中國為何造不出尼米茲航母？軍艦鋼材差美國一個時代

軍艦的鋼材應用類型，大致上可以分為四個階段。第一個階段是19世紀中期後，歐洲國家（英、意、德、挪威等）開始建造鋼質船；當時的艦船結構用鋼，放在今天是典型的中低碳鋼（0.13-0.2%），強度較低，被稱為「軟鋼」。

在鋼質船的早期階段，主要採用的都是鉚接工藝而不是焊接；因此隨著人們對軍艦結構性能的要求提高，採用對鉚接工藝影響不大的高含碳高強度鋼，就成為軍艦結構減重、並且能夠越做越大的關鍵條件。因此採用高強度鋼，就成為軍艦鋼材的第二歷史階段。

圖：衣阿華戰列艦就是典型的第二階段軍艦鋼材產物

進入20世紀30-40年代以後，焊接工藝取代鉚接工藝成為軍艦結構製造的主流方式。但是高碳高強度鋼的焊接性很差——含碳量越高焊接性能就越不靠譜，焊縫非常不結實，對於缺口非常敏感；一旦因為疲勞或者其它原因出一個小口子，很容易就會導致災難性的結構脆性斷裂。

因此在二戰以後，高強度、高韌性的合金鋼材就成為世界強國的主要發展方向；美國的HY系列鋼材、蘇聯俄羅斯的AK、AB系列鋼材、中國的9XX系鋼材（血緣上從屬於蘇俄系），都屬於這類，算軍艦鋼材發展的第三歷史階段。

圖：HY80鋼最早用在喬治華盛頓級彈道導彈潛艇上。因為那時候導彈和潛艇製造技術都不高，所以美國潛艇也帶龜背。

這類高強高韌合金鋼，主要依靠鎳、鉻、鉬等元素添加，大幅度改善性能。比如美國1956年建造潛艇的HY80鋼，就有2.93%的鎳，1.43%的鉻。這類鋼材的問題是，隨著強度等關鍵的性能不斷提高，對於鎳、鉻這樣昂貴而稀少的高價合金元素也用的越來越多，而且焊接越來越困難。

比如HY系列隨著強度的提高，鎳含量從HY80的2.93提升到HY130的4.8%；而為了避免焊接不牢、出現致命的焊接開裂問題，HY80得把待焊接的結構加溫預熱到90-150度，而HY130就得提高到100-175度。很多時候，焊完了還得在進行熱處理。

圖：HY80、100後來迅速使用在航母等水面艦艇上

這種問題，導致了高標號的高強高韌鋼——比如美國在1968年研製的HY130，以及後來研製的HY150、HY200，雖然性能指標看起來非常的屌，但是造起來極度花費高價材料、金錢、人力、時間。目前這類鋼材中性能最高的俄AB7A、日本NS110，屈服強度超過1000MPa的驚人水平，靠的就是高達8-11%含量的鎳和其它合金成分。

這也是美國後來只在海狼級潛艇上大量用了HY130鋼材，冷戰一結束馬上裁減海狼的原因，太貴了，太貴了。而更高級的HY150、HY200，很多軍迷連聽說它們都沒聽說過。而蘇聯、中國的軍艦高性能鋼，至今都屬於這一類產品，越是性能高，越是昂貴元素用得多、加工費力。

圖：冷戰時期，美國和蘇聯核潛艇進行了曠日持久的潛深和航速競賽，海狼級為此付出了巨大的成本代價

80年代，美國放棄了繼續堆鎳、鉻等元素提升鋼材極限性能的做法，而是轉而開發強度性能適中（取代HY80、HY100）、但是非常易於焊接、軍艦結構製造費用低廉的新型高性能鋼材。這也是軍艦鋼材發展的第四個歷史階段。美國從尼米茲航母上開始大量將其取代HY系列鋼材，在今天，美國航母仍然必須使用HY系列鋼材的地方已經只剩少數的止裂結構、08編號區（核反應堆艙室）區域。而中俄在軍艦製造上，這方面還處於空白階段。

這一批新式鋼材，比如HSLA80（取代HY80）、HSLA100（取代HY100），在保留較高鎳含量的前提下，採用了超低碳（0.39-0.88%）、高含銅的成分設計；利用碳含量的降低改善焊接性能，利用銅的彌散析出來提高鋼的強度性能。

圖：尼米茲航母開始大量採用HSLA80/100鋼材，取代昂貴的HY80鋼材

在焊接性能上，HSLA80鋼材在0度以上不需要任何預熱就能直接開焊。而HSLA100鋼材則略有些限制，只要厚度不大於1英寸（25.4毫米）——這涵括航母結構一半的焊接，只要溫度高於15.6度就可以，即一年中大部分時候是不需要預熱的，氣溫就足夠了。在超出1英寸以後，則需要51.7-93.3度的預熱，仍然比50年代的HY 80方便太多。

根據美國海軍的數據，每一磅HSLA 80鋼材，僅純製造成本就比HY-80鋼材低40-90%；如果美國海軍將HSLA-80取代全部HY 80，每10年可以節省2-10億美元。而HSLA 100鋼材，僅僅由於其焊接過程中預熱成本的減少，美國海軍在它研製成功後的10年內，每年節省的資金高達1億美元。

圖：福特號航母艦島結構小而輕

目前美國最新的福特級航母不僅大量使用HSLA 80和HSLA 100鋼材，而且已經首次應用HSLA 115鋼材。這種鋼材是在HSLA 100的基礎上，改進熱處理工藝而成，屈服強度達到794MPa。除了能夠節省大量資金以外，美國海軍計算顯示，用HSLA-115鋼材取代HSLA-100，福特號可以減重400噸；尤其是艦島減重達到1-200噸，能夠非常有效的降低航母重心，提升機動性和穩定性。

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