的敵人是我們要追趕的目標，所以我們需要學習敵人身上一切值得我們學習的東西，用來強化自己，用來戰勝敵人。

（到這裏問題已經得到解答了，但如果還有興趣探討這個温度值背後的故事，那請繼續耐心往下看）

如果要論證得更嚴謹一些，為什麼説-84 ℃一定是跟美國學的呢，那我們只能使用排除法。

現在世界上能夠自己造航母、準航母的國家，只有美國、俄羅斯（把蘇聯的功勞算上，或者把替印度改造航母當成是造航母）、中國、英國、法國、意大利、西班牙、日本和（離造好還差得比較遠的）印度。對於這些國家的主要航母、潛艇用鋼，美國的已經説過了；英國主要測-80℃，由於引進了美國的HY鋼技術，也有部分鋼測-84 ℃；法國貌似測-60 ℃；日本測-50℃和-70 ℃；意大利和西班牙存在感較低，畢竟只能造小航母；俄羅斯和印度留待稍後再講。也就是説，哪怕是美國的一眾“小弟”，如果不是買的美國鋼，自己研製的航母、潛艇用鋼，衝擊試驗都是在以℃為單位下整十的温度值測的（這些國家基本都使用攝氏温標）。網上總是調侃在裝備研發中“中國是最大的‘美粉’”，看來此言不虛！

那俄羅斯（蘇聯）的航母甲板鋼，是在多少度做衝擊試驗的呢？

首先，蘇聯/俄羅斯是使用攝氏温標的國家，因此也不太可能用-84 ℃這個在攝氏温標下如此“彆扭”的温度值來做試驗，而是採用整十的温度點。

其次，印度在航母和潛艇的建造中，往往需要引進俄羅斯生產的特種鋼材，包括自建的“維克蘭特號”航母，那麼，試驗用於替代進口鋼材的國產鋼時，借鑑俄羅斯的性能標準似乎是一件順理成章的事，而印度自研的艦艇用鋼，就是在-40℃和-60 ℃做衝擊試驗的。由此推斷，蘇聯/俄羅斯很可能也是在類似的條件下測的（考慮到蘇聯海軍艦艇需要在高緯度寒冷海域活動，有可能需要比較低的試驗温度，比如-60℃乃至-80 ℃）。

當然，還有更直接的證據。一位懂俄文的朋友非常熱心地幫我查閲了俄羅斯的艦船用鋼國家標準——沿用自蘇聯的ΓOCT5521-67，也確認了這一點。

綜上所述，中國航母用鋼試驗標準，就是借鑑美國的。

作為當今世界擁有最大規模、最先進、最成功的航母運作經驗的國家，美國在航母建造和運用上確實有非常非常多值得我們學習的地方，相關文章早已汗牛充棟，這裏我們就只關注一個點——衝擊試驗温度。為什麼美國人要定在-84 ℃？

這就要説到船用鋼板的分級。我國的民用船用鋼板採用國際通行的分級方法，根據低温韌性的不同，分為A至F級，分別要求在20、0、-20、-40、-60 ℃做衝擊試驗。一般認為鋼板的使用温度不低於衝擊試驗温度+20℃，也就是説，在-60 ℃做試驗的F級鋼板，最低允許使用温度是-40 ℃，這足以應對在極地航行的船舶可能遭遇的絕大多數惡劣天氣。然而，對於美國航母，這還遠遠不夠。軍事裝備對於可靠性有着極高的要求，因為敵人不會因為你所處的環境惡劣而大發慈悲停止戰鬥。航母甲板鋼要頻繁承受二三十噸重的艦載機着陸的衝擊力，必然對韌性有極高的要求；更何況軍用艦艇還要能承受爆炸衝擊，而隨着變形速率的提高，鋼材的韌性是會下降的。對於美國而言，在自己的標準體系內，定下-84℃（-120℉）這樣嚴苛的試驗標準，就是要讓航母時刻都能可靠使用且留有足夠大的安全餘量。

為了趕超最強大的對手，為了把自己的航母打造成能夠在任何一片海域、在任何惡劣的環境下都能夠作戰的艦艇，中國特地在自己的艦艇用鋼標準裏，加上了-84℃的試驗要求。一想到這裏，一句話躍入我的腦海：“我們的征途是星辰大海。”

最後，我來嘗試着回答一個問題，能夠滿足如此嚴苛要求的國產航母甲板鋼，到底是何方神聖？

（以下內容都是基於有限的公開資料分析的，不保證準確，謝絕查水錶）

（軋製航母甲板鋼的鞍鋼鮁魚圈基地5.5米軋機）

根據2013、14年公開發表的論文，我國實際用於艦艇建造的比較先進的鋼材，主要有用於潛艇的屈服強度785 MPa級980鋼和590 MPa級921A鋼，以及用於水面艦艇建造的921A鋼、440 MPa級945鋼和390 MPa級的907A鋼（這些都是艦艇用鋼的代號，它們都有用合金元素含量表示的國標牌號）。

雖然國產航母使用的鋼材牌號不得而知，但是好在網絡上有原“瓦良格艦”（現“遼寧艦”）的資料。根據海軍駐426廠（就是造航母的大連造船廠）軍代表分析“瓦良格艦”鋼材的論文，“瓦良格艦”飛行甲板用AK-25鋼建造。

在修復“瓦良格艦”建成“遼寧艦”的基礎上，國產航母在很多方面借鑑了“瓦良格艦”，在飛行甲板採用與AK-25同一強度級別的921A鋼（用成分表示為10CrNi3MoV）應該有比較大的可能性。當然，這只是推測，國產航母也可能使用更高強度等級的鋼材。

（我國的921A鋼和蘇聯/俄羅斯的AK-25鋼同級）

從921A鋼板的國家軍用標準修訂歷史中也可以看出端倪。921A鋼依據的國軍標最早是GJB 1663-1993《潛艇用10CrNi3MoV、10CrNi3MoCu和10CrNi2MoCu鋼板規範》，於1993年發佈，在2005年修訂為GJB 1663A-2005《艦艇用10CrNi3MoV、10CrNi3MoCu、10CrNi2MoCu鋼板規範》。從“潛艇”到“艦艇”的一字之差，反映的是921A鋼在水面艦艇上應用日益廣泛。

更直接的證據是新舊標準對韌性指標要求的變化。

2005年修訂的GJB 1663A，對921A鋼增加了-84 ℃衝擊試驗指標！這再度暗示了，921A很可能就是國產航母甲板鋼。

（注：2012年發佈的GJB 7786-2012 《潛艇用980 鋼板規範》也增加了-84℃衝擊試驗要求，但只是“記錄供參考”，而且這個時間點太晚了，國產航母於2013年11月在大連造船廠開工，但是此標準在2013年4月才開始實施。另外，更高強度等級的鋼一般來説成本更高、焊接更困難，可能首先應用於對鋼板性能要求更高的潛艇上）

2005年在中國航母發展歷程上處於什麼時間點呢？根據2018年3月12日《經濟半小時》的報道，2008年，鞍鋼接到研製生產修復“瓦良格艦”所需的球扁鋼任務，2011年，鞍鋼接到研製國產航母甲板鋼的任務，而鞍鋼正是GJB 1663A的起草單位之一。沒有規矩不成方圓，在正式生產航母用鋼前就借鑑世界最先進水平，高標準嚴要求地定下航母用鋼性能指標，中國的航母建造就是這樣一步一個腳印地踏實推進的。