與美俄同類核潛艇相比,我國的094核潛艇最讓人吐槽的莫過於其高聳的龜背,這除了與巨浪2導彈的長度有關之外,更重要原因是我們的潛艇空間不夠,只能通過加裝龜背容納潛射導彈。造成這一現象的本質就是我們在建造094核潛艇時沒有媲美西方同類的高屈服強度合金鋼材,也無法制造大直徑的耐壓殼,龜背的加高實屬無奈。根據相關報道,目前我國已經突破了13.5米直徑超大型卷板機技術和超大屈服強度合金鋼生產技術,未來將使用到新一代的096戰略核潛艇以及095攻擊型核潛艇之上,在與巨浪3結合後,我國核潛艇龜背有望大幅度縮小,戰鬥力也將追上美俄先進水平。

▲094核潛艇

潛艇合金鋼最重要的性能是屈服強度,這直接關係到潛艇能夠耐受多大的海水壓力,能潛入多深的水中。由於核潛艇體積大,潛深最低要求都在200米以下,所以通常要使用屈服強度在500兆帕以上的特種合金鋼製造耐壓殼,不然一進入深海直接就被海水壓扁了。目前美國的核潛艇普遍使用屈服強度690兆帕的HY100系列銅合金鋼,下一代哥倫比亞級則計劃大量採用屈服強度在800到1100兆帕的HY150/180/210型鋼。俄羅斯冶金工業實力雄厚,目前其АБ系列艦艇鋼的最高屈服強度甚至達到了1175兆帕,比美國都更爲先進。

▲哥倫比亞級核潛艇第一塊鋼板切割

我國從一五計劃開始,通過多個專項科研計劃的攻關也先後研製了多款高強度艦船高強度合金鋼,例如第一代的390兆帕級907鋼、第二代的590兆帕級921系列鋼等等。進入九十年代之後,隨着海軍艦艇下餃子速度加快,我們的鋼鐵工業也取得了長足進步,現在我們最強的艦艇用鋼也已經達到了1000兆帕級,遼寧艦和山東艦建造所需要的高屈服強度特種鋼已經實現了100%國產。在前幾年我們甚至還研發了屈服強度在2200兆帕的超級鋼,但是這種鋼材實際上並不能用於潛艇建造。

▲鞍鋼是我國目前艦艇用特種鋼材最大生產基地

使用鋼材建造潛艇,必須要進行大規模的焊接,因此其通常爲低碳鋼,而通常高強度合金鋼的碳含量都比較高,我國最新研發的2200兆帕超級鋼是一種中碳鋼,對於焊接工藝要求很高,因此只能用來製造汽車、機械設備這類小型工業產品,無法用於潛艇這種龐然大物的製造。怎麼調和高屈服強度和焊接性能一直是研製特種潛艇用鋼的難點和痛點,而這對於一個國家的工業體系絕對是極大考驗。所以直到現在掌握潛艇特種鋼製造技術的國家也不超過十個,就連南亞霸主印度的航母和潛艇大部分特種鋼材依舊必須從法國和俄羅斯進口。

▲俄羅斯北風之神級核潛艇耐壓殼,直徑約13米,規格居目前世界第一

現在世界上主要有兩個發展方向,第一種就是以美日俄爲代表的不斷改進焊接工藝,通過預熱和冷焊等特種焊接工藝,降低潛艇鋼材對於碳含量的要求。第二種則是以中國爲代表,通過在鋼材中加入各類稀土元素,改善其本身物理和化學屬性,達到焊接性能和屈服強度的雙重結合,在這方面我們實際上已經走在了世界先進水平,所以未來新一代的096和095潛艇必然會給我們巨大的驚喜。

除了屈服強度和焊接性之外,潛艇用鋼還必須保證低磁性,因爲強磁性不僅容易被反潛機的磁異設備探測跟蹤,還會降低潛艇內部設備的敏感度和準確度,並且特別容易被磁性水雷攻擊,嚴重影響潛艇的戰鬥力和戰時生存性。現代潛艇鋼通常會在煉製過程中加入鎳、鉻、銅、錳及其他稀土元素,以使其奧氏體轉變點降低,達到低磁甚至無磁狀態。不過在海洋航行時間長了,受到地球磁場影響,潛艇鋼仍然會不斷磁化,所以必須定期通電進行消磁。

▲軍艦消磁作業

如果要徹底去除潛艇耐壓殼磁性,那麼只能使用非合金鋼材料,最具代表性的莫過於鈦合金。鈦合金雖然優點頗多,但是其製造和焊接難度更高,價格也高得離譜,只有技術過硬並且不差錢的超級強國纔會拿它來造潛艇。前蘇聯憑藉自己在焊接工藝上的世界領先地位以及雄厚的國力,曾經建造了四種鈦合金耐壓殼潛艇,最大潛深超過1000米。

▲鈦合金焊接

相比合金鋼而言,鈦合金不僅無磁,質量更輕,屈服強度更高,而且具備良好的韌性和抗疲勞強度,能夠有效抵禦水下爆炸的衝擊波影響。例如蘇聯建造的颱風級潛艇,其雙層殼體總共使用了約9000噸鈦合金,即便是在排水量高達4.6萬噸的情況下,依舊做到了500米的潛深,遠遠超過當時美國用合金鋼製造的俄亥俄級。我國目前雖然已經成爲了鈦合金的第一大生產國,但是技術上仍然比不上俄羅斯,在這方面仍然有進步空間,如果未來能夠在這方面彎道超車,潛艇性能肯定能夠更上一層樓。

▲颱風級核潛艇

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