大深度材料技术.doc

大深度材料技术大潜深平台及潜器等深海装备在水下活动，要承受巨大压力，潜得越深，压力越大。为保证其安全，对它们的壳体材料在强度、韧性、塑性、耐疲劳性、耐海水腐蚀性、可焊性、工艺性等方面皆有较高的要求。就潜艇来说，二次大战前，耐压壳体材料一般采用强度屈服极限为45千克力/厘米2级钢材，下潜深度不大。二战后，人们开始采用屈服极限为60千克力/厘米2级高强度合金钢，下潜深度逐渐增大。现代潜艇采用的壳体钢材强度更高，屈服极限将近100千克力/厘米2，有的甚至更高，因而下潜深度大大增加。高强度合金钢高强度合金钢是目前大潜深潜艇建造最重要、最关键的结构材料，其性能优劣直接关系到潜艇战术性能的提高。美国从20世纪50年代就开始建立HY系列舰艇结构钢的体系平台，目前该系列钢包括HY80、HY100和HY130等高强度合金钢。美国“大青花鱼”号试验潜艇是应用HY80高强度钢的第一艘潜艇，HY80高强度钢屈服强度为5666.5千克力/厘米2，可保证核潜艇下潜深度达到300米，HY80钢随后被美国各级核潜艇采用达30年之久，美国海军目前在役的“洛杉矶”级攻击型核潜艇就采用HY80型高强度合金钢建造。为了适应其“海狼”级攻击型核潜艇下潜深度增加的需要，美国海军原打算采用正在研制的HY130高强度钢，该钢的屈服强度为91千克力/厘米2，但由于HY130钢的焊接工艺方面还有一些问题没有解决，除少量结构及海水管路经过严格的检验仍采用HY130钢外，“海狼”级攻击型核潜艇主要的19种结构的构架、构件均改用已研制成功的既能抗震又能抗海水压力的HY100高强度钢制造。此种钢屈服强度为82千克力/厘米2。“海狼”级核潜艇采用此种钢后，其下潜深度比采用屈服强度为5666.5千克力/厘米2的HY80钢建造的“洛杉矶”级核潜艇增加了25以上。“洛杉矶”级的下潜深度为450米，“海狼”级的下潜深度达到610米。美国海军目前正在建造的面向21世纪的“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇艇体仍将采用HY100钢。法国核潜艇采用的HELS80钢和英国核潜艇采用的QN-1型钢均和美国的HY80钢性能相似。钛合金钢钛合金在潜艇上的应用相当广泛，它具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多特性，被誉为“未来的金属”，是具有发展前途的新型结构材料。钛合金的比强度（强度与重量比）在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为低碳钢的57%左右。俄罗斯在钛合金核潜艇的研究和制造技术上，处于国际领先地位，也是用钛合金建造耐压壳体的唯一国家。冷战时期，苏联海军为了抗衡美国海上力量，追求核潜艇的大潜深、高机动性，根据与美国海军对抗的实际情况，苏联海军认为，其核潜艇应具有1000米的深潜能力，因为当时世界各国尚无任何潜艇和武器能在1000米的深度上作战，且在该深度上潜艇还可以有效地躲避敌人的探测和攻击。到20世纪60年代后期，苏联由于在新型结构材料的试验研究，特别是关于高强度钛合金的制造工艺已经逐渐成熟，已有能力建造出满足这种大潜深要求的核潜艇，于是，苏联海军开始大量应用钛合金建造潜艇艇壳。水下排水量3600吨的“阿尔法”级攻击型核潜艇采用双层壳体建造，每艘用钛量高达650吨，下潜深度达到900米。“塞拉”级多用途