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国产航母的特种钢到底有多难做？
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迄今为止全世界仅3个国家生产的钢板能用于航母制造，都被视作重要的战略物资，不予出口，上图为美国“福特”级超级航母“福特”号首块35吨级特种钢板切割现场。大家好，欢迎关注兵器知识谱，关注原创回答体验不一样的知识分享。建造一艘诸如“尼米兹”7万吨级的大型航空母舰，需用各种特殊品种的大宽厚钢板4万多吨，其中飞行甲板就需要50毫米厚的HSLA-80航甲板母专用钢板约8000吨。这类钢板必须满足以下性能要求：第一、拒磁；第二、高韧性；第三、抗高温和抗低温。下面我们就通过依次了解航母特种钢的性能要求来解答它的生产难度。下图为美国福特级超级航母二号舰“肯尼迪”号的首块高性能合金甲板钢开切仪式，美国造的特种钢依旧是世界上性能最好航母专用特种钢。
航母特种钢“拒磁”性能的意义
所谓“拒磁”并非不导磁，而是不被磁化或者说抗磁化性能好。钢材的本质是铁，因此会导磁和被磁化，物体的导磁特性通常用导磁率或导磁系数来表示，单位是亨/米（即H/m）。例如常用于电动机制造的专用钢(steel)，其相对导磁率约介于2000～6000H/m之间，高碳钢的导磁率约为7000H/m，而空气的导磁率定义为μ0其值为4πx10^-7H/m，这就是磁铁能隔空相互吸引以及吸引导磁物体的原理。
武器专家利用导磁原理研制出专门用于攻击舰艇的磁性水雷、磁性鱼雷等等磁感武器，航母属于大型水面作战平台，如果建造材料不具备优良的拒磁性能，长时间在海里航行后将会被地球磁场磁化，那么航母将变成一个产生巨大磁场的移动物体，增大了对磁感武器的感应敏感性，更容易成为磁感武器的攻击目标，因此航母特种钢的导磁率必须低于500～1000H/米。低导磁率并不代表不会被磁化，这也是航母和其他舰艇必须每隔一段时间就要入港进行消磁作业的原因。下图为正在基地进行消磁处理的俄罗斯20380“守护”级护卫舰。
航母特种钢“高韧性”的意义
航母特种钢的“高韧性”性能说白了就是不易变形和折断，通常用屈服强度度来表示，比如美国的HSLA-80航甲板母专用钢板屈服强度为300MPa~600MPa，美国建造“福特”超级航母所使用的HSLA115特种钢屈服强度已经达到785MPa。世界上常有许多大型货运船舶在建造时因使用了屈服强度不达标的钢材导致在恶劣海况航行时船体折断，甚至还发生过停靠在港口卸货的船舶发生船体折断的事故。比如2015年7月15日凌晨3：45，武汉一艘名为“鄂团风货226”2000吨级的货运就在港口发生了船体折断事故。下图为发生船体折断事故的货轮。
航母属于高价值国防尖端武器装备，是绝对不允许发生船体折断这类事故的，而且航母在回收舰载机时甲板需要承受舰载机每个架次降落时产生的巨大冲击力。比如歼-15舰载战斗机的空重为30吨，在搭载3吨燃油和2吨弹药后飞行重量将会增加到35吨，而降落时则需要保持230公里/小时的速度着舰，此时舰载机的过载将会超过5个G，航母甲板将会受到相当于175吨的力的瞬间冲击，关键是这种冲击力并不是偶然发生，战时每天承受200～300个架次的冲击也是很常见的。
