核潛艇是指以核反應(yīng)堆為動(dòng)力來(lái)源設(shè)計(jì)的潛艇。由于這種潛艇的生產(chǎn)與操作成本，加上相關(guān)設(shè)備的體積與重量，只有軍用潛艇采用這種動(dòng)力來(lái)源。核潛艇是一國(guó)潛艇中的戰(zhàn)略力量，為當(dāng)前軍事理念中軍事核能“三位一體”中海基核力量的主要實(shí)現(xiàn)形式。中國(guó)海軍擁有一支核潛艇部隊(duì)，這已不是什么秘密。中國(guó)完全依靠自己的力量，建設(shè)了一支能夠有效地鞏固海防，捍衛(wèi)國(guó)家主權(quán)、領(lǐng)土完整與統(tǒng)一的核潛艇部隊(duì)。在1996年3 月的臺(tái)海危機(jī)中，中國(guó)海軍的核潛艇作為國(guó)家威懾力量的象征，充分發(fā)揮了其應(yīng)有的作用。

    用于建造潛艇耐壓殼體的低合金高強(qiáng)度鋼

    大多數(shù)的潛艇通常都具有雙殼結(jié)構(gòu)，即外殼和內(nèi)殼。外殼主要用于改善潛艇的流線型，減小潛艇航行時(shí)的阻力，但不承受 任何壓力；內(nèi)殼主要用于承受潛艇在一定深度海水中航行時(shí)由水深引起的靜壓力，因此內(nèi)殼又稱(chēng)為耐壓殼。二者相比，對(duì)潛艇耐壓殼體的要求更高。潛艇用鋼不但要 求具有高強(qiáng)度（ 承受深水的靜壓力），而且要求具有高韌性（ 保證遭受炸彈攻擊時(shí)的良好抗爆性能），因此國(guó)外也把這類(lèi)鋼稱(chēng)為“強(qiáng)韌鋼”。

    潛艇用鋼的發(fā)展與潛艇的發(fā)展有密切的關(guān)系

    潛艇的概念最早出現(xiàn)在美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期。1624 年，荷蘭首先設(shè)計(jì)并建造了世界上第一艘可供實(shí)戰(zhàn)使用的潛艇——荷蘭號(hào)（ss-1）。在第一次世界大戰(zhàn)期間，潛艇已開(kāi)始顯示出它的戰(zhàn)斗力。在第二次世界大戰(zhàn)期間，潛艇充分顯示出強(qiáng)大的作戰(zhàn)威力，在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了重大作用。核動(dòng)力和導(dǎo)彈核武器在潛艇上的應(yīng)用，使?jié)撏У淖饔眠M(jìn)一步提高，已成為一種戰(zhàn)略威懾力量。隨著潛艇的迅速發(fā)展，潛艇用鋼也得到了迅速發(fā)展。1940 年以前，世界上所有的潛艇都是用低碳鋼建造的，鋼的屈服強(qiáng)度僅為220MPa，潛艇的下潛深度也比較淺。1940 ～ 1958 年，美國(guó)采用屈服強(qiáng)度為 340MPa 的碳錳系低合金高強(qiáng)度鋼HSS（High Strength Steel）建造潛艇，使?jié)撏У南聺撋疃仍黾樱蛇_(dá)100 ～ 200m，提高了潛艇的隱蔽性。1958 年美國(guó)開(kāi)始使用屈服強(qiáng)度為550MPa 的鎳鉻鉬系淬火回火的低合金高強(qiáng)度鋼HY-80 建造潛艇（HY-80 是高屈服強(qiáng)度的最小值為80ksi 的縮寫(xiě)）。

