核潛艇是指以核反應堆為動力來源設計的潛艇。由于這種潛艇的生產與操作成本，加上相關設備的體積與重量，只有軍用潛艇采用這種動力來源。核潛艇是一國潛艇中的戰(zhàn)略力量，為當前軍事理念中軍事核能“三位一體”中海基核力量的主要實現(xiàn)形式。中國海軍擁有一支核潛艇部隊，這已不是什么秘密。中國完全依靠自己的力量，建設了一支能夠有效地鞏固海防，捍衛(wèi)國家主權、領土完整與統(tǒng)一的核潛艇部隊。在1996年3 月的臺海危機中，中國海軍的核潛艇作為國家威懾力量的象征，充分發(fā)揮了其應有的作用。

    用于建造潛艇耐壓殼體的低合金高強度鋼

    大多數(shù)的潛艇通常都具有雙殼結構，即外殼和內殼。外殼主要用于改善潛艇的流線型，減小潛艇航行時的阻力，但不承受 任何壓力；內殼主要用于承受潛艇在一定深度海水中航行時由水深引起的靜壓力，因此內殼又稱為耐壓殼。二者相比，對潛艇耐壓殼體的要求更高。潛艇用鋼不但要 求具有高強度（ 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的良好抗爆性能），因此國外也把這類鋼稱為“強韌鋼”。

    潛艇用鋼的發(fā)展與潛艇的發(fā)展有密切的關系

    潛艇的概念最早出現(xiàn)在美國獨立戰(zhàn)爭時期。1624 年，荷蘭首先設計并建造了世界上第一艘可供實戰(zhàn)使用的潛艇——荷蘭號（ss-1）。在第一次世界大戰(zhàn)期間，潛艇已開始顯示出它的戰(zhàn)斗力。在第二次世界大戰(zhàn)期間，潛艇充分顯示出強大的作戰(zhàn)威力，在戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重大作用。核動力和導彈核武器在潛艇上的應用，使?jié)撏У淖饔眠M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，鋼的屈服強度僅為220MPa，潛艇的下潛深度也比較淺。1940 ～ 1958 年，美國采用屈服強度為 340MPa 的碳錳系低合金高強度鋼HSS（High Strength Steel）建造潛艇，使?jié)撏У南聺撋疃仍黾樱蛇_100 ～ 200m，提高了潛艇的隱蔽性。1958 年美國開始使用屈服強度為550MPa 的鎳鉻鉬系淬火回火的低合金高強度鋼HY-80 建造潛艇（HY-80 是高屈服強度的最小值為80ksi 的縮寫）。在此鋼的基礎上，采用熱處理方法又發(fā)展了HY-100 鋼，使鋼的屈服強度達到690MPa，進一步增加了潛艇的下潛深度，提高了潛艇的技術戰(zhàn)術性能。1963 年美國又開始研究屈服強度為890MPa 的HY-130 鋼，預計該鋼目前已用于潛艇建造。與美國相比，日本潛艇用鋼發(fā)展較晚，但研制的速度是相當快的。1960年以前，日本建造潛艇主要使用屈服強度為290MPa 的NS63 鋼；1959 ～ 1966年日本主要使用屈服強度為450MPa 的NS46 鋼建造潛艇；1967 ～ 1977 年日本主要使用屈服強度為620MPa 的NS63 鋼建造潛艇；1975 年至20 世紀末主要使用屈服強度為780MPa 的NSS0 鋼建造潛艇；90 年代后，日本在潛艇部分結構上開始使用屈服強度更高的NS110 鋼建造潛艇，使用范圍正在不斷擴大。前蘇聯(lián)國家潛艇用鋼發(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。

    技術要求

    由于潛艇是在大深度的海水中航行并進行戰(zhàn)斗，服役條件相當苛刻，所以對潛艇用鋼要求非常嚴格，可以說潛艇用鋼是低合金高強度鋼中性能要求是最嚴格的一類鋼，主要要求有高屈服強度、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） 高屈服強度。為提高潛艇的隱蔽性、安全性和技術戰(zhàn)術性能，必須盡可能增加潛艇的下潛深度。一般地說，在海水中深度每增加10m，水的壓力就增加一個大氣壓（10Pa）。所以潛艇下潛深度越大，深水對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，提高鋼的屈服強度是惟一可行的方案。潛艇耐壓殼體用鋼的屈服強度與潛艇下潛深度有密切的關系。鋼的屈服強度越高，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和戰(zhàn)術性能。

