航空母舰用钢是怎样生产出来的？

高能预警，本文将会揭开航空母舰用钢的秘密。航空母舰用的钢是怎么生产出来的？要知道他如何生产，首先就需要知道他应该具备什么样的特性，航母钢和普通船舶的钢比起来应该更加坚固、有韧性、低磁、耐腐蚀，而且寿命要更长些。从屈服强度来看，航母用钢一般强度为450MPa--1100MPa。

上图为建造中的美国海军福特级航母，下图为福特级建造过程中吊装分段。

航母使用的钢材属于高屈服强度高韧性钢材，之所以对强度要求这么高，是因为航母的钢材必须要满足抗冲击的需求，还需要在爆炸中有较好的止裂和耐高温性能。之所以要低磁是因为如果磁性太强，就很容易被声呐探测到，遭受潜艇的攻击，有些水雷和鱼雷也会寻著这些磁性特征来攻击，因此航母用钢必须要低磁。要耐腐蚀、高寿命则是因为航母在高腐蚀度的海洋环境使用，如果钢材耐腐蚀能力不强，很快航母的结构就要被损坏。

图为美国海军航母用钢HY80的材料含量成分（上图）及屈服强度（下图）。

传统上，炼就这样的钢材需要用到高碳含量，但是在航母的钢材上偏偏不能多碳，而是碳越少越好，因为航母用钢除了强度要高，还需要有韧性，延展性和可加工性要好，不然钢材会变得较脆，从生产角度来说，就是需要加入镍、铬、铝、钒等元素，使用适当的炼造方式和材料配比来制造出这样的钢材。下面我们以美国航母上使用最多的HY80钢材为例子说明。

图为建造中的002型国产航母。

时间是1958年，那年美国研发成功了屈服强度为550MPa的镍铬钼系淬火回火高强度高韧性钢材HY80，并且在这个钢材的基础上研发出更高强度的HY130钢材，利用大量的HY80钢和少量的HY130钢建造美国海军的第一代大型航母福莱斯特级，同时美国海军后来的尼米兹级也是大量使用这两种钢材。HY80钢并不是美国研发的屈服强度和延展性最好的钢材，但是被选择为航母用钢，因为他的焊接方式相对简单，可以降低航母造价。

图为我国的电渣重熔设备，该技术曾经被美国、俄罗斯长期封锁，我国也是近年来才突破。

作为我国而言，更多的是承袭苏联海军的航母用钢，毕竟我国海军第一艘航母辽宁舰就是一艘苏联时期建造的航母，不过苏联在航母用钢的制造上和美国的追求并无二致，苏联也非常重视舰艇用钢的屈服强度的提升，在80年代苏联舰艇的用钢强度比70年代的钢材提高了3-4倍，苏联使用新的材料提纯和熔炼方式，在航母用钢上使用了名为电渣熔炼和真空电弧熔炼技术，研发出屈服强度在100kgf/mm2的钢材，此后苏联还研发出更高强度的钛合金钢，不过钛合金钢更多的被用于大潜深的潜艇上。

图为正在铺设飞行甲板的我国海军002型航母，可以说航母上每一个部分凝结著科研人员的心血，飞行甲板、钢材、阻拦索、雷达，这些设备的材料是否能够国产，决定了航母是否能研发成功。

我国在钢材领域的成就也非常高，早已经在军舰和潜艇上使用了屈服强度为750MPa的钢材，而且还研发出屈服强度为1100和2200MPa的钢材，不过航母上显然不需要使用强度如此之高的钢材，反过来也说明我国在生产、加工、焊接高屈服强度钢材上并没有技术困难，而我国通过建造002型国产航母也已经完全证明了自己的能力。以上就是航母用钢的特性、材料要求及加工方式。

正在纽波特.纽斯船厂建造的「肯尼迪号」核动力航空（福特级第二艘），表面并没有锈迹斑斑，而是基本防锈漆涂层色。

航空母舰所用的钢材（钢板）从钢铁工业生产角度来说，生产流程与其它「中等合金含量高度钢」并没有任何差别，并不需要特殊的冶金设备，而是使用最常见的基础钢铁工业装备就能将它生产出来。