其次就是处于防弹性能的考虑，如果钢材屈服强度不达标，极有可能因中弹而引发舰体变形、开裂、折断，从而导致沉没。航母上有价值几百个亿的装备以及5000～6000名左右的官兵，一旦沉没将会对国家造成严重损失，最重要的是国防力量会因此削弱。因而航母在建造时必须使用屈服强度性能优异的特种钢材。下图为准备着舰降落的“超军旗”舰载战斗机，在触舰瞬间航母甲板将承受巨大的冲击力。
航母特种钢“抗高温和抗低温”性能的意义
抗高温性能是可以很直观地了解到的，比如舰载机起飞前从机尾处升起的挡焰板。喷气式战斗机的发动机尾焰温度最高能达到1800℃，而普通钢材的熔化温度为1500℃，尽管飞机发动机所喷射的尾焰不足以在短时间内将挡焰板加热到熔化温度，但是钢材在高温下使用性能会发生应力松弛、热脆性、热疲劳等变化，所以航母特种钢材必须具备承受1000℃左右高温的能力。马氏体合金钢能够长时间承受650℃的高温，奥氏体合金钢能承受620℃的高温，很明显这两种钢材都不符合航母建造材质性能要求，可见航母特种钢的性能指标是非常苛刻的。
抗低温性能也不难理解，钢材的强度是随着温度的降低而下降的，当温度降低至某个临界值（或区间）钢材的韧性就会突然下降，导致钢材变脆。比如45#钢的低温临界点为-20C°，当气温下降到这个临界点以下时钢材将失去应有的强度；当温度下降至-30C°时在重力作用下将会被折断；当温度下降至接近-50C°时它会脆得像甘蔗，徒手都能将其掰断成两截；如果温度下降至接近绝对零度，那么45#刚将脆得像薯片一样。因此航母特种钢对抗低温性能的要求是能在-38℃以内的环境中不发生韧性变化，比如南极、北极等等这样极寒环境，如果抗低温性能不达标，航母在极寒环境中是无法承受舰载机着舰降落时强大冲击的。下图为撞击冰山后在沉没过程中发生船体折断的泰坦尼克号，船体出现折断现象说明该型邮轮所使用的钢材并不符合抗低温性，早在撞击发生之前船体钢材韧性就已经在寒冷的环境中发生变化。
要造一种拒磁钢板，那就添加镍、铬等元素制成不锈钢；要造一种只要求高韧性的钢板则添加镍、钴元素制成高强度合金钢；要造一种只有耐高温钢材，那就添加钨、钼元素制成钨合金钢……任何一种单一性能要求的钢材都可以轻松制造出来，但是若要求集拒磁、高韧性、抗高低温性能于一身的钢板就不容易了，因此航母特种钢是一种十分难以生产、十分难以加工焊接、十分珍稀的高性能造船材料。此外，除了美、俄、中三个冶金大国以外，日本、法国、英国的冶金技术也是非常先进的，为何他们也造不出航母特种钢呢？
原因在于日本受到成本的制约！航母特种钢虽然属于高性能钢材，但是出于研发难度过大、价格过高、需求量过低（禁止向国外出售）的原因考虑，即使日本成功研发出航母特种钢的生产工艺，研发成功也很难转化为效益。毕竟日本是一个战败国，武装力量以及武器装备的发展受到严格限制，研发航母特种钢自己用不上，又不能卖给海外用户，做这种买卖是绝对亏本的。而英、 法两国目前各自只建造了一艘在役的航母，少量用钢投入大量资金自行研发根本不划算，索性向美国购买反倒省事许多，因此英、法、日这三个具有先进冶金技术的国家也不具备生产航母特种钢的能力。下图为分段建造期间的英国“伊丽莎白女王”号滑跃起飞航母，它的建造材料全部从美国引进。
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我国当年买回俄罗斯的“瓦良格”号，一直在大连海港呆着，好几年没有动静，原因是什么？原来就是我国没有航母钢材，连“瓦良格”号修都修不了。据说，“瓦良格”号刚拖来时就想修，当时大连造船厂和海军的人对“瓦良格”号进行了检查，结果发现，俄国人的造船水平比国内高得多。其中仅“瓦良格”号用的钢板，中国就根本没有。
