航母彈射器專用材料到底是什么鋼?
時間:2024-04-25 16:14來源:德松官網(wǎng) 作者:德松公司
Mn18Cr18N鋼屬于高氮奧氏體不銹鋼，雖然電機護環(huán)鋼和電磁彈射器用鋼屬于同一個系列和牌號，但在冶煉水平和鋼材本身性能指標以及鍛造等部件加工工藝上遠超過發(fā)電機護環(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的彈射方式，美國福特級航母采用的就是電磁彈射系統(tǒng)，為了捍衛(wèi)國家領(lǐng)土完整和維護經(jīng)濟發(fā)展安全，我國必須要在軍事上強大起來，所以打破國外的技術(shù)壁壘、設(shè)計制造自己的航空母艦和艦載彈射系統(tǒng)是當務(wù)之急，在國家相關(guān)部門的牽頭下，大批專家和技術(shù)人員設(shè)計開發(fā)了自己的航空母艦艦載機起飛彈射器，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，這種材料國內(nèi)叫護環(huán)鋼，完整名稱為： 1Mn18Cr18N，也稱Mn18Cr18N護環(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，從冶煉到最后成護環(huán)要經(jīng)過十幾道生產(chǎn)工藝，目前國外只有日本、德國、法國等少數(shù)國家能夠生產(chǎn)。
為了再次實現(xiàn)彎道超車，在尖端技術(shù)領(lǐng)域趕超歐美，我國將研發(fā)彈射器材料的重任交給了四川綿陽的無磁材料公司，這一消是近日才在四川新聞對外公開，實際上在中央電視臺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)的最新研究進展情況，馬院士說電磁彈射技術(shù)將在十年內(nèi)取代傳統(tǒng)的化學能技術(shù)，這個振奮人心的消息表明正在研制設(shè)計中的國產(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，實際在模具鋼、特殊鋼行業(yè)一直就有，國內(nèi)德松模具鋼材公司曾經(jīng)一直有售，只是冶煉技術(shù)、級別和純度不一樣而已，電磁彈射器專用無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度，并削弱鍛造開裂的傾向，鉻的作用是提升鋼材強度、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度和耐腐蝕性，而Mn18Cr18N鋼材本身的無磁性，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)國外在七十年代后期開發(fā)成功，我國這個鋼種是七五計劃中的重點項目，曾經(jīng)在八十年代后期引進過，并在一九九一年由一重集團制造了兩件300MW發(fā)電機的護環(huán)，標志著中國正式具備Mn18Cr18N鋼在關(guān)鍵設(shè)備上的實際應(yīng)用能力。Mn18Cr18N鋼護環(huán)是300MW以上的汽輪發(fā)電機組的主要部件之一，也是汽輪機組承受應(yīng)力最高的部件，為了保證機組的安全運轉(zhuǎn)，要求護環(huán)要有足夠高的強度、高的塑性指標、均勻的力學性能和最小的殘余應(yīng)力。對于較大容量機組護環(huán)的屈服強度都要求在1000MPa以上，所以也只有Mn18Cr18N才能勝任。護環(huán)是在強磁場、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高，一般采用奧氏體鋼制造，國內(nèi)外各火電站、核電站的發(fā)電機組所使用的護環(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環(huán)在使用中的強度、塑性等力學性能和導(dǎo)磁以及金相等物理性能都可以滿足設(shè)計使用要求，但隨著使用周期的延長，就開始暴露出它的致命缺點，就是抗應(yīng)力腐蝕能力差，而采用1Mn18Cr18N鋼做護環(huán)就具備優(yōu)異的抗腐蝕能力，即便如此，優(yōu)秀的電機護環(huán)鋼也無法勝任航母電磁彈射器。
雖然電機護環(huán)鋼和電磁彈射器用鋼屬于同一個系列和牌號，但在冶煉水平和鋼材本身性能指標以及鍛造等部件加工工藝上遠超過發(fā)電機護環(huán)鋼， Mn18Cr18N鋼屬于高氮奧氏體不銹鋼，其中氮元素的高低，對于總體性能影響非常大，高氮使得鋼材的強度等性能顯著提高、變形抗力大、難以鍛造，而且裂紋敏感性強、鍛造極易開裂，因此確定好變形過程中各火次的變形工藝參數(shù)，對保證護環(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、加熱時間、送進量、壓下量等工藝參數(shù)，先保證護環(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到設(shè)計開發(fā)擁有自主知識產(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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