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(36kgf/mm2)级HTS钢、550MPa(56kgf/mm2)级HY80钢、690MPa(70kgf/mm2)级HY100钢、890MPa(91kgf/mm2)级HY130钢，并用于

实船建造；

俄罗斯开发了屈服强度从390-1175MPa(40-120kgf/mm2)级的АБ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980MPa。

HY-80、HY-100、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HSLA-100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, Cr, M.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36kgf/mm的2级S钢, 56kgf/mm 的Z级HY80钢, 70kgf/mm的Z级HY100钢以及91kgf/mm的级HY130钢。

俄罗斯也开发了屈服强度从40kgf/mmZ-120kgf/mmZ级的A6系列舰船钢:

我国也相继研制成功了40, 45, 60, 80kgf/mm2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1 100～1200 ℃(一

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1083 ℃)。热轧或连铸时，钢中残余的铜便大量渗入晶界，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0.35 %

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 %。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钢为代表。

HSLA-80钢是以ASTM 710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-100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，它采用锰、镍、钼来增加淬透性，镍改善韧性，同时进一步加强ε-Cu的析出强化效果，铜含量高于HSLA-80钢。

作为HY-100钢的替代品，HSLA-100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785 Mpa 的980超级钢，前者是HY80级别的，后者是HY100级别的。

921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09III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，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)、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。