    （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，溫度的波動為-34 ～ 49℃，在這個溫度范圍內，潛艇用鋼必須具有良好的韌性；潛艇用鋼的韌性要求，比一般的結構鋼要嚴格得多，特別是在潛艇遭受水下爆炸載荷攻擊并產生相當大的塑性變形時，也不允許產生脆性破壞，因此還要求有良好的抗爆性能；為保證潛艇的安全可靠性，潛艇用鋼的韌脆轉變溫度還要有55℃以上的韌性儲備。以美國潛艇用鋼為例，在-84℃的低溫下，潛艇用鋼的沖擊韌性應高于8lJ。

    （3） 良好的焊接性。整個潛艇是一個大型的焊接結構，焊接是潛艇建造必不可少的工藝。從潛艇整體結構的安全性考慮，要求焊縫、熱影響區(qū)與母材要等強等韌，這是一個相當嚴格的要求。 因為焊接過程，是金屬重新熔化、重新凝固的過程，它與通過精煉、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質組織，二者有較大差異。隨著鋼強度的提高，碳當量也隨之提高，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 才能滿足潛艇建造和使用的技術要求。潛艇用鋼的焊接性的優(yōu)劣通常都用碳當量（Ceq）和裂紋敏感系數(shù)（PcM） 來表示。碳當量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。海水是一種復雜的多種鹽類的平衡溶液，其中含有生物、懸浮泥沙、溶解的氣體和腐蝕性有機物，因此海水 不是簡單的鹽溶液。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，百分之零點二是碳酸鹽。要求材料在海水中均勻腐蝕小；在應力集中處，不產生局部腐蝕；在高強度潛艇用鋼中不產生應力腐蝕。

    （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，為適應多變的作戰(zhàn)需要，它還要不斷地改變航行的深度，經常下潛或上浮，潛艇耐壓殼體用鋼要承受反復的壓力，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，當應力比較高時，反復應力達到材料屈服點的80％時，要求材料必須具有5000 次循環(huán)以上的壽命。按潛艇的服役時間為15 年計算，要求潛艇用鋼的抗低周疲勞周期累計不能少于 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，是強化元素，能有效提高鋼的強度，但能顯著降低鋼的韌性，損害鋼的焊接性。在世界各國的潛艇用鋼中，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。

    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，顯著提高鋼的強度。通常的添加量為0.2％～ 0.5％。

    釩，是較強的碳氮化物形成元素。利用釩的析出強化，顯著提高的強度，但同時可損失鋼的韌性，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，有固溶強化作用和沉淀強化作用。銅在鋼中的固溶度可達3.0％以上，在回火或時效過程中，處于過飽和狀態(tài)的銅將以彌散、細小的ε-Cu 粒子析出，產生沉淀強化或析出強化，顯著提高鋼的強度；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；當鋼中的銅含量超過 0.5％時，易產生銅脆現(xiàn)象，所以含銅鋼中通常都加入適量的鎳，銅鎳復合加入可消除鋼的銅脆現(xiàn)象。

    鈮，主要用細化奧氏體晶粒。鈮在鋼中還以碳氮化鈮的形式析出，產生析出強化，提高鋼的強度。通常的添加量為0.02％～ 0.04％。

    潛艇用鋼的生產工藝主要是冶煉和熱處理

    （1） 冶煉。潛艇用鋼的純度對鋼的塑性、韌性、焊接性、韌脆轉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。首先要精選原料，選擇有害元素含量低的廢鋼或經過預處理的低磷硫的高爐鐵水作為煉鋼的原料，再用電爐或轉爐加真空精煉法進行冶煉，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。以美國為代表的西方發(fā)達國家，都采用電爐或轉爐加真空精煉方法生產潛艇用鋼；前蘇聯(lián)國家則采用轉爐冶煉法鑄造出電極，再采用電渣 重熔法生產潛艇用鋼。

    （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，潛艇用鋼通常都進行淬火加回火的調質熱處理。在20 世紀60 年代以前，淬火工藝多采用壓力淬火機，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氧化加熱的輥壓式淬火機了，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 間通常為2 ～ 3min/mm，回火保溫時間通常為5 ～ 8min/mm，淬火溫度約為900℃。

    潛艇用鋼的未來

    隨著現(xiàn)代冶金技術的發(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，在合金設計上，潛艇用鋼正向低碳、超低碳方向發(fā)展，碳含量已從原來的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；低碳和超低碳技術也顯著改善了鋼的焊接性，基本做到焊接不預熱，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，鋼的實物水平則更低，有害的氣體含量也進一步降低，鋼的純度越來越高。在軋制工藝上，普遍采用先進的控制軋制和控制冷卻技術，在強度相 同的前提下，顯著降低了焊接碳當量，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、低碳當量、低合金含量和良好焊接性方向發(fā)展。