我们国内的军舰用钢也是抗海水腐蚀的，但是性能一般，所以必须要刷防锈漆。一般军舰，每三四年就要进船坞进行舰艇底部附着物，并重新刷防锈漆的大修。否则，海水对军舰底部的腐蚀，会严重影响舰艇的防护能力。而“瓦良格”号用的是俄罗斯的军舰特殊钢，在运到中国之前，已经好多年没有进行过防锈处理了，但是通过国内检查后发现，“瓦良格”号用的钢，可以自然抵抗海水腐蚀，所以“瓦良格”号外表面状态很好，中国拉来后，一直没有涂装，就在码头那里裸放着。一般重要军舰都是无磁的，即可以防止磁性水雷或者通过磁力探测到军舰。但地球自身是有磁场的，即使用低磁钢打造起来的军舰，在航行几年后，受地球磁场同化，军舰的钢铁也会带上磁力，所以一般三四年后，军舰要回船坞进行逆向消磁。而“瓦良格”号用的钢可以说是绝磁的，其从建造到运回中国，足足将近15年，到中国经过重新检测，磁力依然为零。当时一个接触“瓦良格”号的专家曾感叹说：“俄罗斯还是厉害，主要人家基础好，苏联留下的家底，中国就是追上20年，也很难全面超越啊，尤其是基础工业水平，严重制约了军事设备的发展。”
“瓦良格”号运到大连后，大连造船厂立刻对其进行试修复。首先发现的问题是，我们国家的钢板根本不行，比人家差了很多，用我们的钢板进行焊接，发现连接处强度根本不够，即使勉强修复，对“瓦良格”号整体防护性能也造成了很大的下降。所以，从2000年起，我国开始与俄罗斯谈判，要引进俄罗斯的军用特殊钢生产技术。但是俄罗斯要价很高，条件也比较苛刻，光谈判，就谈了很长时间。技术引进后，国内组织技术进行生产。国内最先进的特殊钢生产基地是抚顺特钢公司（日本人1937年建的），中国的核潜艇，火箭，沈飞的飞机发动机，用的钢基本都是抚顺特钢造的。
但当时抚顺特钢进行国企改革，工人下岗很多，除了几个军品生产车间，几乎处于半停产状态。后来，辽宁省用效益较好的大连钢厂联合抚顺特钢组建了东北特钢集团（还上市了），由大连钢厂出钱，抚顺特钢出技术，在大连建了一个生产这种俄罗斯军用特殊钢的生产基地，花了十几个亿，并且每年还要给俄罗斯交很多专利费。
我国军事领域大量使用的钢材是907A、945和921A钢，是我国“十五”重点技术攻关项目。1985年以来，我国舰船材料研究部门和有关钢厂相继研制了屈服强度达390兆帕的907A钢、屈服强度为440兆帕的耐蚀高韧性含镍铬的945钢和屈服度达590兆帕的921A钢。现在中国生产出来的A710钢，和美国目前使用的高强度HSLA-80钢在生产工艺方面有点类似。鞍钢钢铁研究所对还对美国最新型的HSLA-100特种钢的生产、金相组织和性能进行了试验研究和初步探讨，发现这种钢在我国现有条件下进行生产是可行的。中国的航母用钢问题，在近年来才有突破性的进展。日本共同社于2009年7月19日援引加拿大权威军事杂志《汉和防务评论》的文章说，中国即将开始建造的航空母舰的钢铁，是由中国上海宝钢制造的特种钢，而宝钢公司建立时，日本曾经出资并提供技术。