这张动图是：铁水罐将高炉冶炼出来的炙热铁水倾倒进炼钢转炉当中。铁水在转炉当中经过40分钟左右的「氧化法」冶炼，再经过初步合金化就出钢，生产效率非常高！

建造一艘排水量10万吨级别的超级航空母舰（尼米兹级），各种各样的钢板、型材要54000吨左右，这就需要一个批次的冶炼规模较大，所以就必须使用转炉炼钢来完成。

表格里HSLA80/100就是航母用钢（≤50就是飞行甲板用材的厚度），航空母舰所用的钢材合金成分不是很多，而且舰船用钢材里的合金成分含量也要适宜，并不是成分越复杂、合金含量越高越好！因为成分越是复杂的钢越难以冶炼，需要将各种化学成分调整为最佳，会增加很长的冶炼时间加大了冶炼成本，甚至稍有不慎，造成某个合金成分烧损处于「成分下限」要求之外，那么整炉钢就报废了损失是巨大的！

钢材里的合金成分太高对后续的冷加工和焊接也造成了极大的麻烦，合金含量越高的钢牌号理论上来说强度越是高，强度很高的钢很难进行滚卷、冲压成型，更严重的是难以焊接！航空母舰钢材焊接过程中要先将两块钢板的边缘铣成「＞」状，两块钢板之间要形成＞＜状态，然后由自动焊接机开始焊接，焊接过程焊线要略高于钢板（俗称：加强高）…焊线的强度要高于所焊接的钢板，如果焊接过程因为合金含量高造成了成分「烧损」，达不到技术要求，那么焊接也就失败了…所以，航母用钢在研制过程中就要以：化学成分适中、利于冶炼，热处理、利于冷弯、滚卷、焊接…等后续加工为原则，而不是过分的强调自身的高强度。

转炉冶炼完毕的钢水不能马上进行浇铸，还需要在「炉外精炼」设备当中进行二次炼钢，图片上是目前冶炼较高档合金钢的重要设备「LH法炉外精炼炉」，它的功能是将转炉初步冶炼的钢水再一次冶炼，同时对初步冶炼的钢水进行合金成分微调整达到最佳状态，并且使用粒状碱性造渣材料对钢水进一步的洗涤、纯净，将钢水里的有害物降低极低的标准。

通过炉外精炼后的钢水要进入「连铸」工序，早年间生产航母用钢时，要把钢水浇铸成大型钢锭，并且要在钢锭模内缓冷、保温很长一段时间，因为航母用钢的钢锭都非常的大，每一个通常都在13.1吨（板材用）和8.3 吨（球扁钢用），这样大的钢锭冷却要均匀，否则会因为局部热胀冷缩造成钢锭外表和内部拉裂，要是这样整个钢锭也就报废了，损失同样是巨大的！但是，模铸工艺投资大，钢锭模、浇铸底盘、中心铸管、各种耐火砖，都是巨大的资金投入，并且效率太低！在1970年代随著钢铁工业的进步，「连续铸造法」替代了模铸法，成为目前钢坯生产的主要工艺手段。

图片上就是传统的「模铸法」工艺，方形钢锭模是浇铸型材所用方锭，早年间航母的球扁钢（就是「龙骨」）用锭也是这样生产出来是，模铸法现在仍然用在潜艇耐压壳体用钢生产工序，模铸出来的钢锭内部更加致密，再经过「初轧机」碾压成钢坯，钢的强度就更高了！目前大型钢铁企业模铸法都用在更高档钢材生产工艺上。

图片里是「企业号」核动力航母的飞行甲板用板材，宽度超过5米、长度超过25米、厚度为50毫米，航母用钢板有好几个规格，其中飞行甲板是重中之重，三个足球场大的面积需要用钢板8000吨左右，而且必须是超宽超长的！目的就是要在铺设飞行甲板时减少焊缝和铆接点，造船行业有一个术语叫做「累积误差」，这个术语的解释就是：两块钢板对在一起焊接过程会出现高度误差，这是不可避免的，但要控制在误差范围之内，如果是焊缝过多就会出现「累积误差」，一旦超过了范围就会给舰载机起降造成不安全的影响！所以，航母甲板的钢板必须要超宽超长，也就是减少「累积误差」的影响，平顺的飞行甲板则有利于舰载机的安全起降，至于说飞行甲板的厚度也是在满足强度要求下尽量的要薄一些，太厚的钢板会增加航母自身的「死重量」，「死重量」会消耗很大的反应堆输出功率，严重的降低了航速和航程，所以飞行甲板不能太厚。