    在此鋼的基礎(chǔ)上，采用熱處理方法又發(fā)展了HY-100 鋼，使鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到690MPa，進(jìn)一步增加了潛艇的下潛深度，提高了潛艇的技術(shù)戰(zhàn)術(shù)性能。1963 年美國(guó)又開(kāi)始研究屈服強(qiáng)度為890MPa 的HY-130 鋼，預(yù)計(jì)該鋼目前已用于潛艇建造。與美國(guó)相比，日本潛艇用鋼發(fā)展較晚，但研制的速度是相當(dāng)快的。1960年以前，日本建造潛艇主要使用屈服強(qiáng)度為290MPa 的NS63 鋼；1959 ～ 1966年日本主要使用屈服強(qiáng)度為450MPa 的NS46 鋼建造潛艇；1967 ～ 1977 年日本主要使用屈服強(qiáng)度為620MPa 的NS63 鋼建造潛艇；1975 年至20 世紀(jì)末主要使用屈服強(qiáng)度為780MPa 的NSS0 鋼建造潛艇；90 年代后，日本在潛艇部分結(jié)構(gòu)上開(kāi)始使用屈服強(qiáng)度更高的NS110 鋼建造潛艇，使用范圍正在不斷擴(kuò)大。前蘇聯(lián)國(guó)家潛艇用鋼發(fā)展也很快，主要使用AK 系列鋼建造潛艇，如AK-25、AK-27、AK-33、AK-43、AK-44 等。

    技術(shù)要求

    由于潛艇是在大深度的海水中航行并進(jìn)行戰(zhàn)斗，服役條件相當(dāng)苛刻，所以對(duì)潛艇用鋼要求非常嚴(yán)格，可以說(shuō)潛艇用鋼是低合金高強(qiáng)度鋼中性能要求是最嚴(yán)格的一類(lèi)鋼，主要要求有高屈服強(qiáng)度、高韌性和高抗爆性、良好的焊接性、良好的耐海水腐蝕性能和抗低周疲勞性能等。

    （1） 高屈服強(qiáng)度。為提高潛艇的隱蔽性、安全性和技術(shù)戰(zhàn)術(shù)性能，必須盡可能增加潛艇的下潛深度。一般地說(shuō)，在海水中深度每增加10m，水的壓力就增加一個(gè)大氣壓（10Pa）。所以潛艇下潛深度越大，深水對(duì)潛艇耐壓殼體的壓力也越大。增加耐壓殼體鋼板的厚度，雖然可承受更大的壓力，但這將導(dǎo)致潛艇的重量增加，備用浮力損失，承載能力降低，所以，提高鋼的屈服強(qiáng)度是惟一可行的方案。潛艇耐壓殼體用鋼的屈服強(qiáng)度與潛艇下潛深度有密切的關(guān)系。鋼的屈服強(qiáng)度越高，耐壓殼體重量就越輕，潛艇的承載能力就越大，可下潛的深度就越深，潛艇的隱蔽性就越好，顯著提高潛艇的技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)性能。

    （2） 高韌性和高抗爆性能。潛艇的工作環(huán)境是地球上所有的海洋。海洋的溫度是變化的，在兩極溫度較低，在赤道區(qū)較高，溫度的波動(dòng)為-34 ～ 49℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，潛艇用鋼必須具有良好的韌性；潛艇用鋼的韌性要求，比一般的結(jié)構(gòu)鋼要嚴(yán)格得多，特別是在潛艇遭受水下爆炸載荷攻擊并產(chǎn)生相當(dāng)大的塑性變形時(shí)，也不允許產(chǎn)生脆性破壞，因此還要求有良好的抗爆性能；為保證潛艇的安全可靠性，潛艇用鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度還要有55℃以上的韌性?xún)?chǔ)備。以美國(guó)潛艇用鋼為例，在-84℃的低溫下，潛艇用鋼的沖擊韌性應(yīng)高于8lJ。

    （3） 良好的焊接性。整個(gè)潛艇是一個(gè)大型的焊接結(jié)構(gòu)，焊接是潛艇建造必不可少的工藝。從潛艇整體結(jié)構(gòu)的安全性考慮，要求焊縫、熱影響區(qū)與母材要等強(qiáng)等韌，這是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)格的要求。

    因?yàn)楹附舆^(guò)程，是金屬重新熔化、重新凝固的過(guò)程，它與通過(guò)精煉、軋制、熱處理等的母材是完全不同的，焊縫獲得的是較粗大的鑄造組織，而母材是具有良好綜合性能的調(diào)質(zhì)組織，二者有較大差異。隨著鋼強(qiáng)度的提高，碳當(dāng)量也隨之提高，鋼的焊接性將變壞。但是要求潛艇用鋼必須具有好的焊接性 才能滿(mǎn)足潛艇建造和使用的技術(shù)要求。潛艇用鋼的焊接性的優(yōu)劣通常都用碳當(dāng)量（Ceq）和裂紋敏感系數(shù)（PcM） 來(lái)表示。碳當(dāng)量Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14；裂紋敏感系數(shù)PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。要求潛艇用鋼盡量降低碳當(dāng)量和焊接裂紋敏感系數(shù)。