《汉和防务评论》曾指出，中国首个国产航母将会在上海长兴造船厂制造，之所以选在该厂建造，是因为比较方便从宝钢运输特种钢铁。宝钢是1978年《中日友好条约》结成以后，作为中日经济合作象征事业建立起来的。日本方面用政府开发援助（ODA）提供资金，技术由是新日铁提供。现在，宝钢作为中国首屈一指的钢铁生产厂，给军用船舶提供了很多钢材。《汉和防务评论》说，中国宝钢自从2005年引进新技术以来，已经达到了航母使用的高强度钢材国产化要求。航母的建造，除了需要特种钢之外，还需要大型的特宽厚钢板轧机。在军用造船领域，宽厚钢板是一个无法回避的问题，航母尤其如此。以美国“尼米兹”级航母为例，其飞行甲板面积达18200平方米，相当于3个足球场，由50毫米厚的HSLA-80钢板和复合装甲材料组成。飞行甲板既要承受战机起降时的强大冲击力和火焰灼烧，又要有足够的防弹能力，因此必须要用大尺寸钢板，以减少焊缝增加强度。若想制造出航空母舰用的宽厚钢板，需要5000毫米以上的现代化特宽厚钢板轧机，而这种轧机，设备吨位达7万多吨，厂房面积达20万平方米，投资达60多亿元，建设期需要6年以上
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“瓦良格号”刚来到我国的时候可不是这样的光鲜，经过较长一段时间的续建成焕然一新，成了威武的“辽宁舰”！但续建过程中由于“瓦良格号的钢材牌号与我国生产牌号有些不同，并且没有价值再为此研制新牌号的航母钢材（研制一种新牌号的军用钢材至少需要十年时间），所以在续建过程中进口了一批俄罗斯生产的航母用钢。由于有了续建“辽宁号”的经验，我国在建造17号航母的时候基本上是“驾轻就熟”在较短时间内将它建造完毕，并且进行了多次试航。
17号航母从建造到相对短的时间下水，标志着我国在常规航母的设计与施工都已经处于较熟练的水平上了！那么，我国在建造17号航母时最基本的钢材是怎样生产出来的？
航母用钢材和大多数大规模使用的钢材一样，也需要经过冶炼→铸锭（连铸板坯、型材坯）→轧制→定尺→热处理→精整……这些较复杂生产流程。
图片上是美军航母用钢板的成分表，HSLA–100是目前“福特级”所使用的低合金高强度钢材，而HY–80和HY–100两种钢材是美军核潜艇耐压壳体所用的钢材，但是美军在建造“尼米兹 ”级航母首批次的时候使用了大量的HY—80钢建造，在后几个批次当中也关键部位也使用的少量的HY—100高强度钢…直到HSLA—100研制出来之后才在尼米兹级最后几艘“里根号”、“布什号”上使用，而最先进的“福特级航母”使用大量HSLA—115钢。
从上面美军这些航母钢材牌号来看，凡事可以生产潜艇耐压壳体钢材的国家，都可以研制出航空母舰用钢材，我国从1960年代末期就已经掌握了常规潜艇、核潜艇耐压壳体钢的工艺标准与冶炼工艺，所以我国在航母用钢冶炼阶段不存在任何困难，而且我国目前航母用钢方面采用转炉+炉外精炼生产工艺，在冶炼这个阶段可以优质优量的保证需要。
图片上是大型钢铁生产联合企业的“板坯连铸”生产线。
1960年代中期以前连铸生产工艺不成熟，航母用钢材冶炼完成后要采用“模铸法”（下铸法）工艺，就是用一个铸铁材质钢锭模加上浇铸底盘、中心铸管和各种耐火砖组成炉后工段，等钢水冶炼完成后倒进盛钢罐内，吊车将钢水罐吊到中铸管上面开始浇铸…航母用钢材由于尺寸都很大，就需要浇铸成13.1吨大型板材钢锭和8.3吨型材钢锭…不过模铸法工艺生产效率低成本高、工序繁杂，并且浇铸完成的钢锭需要在模内进行保温缓冷，这得等上好几天时间！如果不进行缓冷，钢锭会冷却不均匀，在热胀冷缩的现象下有内部可能被拉裂，那么整个钢锭就报废了，损失将是巨大的。图片上就是“模铸法”生产工艺，当然航母用钢锭要比图片里的大了很多。模铸钢锭还不能直接进入到钢材轧机去轧制钢板/型材，还需要使用“开坯机”将它制成（碾压）适合轧机再轧制的板坯才行…这样的繁杂工序流程会大大的增加了生产成本！所以，现在采用炉外精炼与连铸工艺，取消模铸、开坯这些工序，显著的提高了生产效率和降低了生产成本。
