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瀚海狼山:097是钛合金超级核潜艇?|2022-11-12

人类在大约8000年前就首次知道冶炼和利用铜金属,到大约3000年前开始首次知道利用铁金属。学会用铁,是人类生产力的飞跃式提升。直到今天,人类仍然基本处于铁器时代,这就是应用规模最大的金属材料仍然是各种铁合金,俗称钢材。全球每年冶炼与消耗的粗钢,基本在15亿吨上下,而长耳朵一家就占据了其中的65%,所谓三分天下有其二。而除了建筑与其他民用,军事装备生产中消耗最大的也是钢铁材料。不过到了工业革命以后,人类新发现了铝这种原本是地壳中占比最大的金属材料。于是在钢铁时代,铝的冶炼与应用可算是新的进步。到二战之后,在大宗金属的应用上,最新的或者也是最大的突破,其实是对钛金属的冶炼与应用。钛元素早在1791年就被从化学意义上发现和定位。

但是现实的利用却非常晚。直到1948年,也就是二战已经结束3年,钛元素被发现157年以后,美国方面才首次冶炼出来2吨海绵钛。海绵钛是从含钛矿石被用还原法冶炼以后得到的常见钛金属形态,里面已经含有99%以上的钛元素,已接近纯钛金属。纯钛金属的密度为4.5,明显比7.8到7.9的钢材的密度小。熔点是1668摄氏度,又比铁的熔点1535度要高;更关键的钛金属的耐腐蚀性比所有铁合金也就是钢材都高。纯钛除了怕纯氯腐蚀外,对大多数腐蚀因素都是不敏感的。尤其是对所有碳钢都害怕的海水腐蚀,钛金属几乎完全不怕。而且钛合金基本无磁性。其屈服强度超过99%的超强合金钢。部分钛合金的屈服强度超过1400兆帕,要知道生产潜艇耐压壳与航母甲板的HY100含铜超级合金钢的屈服强度,

 

还不到900兆帕。韧性极强、无磁又耐腐蚀、而且还比钢材轻很多,于是钛合金刚刚被工业化冶炼,就立即被运用到航空工业中当做了新式主材,从战斗机的骨架一直到发动机的叶片上大范围应用。于是从1948年到1955年,仅仅7年时间,全球海绵钛的总产量,就从2吨直线上升到了2万吨;到1970年以后,则上升到了10万吨级以上。钛合金的综合性优点,不但被美国人所认识与应用,在冷战高峰年代,更是被处处想与美国进行全球争霸的苏联方面所重视。于是苏联很快成为当时全球海绵钛的第一生产大国。无磁又不怕海水腐蚀,屈服强度又极高,而且比重比钢材轻得多,导致在水中天然储备浮力大。这不就生产超级潜艇以及深海潜水器耐压壳的最优材料嘛!于是从1960年代末到1980年代初,

苏联方面一共用钛合金生产了4型至少13艘核潜艇;当然也有说法是实际只有9艘,有4艘是用特种钢做的同型核潜艇。这些钛合金潜艇因为有材料上的先天优势,于是创造了潜艇方面的多项世界纪录,到今天都没有被打破。比如685型攻击核潜艇极限潜深达到1250米的大型潜艇下潜深度世界纪录;而661型则创造了水下44节的最快世界纪录。不过苏联海军也很快发现,这些超级钛合金潜艇,自始至终都没有解决一个关键的技术问题,那就是焊接难度太大,用当时的焊接技术焊接成型的潜艇耐压壳,服役过程中出现开裂漏水的概率远远高于同代的特种钢核潜艇。外加当时钛合金的造价居高不下,于是到1985年之后,苏联方面就放弃了再生产钛合金的任何潜艇。而美国的造船工业则自始至终,

 

都没有解决钛合金耐压壳焊接的技术难题,也就从来没有完整地搞过钛合金潜艇项目。40多年过去了。全球钛金属的生产与应用又发生了新的变化。当今全球海绵钛的第一生产大国早就是长耳朵家,产能与实际年产量都占据全球的接近一半。而且每吨海绵钛的造价已经下降到了大约30万YUAN的水平。在最关键的钛合金耐压壳的焊接成型技术上,也首次登上世界之巅。比如下潜深度7500米级的海龙号的耐压球壳还是友好国家帮助焊接的。而已经完成了11000米深潜的全新深潜器,则是完全自主设计制造的。相关的超级耐压壳技术,极有可能最终应用到097型核潜艇上。预计首次达到1500米级的下潜深度,对现有的磁性探测也完全无感,这才是未来的超级深海巨鲨!

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