船用钢板的普及知识

钢板的普及知识

船用钢板是对结构强度要求最高的钢板，现在很多车辆上也有类似产品的影子，一般一个国家的钢铁技术，都看他的船舶钢板研发能力怎么样。

现在介绍一下2战以后各主要强国的船用高强度钢板研发情况。

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1100～1200 ℃(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。

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6—100毫米，最宽达到3000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%。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。