连铸工艺比较适合大批量生产并且节省生产成本。 我国钢铁工业进入到1990年代后生产规模与生产工艺有了较大的发展与提高，大型板坯连铸生产线是目前我国大型钢铁联合企业的标配，航母用板坯、型材坯甚至模铸锭生产工艺和产能在我国钢铁工业中也没有瓶颈，都可以顺利的完成。1960年美国建造“企业号”核动力航母图片，图片上是“企业号航母”的一块飞行甲板。
航母用钢板都是超长、超宽，厚度很大的定尺钢板，比如：排水量6万~10万吨的大型和超级航母，飞行甲板钢材用量在6200吨~8500吨左右，标准板：长25米、宽5.5米、厚度50毫米的钢板，福特级使用更先进的高强度钢板厚度可能会有所减薄。
使用超宽超长钢板的目的就是要减少焊接和铆接的工作量和焊缝与铆接点，三个足球场那么大的面积要求非常平直，不允许出现焊接、铆接累积误差…部分型号的舰载机最大起降重量超过了30吨重！在重力加速度的作用下直接砸在了飞行甲板上，如果甲板不平整或者强度不够，很可能造成起落架折断或者砸出一个坑，那么飞机就会出现重大事故，后果不堪设想…所以，必须要使用超长超宽的钢板来建造飞行甲板，但飞行甲板也不能过厚否则会大大的增加“死重量”，白白的消耗了主机大量功率输出，在不影响性能的条件下，飞行甲板的钢材要厚度适中。赫赫有名的5500毫米宽厚板轧机，不但可以轧制航母飞行甲板用钢板，其它大型船舶钢板、超大型储油，储气罐钢板、大型桥梁用钢板…等等所用超宽超长的钢板都需要它去轧制。
我国对于航母的研究在“瓦良格号”之前大部分工作就已经成熟了，之所以未建造航母就是在超长超宽的钢板轧制上遇到了“瓶颈”，因为轧制航母飞行甲板需要使用5500㎜长度以上轧辊的板材轧机，也就是通常所说的“宽厚板轧机”，但这种型号的轧机在全世界都非常罕见！设计标准和制造要求工艺极高，而且价格非常昂贵，只有工业水平极高的国家才能制造出来。
在2000年以前我国装备制造工业还处在发展阶段，这种超大轧机还暂时不能研制，没有超大轧机也就没法为建造航母提供所需钢板，国外进口不是我们的选项，因为现代化是买不来的，只能是自己奋发图强！
图片上我国工业装备制造史上的里程碑！5500㎜宽厚板轧机，是当今世界上最先进宽厚板轧机，是生产航母用钢板的“神器”！它的制造成功是使我国在生产航母用钢的所有技术环节和生产环节都被打通！不会出现任何生产环节瓶颈！因此，我国成为世界上可以生产任何规格航母用钢材的国家！
一个国家要想国防现代化就必须把自己的重工业水平提高到最高等级，只有这样才能不受制于人！否则就将会被别人掐脖子！这个知味儿我们以前尝过，现在部分行业仍然在尝…但是我们有自力更生的决心和艰苦奋斗的勇气！“天行健，君子以自强不息！这是中华民族的传统！也正是在这样的传统下，任何事情都能迎刃而解！任何困难都能迈过！
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特种钢其实是在碳素钢中按照比例加入不同的合金元素，使其达到自己想要的特性，这就是特种钢，特种钢的用途很广，从桥梁，核反应堆冷却到航母都有他的身影，根据不同的需要来制造不同特性的特种钢。