飞行甲板用钢材是航母用钢材当中生产要求最高的，由于是超宽超长的一般轧机根本不能胜任，非得是轧辊长度在5500毫米的钢板轧机才行，但是「5500毫米宽厚板轧机」是超级钢铁工业装备，目前世界只有7台！没有此型轧机的国家，就是因为这道门槛被挡在了自主全部生产航母用钢的门槛之外，只有花费巨额资金去有此轧机的国家去购买飞行甲板用钢材，还要看人家的脸色。

总之，能否生产出来航母用钢材体现了一个国家钢铁工业技术水平，关键是这个国家是否拥有全套的钢铁工业设备，而这些重型机械设备的制造更是体现了这个国家的整体重工业实力，目前世界上可以全部生产各种规格航母用钢的国家仅4个，也是世界上总体工业能力最强的4个。其他国家要想在航母用钢上有所突破就必要进行高投入改善钢铁工业设备和提高从业人员的素质才行！

航空母舰使用的钢材主要是高强度（钨）合金钢，以及航空母舰使用的钢板主要是通过特宽厚板轧机制作，比如美国尼米兹级航空母舰的航母主要由HSLA-80钢板组成，其航母钢板厚度为50毫米。目前为止，世界上能生产和制作可用于航空母舰的特种钢板就（美国,俄罗斯,英国,中国）四个国家。制作航空母舰的钢板主要有船体钢板，甲板钢板和结构钢板，尤其结构钢板的规格更为苛刻，使用标准高。可见生产和制作航母钢板的难度有多大。航母钢板必须达到抗低温，抗氧化，耐高温，抗腐蚀，高韧性，高屈强比，抗摩擦，抗高温烧蚀。并且航母钢板的厚度不超过50毫米，还能承重20-30吨以上的航母舰载机的冲击力。可想而知，制作航空母舰专用钢板是多么不容易。

航母是最能体现一个国家海军实力的武器，当今世界能够生产航母的国家屈指可数。想要独立生产航母，首先要突破的技术难关就是制造航母所需的高强度钢材。航母钢材的强度要比普通钢材强得多，这样才能保证航母拥有足够的抗打击能力。像美国的小鹰级航母美国号，在退役之后作为试验舰拖到了大西洋上，美国使用世界上最先进的攻击武器昼夜不停地饱和攻击，美国号航母内部还装满了高爆炸药，没有任何防护和动力的情况下，这艘海上巨兽坚持了25天才沉没在大西洋中。

不过航母的钢材的生产制造也没有大家想像中那么的特殊，从美国现役航母的钢材数据来看，美国的尼米兹级别采用的钢为HY-80，这个钢材属于一种常见的军用钢，在美国的潜艇上面使用的相当广泛。潜艇在下潜的时候，受到的压力非常大，能够承受高压力的钢材，自然也就能够承受一定的饱和性打击。这样来看的话，航母并不是一定要生产专门的特种钢材，能够应用在潜艇上的钢材基本上都能够应用到航母上。

航母之所以没有使用专用的钢材，主要是因为航母本身的防御设备就已经相当完备，再加上航母需要的钢材数量本身就不多，没有不要生产专门的航母钢材。不过即使是这种潜艇常用的军用钢材，也不是每个国家都能够生产的，绝大部分中小国家，都不具备生产这种钢材的能力。我国的潜艇技术相当成熟，生产这种钢材自然也没有问题。

航母的甲板需要的钢材强度更大，对于钢板碾压机的宽度也有要求。只有5米以上宽度的钢材轧机，才能够压出来航母的甲板，而拥有这种碾压机的国家屈指可数，我国就是其中之一。由于没有采用特殊的钢材，航母的钢材生产流程也和普通的钢材生产流程一样，不过作为一种强度更高的军用钢板，航母钢板的用料和冶炼技术、碾轧切割技术上肯定要强过普通钢板。