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1、特种钢知识第二次世界大战后，世界各军事强国为了满足舰船装备的发展需求，研制开发了系列高强度舰船用钢。如美国，战后发展了355MPa(36kgfmm2)级HTS钢、550MPa(56kgfmm2)级HY80钢、690MPa(70kgfmm2)级HYlOO钢、890MPa(91kgfmm2)级HY130钢，并用于实船建造；俄罗斯开发了屈服强度从390-1175MPa(40-120kgfmm2)级的AB系列舰船钢；法国最新建造的凯旋级核潜艇耐压壳体用钢屈服强度已达到980MPaoHY-80、HY-IO0、HY-130都是美国在50年代开始应用于舰艇制造的高强度低合金钢，现在已经普遍被HSLA-80和
2、HSLA-IOo系列高强度钢所替代。此类高强度钢由于含有铜元素，因此有别于于传统的船体用钢。传统的高强度船体用钢均是在低碳低合金钢的基础上，通过采用调质热处理工艺获得低碳回火马氏体组织来达到高强度高韧性的配合。为了确保较厚规格钢板具有足够的淬透性,钢中通常需要添加较高含量的Ni,CrzM.等合金元素。钢的强度级别要求越高,船体钢的碳当大幅增加,这使得钢的焊接变得十分困难。如何兼顾高强度舰船用钢的强度和焊接性,己成为船体结构钢设计的一个关键因素。由于在钢里加入了一定比例的铜，其优点在于减慢了钢材在大气中的腐蚀速度。铜还可以改善钢材在海水中的耐蚀性，另外，含铜的钢材其耐磨性也有较大幅度的提高。由于
3、韧性加强了，对于舰体的直接好处就是提高了防弹效果。这种钢在战后美国第一代产品就是屈服强度为36kgfmm的2级S钢，56kgfmm的Z级HY80钢，70kgfmm的Z级HYlOO钢以及91kgfmm的级HYl30钢。俄罗斯也开发了屈服强度从40kgfmmZ-120kgfmmZ级的A6系列舰船钢：我国也相继研制成功了40,45z60z80kgfmm2级的高强度舰船用钢系列.但是铜在钢中高到一定量时，将引起热脆性。将钢加热到11001200（般的热加工温度），铁优先氧化形成氧化皮，在氧化层和钢之间的界面上留下一层极薄的不易察觉的液态铜（铜的熔点仅为1083oC）o热轧或连铸时，钢中残余的铜便大量渗
4、入晶界，造成晶间开裂。为避免热脆性，通常将钢中的铜作为有害元素而限制在035%以下。另外，含铜钢的氧化皮去除困难，使制品的表面质量低劣。某些在特殊环境中服役的钢，若残余铜含量高，还可能出现辐照脆性、去应力脆性和回火脆性等问题，核容器用钢必须控制残余铜含量0.08%o由于铜的有害作用，人们都怕铜钢。冶炼过铜钢的炉子通常要经过多次洗炉，同时为控制钢中残余铜含量而进行的处理，都无疑增加了生产成本。再一个，HY-80系列钢在焊接前要进行长时间预热，这也使造船成本增加。近年来，国外对铜合金化进行了深入研究，并开发出一些含铜的新钢种。这类新钢种以美国的可焊接低合金高强度HSLA-80及HSLA-100钢为
5、代表。HSLA-80钢是以ASTM710钢为基础开发的一种低碳、铜析出强化钢，其强韧性可达HY-80钢要求。采用HY-80型焊接材料焊接时，HSLA-80钢的热裂抗力和冷裂抗力都优于HY-80钢。由于焊接预热过程的减少或取消，造船成本比采用HY-80钢降低50%90%。优良的焊接性能是由于焊接过程中的热量使铜溶解，晶料粗化，热影响区软化。HSLA-80钢于1984年开始用于舰船建造。在HSLA-80钢基础上发展的HSLA-100钢强度、韧性可以达到或超过HY-IOo钢，取消焊前预热仍可保持好的可焊性。HSLA-100钢也是低碳、铜析出强化钢，它采用镒、银、铝来增加淬透性,镁改善韧性，同时进一步