航母所使用的特种钢也有许多种，因为航母每个部位所需要的特种钢特性是不一样的，比如航母在海水中航行的交通工具，它的船体必须要有很强的耐腐蚀性，当然涂装是一方面，其本身的耐腐蚀能力也是一方面，另外，像航母甲板，必须要有足够的耐热性，因为飞机在起飞的时候会喷出高温火焰，因此在这部分的特种钢特性是耐热性要高，6钼钢由于还有很高的钼，所以耐腐蚀性，耐高温能力很强。
在舰载机起飞和降落的过程中，舰船也要承载很大的冲击力和压力，而且他还需要有抵抗爆炸的能力。
除了这些，船体本身不是一个平面，因此他还需要有一定的曲服度才能加工成船，而这种金属材料需要有0.2%的残余变形应力值极限，如果大于极限的外力作用会使零件永久失效，无法修复，因此特种钢的技术掌握非常复杂。
航母的体积很大，因此需要的钢板面积也大，它必须达到长40米，宽5.5米的要求，焊接缝越少越好，以免因为焊接缝过多而造成地面凹凸不平的隐患，而直接锻造大面积的特种钢也是一个很大的挑战，全世界有能力制造特种钢的国家屈指可数，当年我国从乌克兰购买了瓦良格号，历尽千辛万苦带回国之后，整个航母已经是锈迹斑斑，对他的改造也因为特种钢的原因而推迟了五年，后来在鞍钢集团上下团结努力的基础上用最短的时间克服了特种钢的难题，辽宁号70%的钢都是由鞍钢提供。
我国现在不仅仅已经不需要依靠外国技术制造特种钢，而且还研发出了可以抵抗两千两百兆压强的超级钢，这种钢的制作要求，第一特种钢要更高，比如他需要有五倍以上的压力进行压轧，然后迅速冷却控制温度才能够形成这种钢，结构组织很细腻，不容易变形，强度特别高韧性也好。
（本文由风云一点通原创首发）
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难做不敢说，但是难量产确实！
对比航母用钢来看，世界范围内能造航母确实不少了，但可以大批量建造航母用的钢材国家，就那么几个，型号也就几个。比如印度，印度钢铁行业十分发达，印度本国的钢铁行业就可以制造航母用钢，但印度仍然需要向俄罗斯大量购买航母钢，因为本国的钢材产量太低了。
航母用钢不同于民船、驱逐舰、巡洋舰，甚至和核潜艇用钢技术差不多，但用量却大了很多，因为航母需要巨大的船体外壳、各层甲板和上层建筑，航母结构除了符合水面舰艇的需求，更需要良好的耐腐性，最为主要是高强度和很好的焊接工艺。航母对高强度钢需求，其实是大大减小了钢材的使用量，因为相同的强度，航母钢材用得更少，美国尼米兹级航母用钢4.7万吨，伊丽莎白级号航母用钢6.5万吨。
目前，世界范围都在使用美国定下的标准航母用钢，HY系列，包括了HY-80钢，其屈服强度为550兆帕，HU-100，其屈服强度为690兆帕，HT-130钢，其屈服强度为890兆帕。虽然HY系列钢十分适合航母用钢，但美国还是没有停下脚步，继续研制了高强低合金钢。而国产航母用钢，和美国类似，都是高强度低合金钢，这红钢工艺性能好，良好的焊接性，还可以显著降低航母自重，并提高结构抗损能力。但是材料过程十分负责，制造的时候难度比较大。这导致了一般国家都可以研制出来，但卡在了产量和焊接工艺上。
所以说航母用钢绝不是一朝一夕就能完成，幸好我们之前拥有大量的核潜艇，利用核潜艇钢材发展而来的航母用钢，保证了国产航母精钢产量充足。
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