航母彈射器專用材料到底是什么鋼?
時(shí)間:2024-04-25 16:14來(lái)源:德松官網(wǎng) 作者:德松公司
Mn18Cr18N鋼屬于高氮奧氏體不銹鋼，雖然電機(jī)護(hù)環(huán)鋼和電磁彈射器用鋼屬于同一個(gè)系列和牌號(hào)，但在冶煉水平和鋼材本身性能指標(biāo)以及鍛造等部件加工工藝上遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)鋼。
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眾所周知，電磁彈射系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的彈射方式，美國(guó)福特級(jí)航母采用的就是電磁彈射系統(tǒng)，為了捍衛(wèi)國(guó)家領(lǐng)土完整和維護(hù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展安全，我國(guó)必須要在軍事上強(qiáng)大起來(lái)，所以打破國(guó)外的技術(shù)壁壘、設(shè)計(jì)制造自己的航空母艦和艦載彈射系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急，在國(guó)家相關(guān)部門的牽頭下，大批專家和技術(shù)人員設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了自己的航空母艦艦載機(jī)起飛彈射器，但是高質(zhì)量的絕緣材料是電磁彈射系統(tǒng)必不可少的器件，這種材料國(guó)內(nèi)叫護(hù)環(huán)鋼，完整名稱為： 1Mn18Cr18N，也稱Mn18Cr18N護(hù)環(huán)鋼，是非常高端特殊鋼材，需采用雙聯(lián)法冶煉、合金含量高、制造難度大，從冶煉到最后成護(hù)環(huán)要經(jīng)過(guò)十幾道生產(chǎn)工藝，目前國(guó)外只有日本、德國(guó)、法國(guó)等少數(shù)國(guó)家能夠生產(chǎn)。
為了再次實(shí)現(xiàn)彎道超車，在尖端技術(shù)領(lǐng)域趕超歐美，我國(guó)將研發(fā)彈射器材料的重任交給了四川綿陽(yáng)的無(wú)磁材料公司，這一消是近日才在四川新聞對(duì)外公開(kāi)，實(shí)際上在中央電視臺(tái)CCTV10頻道播出的2016年度科技盛典節(jié)目中，海軍電力工程專家馬偉明院士，就透露了大家最為關(guān)心的電磁彈射技術(shù)的最新研究進(jìn)展情況，馬院士說(shuō)電磁彈射技術(shù)將在十年內(nèi)取代傳統(tǒng)的化學(xué)能技術(shù)，這個(gè)振奮人心的消息表明正在研制設(shè)計(jì)中的國(guó)產(chǎn)新型航母采用電磁彈射已成定局，而隨著材料冶煉技術(shù)的提升，我國(guó)產(chǎn)電磁能武器也有望在十年內(nèi)逐步替代傳統(tǒng)火炮。
Mn18Cr18N特種合金作為制造電磁彈射器的一種關(guān)鍵材料，它究竟是什么樣的一種材料呢？這種由錳、鉻、氮組成的合金鋼，實(shí)際在模具鋼、特殊鋼行業(yè)一直就有，國(guó)內(nèi)德松模具鋼材公司曾經(jīng)一直有售，只是冶煉技術(shù)、級(jí)別和純度不一樣而已，電磁彈射器專用無(wú)磁絕緣不銹鋼擁有高含量合金，主要元素由錳Mn、鉻Cr、碳C、氮N等組成，其中錳的作用是提高鋼材的強(qiáng)度，并削弱鍛造開(kāi)裂的傾向，鉻的作用是提升鋼材強(qiáng)度、抗腐蝕能力、改善氮在鋼材中的溶解分布，氮可以大大的提高鋼材的強(qiáng)度和耐腐蝕性，而Mn18Cr18N鋼材本身的無(wú)磁性，則由猛、氮、碳共同形成的穩(wěn)定奧氏體獲得，Mn18Cr18N鋼的冶煉技術(shù)國(guó)外在七十年代后期開(kāi)發(fā)成功，我國(guó)這個(gè)鋼種是七五計(jì)劃中的重點(diǎn)項(xiàng)目，曾經(jīng)在八十年代后期引進(jìn)過(guò)，并在一九九一年由一重集團(tuán)制造了兩件300MW發(fā)電機(jī)的護(hù)環(huán)，標(biāo)志著中國(guó)正式具備Mn18Cr18N鋼在關(guān)鍵設(shè)備上的實(shí)際應(yīng)用能力。Mn18Cr18N鋼護(hù)環(huán)是300MW以上的汽輪發(fā)電機(jī)組的主要部件之一，也是汽輪機(jī)組承受應(yīng)力最高的部件，為了保證機(jī)組的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，要求護(hù)環(huán)要有足夠高的強(qiáng)度、高的塑性指標(biāo)、均勻的力學(xué)性能和最小的殘余應(yīng)力。對(duì)于較大容量機(jī)組護(hù)環(huán)的屈服強(qiáng)度都要求在1000MPa以上，所以也只有Mn18Cr18N才能勝任。護(hù)環(huán)是在強(qiáng)磁場(chǎng)、潮濕的腐蝕介質(zhì)中工作，工作溫度在100℃以下，為減少墻部線圈電流損失和防止工作溫度過(guò)高，一般采用奧氏體鋼制造，國(guó)內(nèi)外各火電站、核電站的發(fā)電機(jī)組所使用的護(hù)環(huán)鍛件大多采用50Mn18Cr4和50Mn18Cr4WN系列材料制造，采用這些材料制造的護(hù)環(huán)在使用中的強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能和導(dǎo)磁以及金相等物理性能都可以滿足設(shè)計(jì)使用要求，但隨著使用周期的延長(zhǎng)，就開(kāi)始暴露出它的致命缺點(diǎn)，就是抗應(yīng)力腐蝕能力差，而采用1Mn18Cr18N鋼做護(hù)環(huán)就具備優(yōu)異的抗腐蝕能力，即便如此，優(yōu)秀的電機(jī)護(hù)環(huán)鋼也無(wú)法勝任航母電磁彈射器。
雖然電機(jī)護(hù)環(huán)鋼和電磁彈射器用鋼屬于同一個(gè)系列和牌號(hào)，但在冶煉水平和鋼材本身性能指標(biāo)以及鍛造等部件加工工藝上遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)鋼， Mn18Cr18N鋼屬于高氮奧氏體不銹鋼，其中氮元素的高低，對(duì)于總體性能影響非常大，高氮使得鋼材的強(qiáng)度等性能顯著提高、變形抗力大、難以鍛造，而且裂紋敏感性強(qiáng)、鍛造極易開(kāi)裂，因此確定好變形過(guò)程中各火次的變形工藝參數(shù)，對(duì)保證護(hù)環(huán)的內(nèi)部質(zhì)量非常關(guān)鍵，必須采用控制鍛造技術(shù)，規(guī)定每一次的變形溫度、加熱時(shí)間、送進(jìn)量、壓下量等工藝參數(shù)，先保證護(hù)環(huán)熱鍛毛坯的內(nèi)部質(zhì)量才能為下一步制造工序打下良好的基礎(chǔ)，從這些復(fù)雜的工序中我們就能體會(huì)到設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航母彈射器專用材料這條路有多么艱辛。
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