6、加强E-Cu的析出强化效果,铜含量高于HSLA-80钢。作为HY-IoO钢的替代品，HSLA-Ioo钢自1989年起开始使用。像美国的提康德罗加级巡洋舰、阿里伯克级新型导弹驱逐舰和尼米兹级核动力航母的某些结构及黄峰级两栖攻击登陆舰的主要结构，使用的都是HSLA-80钢。气垫船的船体材料也是这种钢。而美国先进的攻击型核潜艇（非耐压壳体）和新建的航母壳体则用HSLA-100,如1993年下水的CVN-74斯坦尼斯号航母上就大量使用了厚度从15.9到25.4mm的HSLA-100钢。中国的潜艇用钢有590MPa的921钢与785MPa的980超级钢，前者是HY80级别的，后者是HYlOO级别的。92
7、1估计是039用钢,而90年代研制的航母与潜艇耐压壳体980钢估计将使用在0911I上。HY80钢的潜深能达到400米，HY100钢能达到600米。980钢配套的焊接材料，通过合理的合金设计，超纯冶炼和超低氢工艺措施，很好地解决了与母材等强匹配。在非常严格，苛刻和不同季节的条件下，实现了对980钢在产品制造和施工工艺上的适应性考核，结果表明980钢具有良好的造船工艺适应性。980钢严格地按照科研程序走完了研制全过程，填补了我国785MPa级耐压壳体用钢的空白，使该材料达到了国际先进水平。我国是世界上造船大国，近年来增长强劲，对造船的钢需求量很大。造船用钢包括板材、型材和管材，其中又以板材为主，
8、约占88%2003年全国船板产量为201万吨，自给率为74%。国内有20多家钢铁企业生产造船钢板，主要有宝钢集团上海浦钢、鞍钢、武钢、重钢、舞钢、南钢、济钢、马钢等，普通强度级船板都通过了中国(CCS)、英国(LR)、法国(BV)、美国(ABS)、德国(GL)x日本(NK)、挪威(DNV)、韩国(KR)、意大利(RINA)等多个国家船级社的认证，部分钢铁企业的高强度船板也通过了多个国家船级社的认证。上海浦钢生产造船用钢历史较久，2003年船板产量达到42万吨,其中出口用船板在万吨以上，产品质量较好，硫、磷含量低，机械性能稳定，尺寸精度较高，表面质量优良，规格齐全，厚度为6100毫米，最宽达到3
9、000毫米，牌号从低到高共有10个，已被用于制造各类大型运输船只，另外，抗层状撕裂钢板已经替代进口用于渤海、东海和南海的采油平台。武钢2003年船板产量为29万吨，冶炼和轧制通过采用一系列的新工艺新技术新设备，产品具有化学成分稳定，有害元素含量低，钢质纯净，组织均匀，晶粒细小，塑性好，屈强比低，碳当量低，能适应大型造船厂自动埋弧焊、等离子焊等多种焊接工艺要求的特点，可用于制造各种吨位、各种型号的出口船。重钢60年代初期开始研制生产船板，80年代按各国船级社船规规范组织生产，90年代又研制开发出一系列高强度级别产品。2003年船板产量达到32万吨。重钢非常重视船用钢板的研发，相继采用了预脱硫、炉
10、外精炼、微合金化、保护浇注和控轧控冷细化晶粒等措施，使产品质量大为提高。舞阳钢铁公司2003年船板产量为14万吨、其中厚度在40毫米以上的市场占有率为50%o产品质量好，钢质纯净度较高，有害元素和夹杂物低，低温韧性和焊接性能提高，同板差、异板差和表面缺陷均有改善。4个普通强度级和6个高强度级产品都通过国内外9家船级社认证。2003年船板的产量，鞍钢为26万吨，南京钢铁联合公司为23万吨，济钢为8万吨，产品质量都有了较大提高。从上述可以看出，目前我国的造船板质量基本上可满足用户需求，主要问题是钢板尺寸相对较小，厚度公差和同板差的精度等级与先进国家相比尚有差距，表面质量还需要改进，高强度级别的产品