    （4） 良好的耐海水腐蝕性能。潛艇的工作環(huán)境是海洋。海水是一種復(fù)雜的多種鹽類(lèi)的平衡溶液，其中含有生物、懸浮泥沙、溶解的氣體和腐蝕性有機(jī)物，因此海水 不是簡(jiǎn)單的鹽溶液。海水的平均鹽度為干分之三十五，其中百分之九十是氯化物，百分之十是硫酸鹽，百分之零點(diǎn)二是碳酸鹽。要求材料在海水中均勻腐蝕小；在應(yīng)力集中處，不產(chǎn)生局部腐蝕；在高強(qiáng)度潛艇用鋼中不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

    （5） 抗低周疲勞性能。水下航行的潛艇，除受工作深度所決定的均勻靜態(tài)外壓力外，為適應(yīng)多變的作戰(zhàn)需要，它還要不斷地改變航行的深度，經(jīng)常下潛或上浮，潛艇耐壓殼體用鋼要承受反復(fù)的壓力，這種不同深度下航行的潛艇所引起的壓力循環(huán)，可縮短潛艇耐壓殼體用鋼的使用壽命。在腐蝕環(huán)境下，當(dāng)應(yīng)力比較高時(shí)，反復(fù)應(yīng)力達(dá)到材料屈服點(diǎn)的80％時(shí)，要求材料必須具有5000 次循環(huán)以上的壽命。按潛艇的服役時(shí)間為15 年計(jì)算，要求潛艇用鋼的抗低周疲勞周期累計(jì)不能少于 10000 ～ 30000 次。

    合金元素的作用

    潛艇用鋼多采用低碳和鎳、鉻、鉬、釩或鎳、鉻、鉬、銅、鈮系列，鋼中添加的主要合金元素有：碳、鎳、鉻、鉬、釩、銅、鈮等。

    碳，是強(qiáng)化元素，能有效提高鋼的強(qiáng)度，但能顯著降低鋼的韌性，損害鋼的焊接性。在世界各國(guó)的潛艇用鋼中，最高碳含量為0.18％，最低碳含量為0.06％。通常采用的碳含量為0.10％，以使鋼獲得良好的綜合性能。

    鎳，是潛艇用鋼中的重要合金元素，起較弱的固溶強(qiáng)化作用，但能顯著提高鋼的韌性。隨著鎳含量的提高，鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度大幅度降低，從而能保證潛艇用鋼的良好低溫韌性和抗爆性。還能提高鋼的淬透性和耐腐蝕性能。潛艇用鋼的鎳含量，通常都在2.0％～ 5.25％范圍內(nèi)。

    鉻，提高淬透性的作用非常顯著，添加適量的鉻，以保證大厚度鋼板中心的足夠的淬透性。鉻與鎳復(fù)合添加，還能顯著改善鋼的耐海水腐蝕性能。

    鉬，主要用于提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性，顯著提高鋼的強(qiáng)度。通常的添加量為0.2％～ 0.5％。

    釩，是較強(qiáng)的碳氮化物形成元素。利用釩的析出強(qiáng)化，顯著提高的強(qiáng)度，但同時(shí)可損失鋼的韌性，所以潛艇用鋼中的釩含量通常都小于0.10％。

    銅，是一種重要合金元素，有固溶強(qiáng)化作用和沉淀強(qiáng)化作用。銅在鋼中的固溶度可達(dá)3.0％以上，在回火或時(shí)效過(guò)程中，處于過(guò)飽和狀態(tài)的銅將以彌散、細(xì)小的ε-Cu 粒子析出，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化或析出強(qiáng)化，顯著提高鋼的強(qiáng)度；銅還可提高鋼的淬透性；與其他元素配合，可提高鋼的耐海水腐蝕性能；當(dāng)鋼中的銅含量超過(guò) 0.5％時(shí)，易產(chǎn)生銅脆現(xiàn)象，所以含銅鋼中通常都加入適量的鎳，銅鎳復(fù)合加入可消除鋼的銅脆現(xiàn)象。