11、也需要大力研制和开发。一般强度船体结构用钢一般强度船体结构用钢分为A、B、C、D4个等级，这4个等级的钢材的屈服强度(不小于235N/mmA2)和抗拉弓噩(400520Nmm八2)一样，只是不同温度下的冲击功不一样而已；高强度船体结构用钢按其最小屈服强度划分强度等级，每一强度等级又按其冲击韧性的不同分为A、D、E、F4级。A32、D32、E32、F32的屈服强度不小于315Nmm2,抗拉强度440570Nmm八2,A、D、E、F分别表示其各自可分别在0。、-20。、-40。、-60。的情况下所能达到的冲击韧性；A36、D36、E36、F36的屈服强度不小于355NmmA2,抗拉强度490620
12、Nmm八2,A、D、E、F分别表示其各自可分别在0。、-20。、-40。、-60。的情况下所能达到的冲击韧性;A40、D40、E40、F40的屈服弓嬲不小于390Nmm八2,抗拉强度510660Nmm八2,A、D、E、F分别表示其各自可分别在0。、-20。、-40。、-60。的情况下所能达到的冲击韧性。还有，焊接结构用高强度淬火回火钢：A420、D420、E420、F420;A460、D460、E460、F460;A500xD500、E500、F500;A550、D550、E550、F550;A620sD620、E620、F620;A690sD690、E690、F690;锅炉与受压容器用钢：3
13、60A、360B;410A.410B;460Ax460B;490A、490B;lCr0.5Mox2.25CrlMo机械结构用钢：一般可选用上述钢材；低温韧性钢:0.5NiAx0.5NiB、1.5NL3.5Nix5Ni、9Ni;奥氏体不锈钢：OOCn8NilO、OOCrlSNilON、00Crl7Nil4Mo2、00Crl7Nil3Mo2N、00Crl9Nil3Mo3、00Crl9Nil3Mo3N.OCrlSNillNb;双相不锈钢：OOCr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni6Mo3Cu、00Cr25Ni7Mo4N3o复合钢板：适用于化学制品运输船的容器和液货舱；Z向钢：是在某一等级结构钢（称
14、为母级钢）的基础上，经过特殊处理（如钙处理、真空脱气、氮气搅拌等）和适当热处理的钢材。二、船体用结构钢造船用钢一般是指船体结构用钢，它指按船级社建造规范要求生产的用于制造船体结构的钢材。常作为专用钢订货、排产、销售，一船包括船板、型钢等。目前我国几大钢铁企业均有生产，而且可按用户需要生产不同国家规范的船用钢材，如美国、挪威、日本、德国、法国等，其规范如下：国籍规范中国CCS美国ABS德国GL法国BV挪威DNV日本KDK英国LR(一)品种规格船体用结构钢按照其最小屈服点划分强度级别为：一般强度结构钢和高强度结构钢。中国船级社规范标准的一般强度结构钢分为：A、B、D、E四个质量等级；中国船级社规范
15、标准的高强度结构钢为三个强度级别、四个质量等级：A32A36A40D32D36D40E32E36E40F32F36F40(二)力学性能与化学成分一般强度船体结构钢力学性能与化学成份钢材级别屈服点OS(MPa)不小于抗拉强度Qb(MPa)伸长率%不小于碳C镒Mn硅Si硫S磷PA235400-520220.212.50.50.0350.035B0.210.800.35D0.210.600.35E0.180.700.35高强度船体结构钢力学性能与化学成份钢材级别屈服点OS(MPa)不小于抗拉强度Ob(MPa)伸长率%不小于碳C镒Mn硅Si硫S磷PA32315440-570220.180.9-1.600.500.0350.035D32E32F320.160.0250.025A36355490-630210.180.0350.035D36E36F360.160.0250.025A40390510-660200.180.0350.035D40E40F400.16