    鈮，主要用細(xì)化奧氏體晶粒。鈮在鋼中還以碳氮化鈮的形式析出，產(chǎn)生析出強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度。通常的添加量為0.02％～ 0.04％。

    潛艇用鋼的生產(chǎn)工藝主要是冶煉和熱處理

   （1） 冶煉。潛艇用鋼的純度對(duì)鋼的塑性、韌性、焊接性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度和抗爆性能均有很大影響，所以潛艇用鋼通常都采用超純冶煉工藝生產(chǎn)。首先要精選原料，選擇有害元素含量低的廢鋼或經(jīng)過(guò)預(yù)處理的低磷硫的高爐鐵水作為煉鋼的原料，再用電爐或轉(zhuǎn)爐加真空精煉法進(jìn)行冶煉，大幅度降低鋼中的硫磷等夾雜和有害氣體含量，以獲得高純度的鋼質(zhì)。以美國(guó)為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，都采用電爐或轉(zhuǎn)爐加真空精煉方法生產(chǎn)潛艇用鋼；前蘇聯(lián)國(guó)家則采用轉(zhuǎn)爐冶煉法鑄造出電極，再采用電渣 重熔法生產(chǎn)潛艇用鋼。

    （2） 熱處理。為提高潛艇用鋼的綜合性能，充分發(fā)揮鋼的性能潛力，潛艇用鋼通常都進(jìn)行淬火加回火的調(diào)質(zhì)熱處理。在20 世紀(jì)60 年代以前，淬火工藝多采用壓力淬火機(jī)，噴高壓水冷卻，以得到低碳馬氏體組織，然后回火得到綜合性能良好的回火馬氏體組織。但這種方法，往往使鋼板易產(chǎn)生變形，而且性能也不均勻；在70 年代后，淬火工藝就改為采用無(wú)氧化加熱的輥壓式淬火機(jī)了，不但解決了鋼板性能的均勻性，而且改善了鋼板的變形，獲得了板形良好的鋼板。淬火加熱保溫時(shí) 間通常為2 ～ 3min/mm，回火保溫時(shí)間通常為5 ～ 8min/mm，淬火溫度約為900℃。

 
    潛艇用鋼的未來(lái)

    隨著現(xiàn)代冶金技術(shù)的發(fā)展，潛艇用鋼也獲得了迅速的發(fā)展。為提高潛艇用鋼的韌性和改善焊接性，在合金設(shè)計(jì)上，潛艇用鋼正向低碳、超低碳方向發(fā)展，碳含量已從原來(lái)的0.18％，降至現(xiàn)在的0.06％，大幅度提高了鋼的韌性，特別是低溫韌性；低碳和超低碳技術(shù)也顯著改善了鋼的焊接性，基本做到焊接不預(yù)熱，大大降低了潛艇的建造成本。在冶煉上，潛艇用鋼正向高純度方向發(fā)展，鋼中的硫含量已從0.025％降至0.006％以下，磷含量已從0.025％降至 0.015％以下，鋼的實(shí)物水平則更低，有害的氣體含量也進(jìn)一步降低，鋼的純度越來(lái)越高。在軋制工藝上，普遍采用先進(jìn)的控制軋制和控制冷卻技術(shù)，在強(qiáng)度相 同的前提下，顯著降低了焊接碳當(dāng)量，改善了鋼的焊接性。綜上所述，潛艇用鋼目前正向高純度、高韌性、低碳、低碳當(dāng)量、低合金含量和良好焊接性方向發(fā)展。

  后記：

    腐蝕科學(xué)家認(rèn)為如果我們能充分利用腐蝕學(xué)科已經(jīng)擁有的創(chuàng)新成就，就可能使腐蝕損失減少三分之一。科技創(chuàng)新是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的依托，我們應(yīng)該全面地了解腐蝕、認(rèn)識(shí)腐蝕、創(chuàng)新科技、用科學(xué)武器來(lái)應(yīng)對(duì)腐蝕，以創(chuàng)新方式堅(jiān)決向腐蝕說(shuō)“不”！