谭传毅:从海狼潜舰事故看潜舰台造隐忧

时间:2022-08-30 05:46:14 作者:M6平台在线登录 来源:M6米乐官网登录

  日,美海军海狼级潜舰“康乃狄克号”在南海海底发生碰撞事件,从照片上来看,受损部位是帆罩(指挥塔)前部与舰体交界处,不应排除其遭遇掉深问题。当它奋起向上浮的时候撞到了某个东西,也许是鲸鱼,也许是钻油平台,撞到海底山脉的可能性就不大了。

  此时,媒体却报导,台“中钢”所研发潜舰钢板HSLA-80进行水下模拟测试,钢板足以承受水下900公尺的静水压而不断裂,可以满足最严苛的潜舰要求。“中钢”表示,HSLA-80钢板已准备就绪,未来除潜舰,包括海军水面舰、离岸风电、桥梁都可使用。HSLA-80钢的确可以用在潜舰,但是真的如同“中钢”所说的这么强吗?

  HSLA-80(High Strength Low Alloys)是高降服强度、低合金钢,80的意思是降服强度等级为80KSI(Kilopounds per Square Inch),表示单位面积上所能承受的压力,也就是俗称的应力,1KSI=1千磅/平方英寸,大约等于550Mpa左右,是含铜的高强度低合金钢。

  原理:加入了稀有金属或是钒(Vanadium)、镍、钛等合金元素,以提高材料的强度和韧性。

  1980年代,美国放弃以镍、铬等元素提升钢材性能的做法,转而开发强度适中、易于焊接、费用低廉的HSLA系列高强度、高韧性的钢材。并部分或全部取代HY-80钢,其中尼米兹级航母的船体结构采用此钢种。

  HSLA-100钢是美国为新建的航母船体和攻击核潜舰(非耐压壳体)而研制的钢,HSLA-100是一种含碳量低、合金元素含量比HSLA-80的要高,降服强度约为690兆帕,板厚可达100mm。

  后来美国海军又研发了HSLA-115钢,降服强度达到了800Mpa,不仅可以降低航母的重量,还可减小飞行甲板厚度。

  福特级航母就是大量使用HSLA-115钢材,可以减重400吨,能够非常有效的降低航母重心,提升机动性和稳定性。2010年又发展出HSLA-130钢,达到了890Mpa,日本则达到了1080Mpa。

  目前台“中钢”所生产的EN-HC420LA(HSLA-80)高强度结构钢所能达到的降服强度为420到520Mpa(“中钢”产品手册),而不是美国所生产HSLA-80钢的降服强度550Mpa,虽然差不多,可是潜舰舰壳在水压之下,差了30Mpa就是差了3公尺深度。

  降服强度是潜舰合金钢的重要性能指标,降服强度与潜舰能够承受的海水压力和下潜深度有关。潜舰舰体使用500Mpa以上钢材即可,可以保证最小深度200公尺,超过200公尺水深,舰壳就会被水压碾碎。当潜舰耐压壳降服强度达到800MPa以上,可保证潜深达400公尺。

  常规潜舰下潜深度没有能超过400公尺的,至少到现在为止没有。近年对于潜舰钢材的要求越来越高:高降服强度、高韧性、高抗爆性、良好焊接性、耐腐蚀和抗疲劳。通过提升耐压壳强度及增加耐压壳厚度,美、俄、日的潜舰可潜深度达600米以上。

  据闻大陆加入稀土元素,研发出降服强度高达不可思议的2200Mpa,同时解决了高强度钢焊接困难的问题。

  潜舰台造的潜深只有区区的200米,如果采用低标的420Mpa计算,潜深更不足200米,若战场在东海岸深度变化极大的海域,台海军怎么和的潜舰一决雌雄?

  第一个问题是钢板焊接。整个潜艇是一个大型的焊接结构,焊接是潜艇建造必不可少的工艺。从潜艇整体结构的安全性考虑,要求焊缝、热影响区与基材要一样的强韧。

  因为焊接过程,是金属重新熔化、重新凝固的过程,它与通过精鍊、轧制、热处理等的基材完全不同。焊接会产生焊缝,随着钢强度的提高,碳当量也随之提高,钢的焊接性将会变差。但是潜艇用钢必须具有好的焊接性,才能满足潜艇建造和使用的技术要求,因此必须尽量降低潜艇用钢的碳当量和焊接裂纹敏感系数。HSLA-80钢能够较好的焊接。

  除了降服强度与焊接技术之外,潜舰钢还必须保证低磁性,因为钢材的强磁性不仅易被反潜侦知和跟踪,还可能降低潜舰设备的灵敏度和精度,尤其易受水雷攻击。

  因此在炼钢过程中,潜舰用钢通常会添加镍,铬,铜,锰和其他稀土元素,以降低或是消除磁性。但是潜舰仍会受到地球磁场的影响,必须定期消磁。

  若要完全消除潜舰压力壳体的磁性,只能采用钛合金材料。虽然钛合金没有磁性、重量轻、降服强度高、韧性和疲劳强度好,但其制造和焊接都有困难,而且制造成本极高。

  潜舰大致可以分为单壳体潜舰和双壳体潜舰两大类。顾名思义,单壳体的艇体直接由耐压壳体构成,耐压舰壳直接在外。而双壳体潜舰在内部的耐压壳之外,还包覆一层非耐压壳,通常所谓的高强度潜舰耐压钢都用在耐压壳上。

  与双壳体相比,单壳体结构没有双壳体潜舰复杂的舷侧空间结构,结构相对简单、工程量上要比双壳体结构少、建造成本也低。但是与同样条件的双壳体潜舰相比,单壳体潜舰的体积较小,阻力也较小。

  从报载台“中钢”仅仅开发HSLA-80钢作为耐压舰壳,可以推知,未来台造潜舰必然是一艘单壳潜舰,排水量不会太大。在实务上,单壳潜舰在面对深度急剧变化时,可能会发生掉深问题。

  由于海水温度、盐度、密度、声速等状态在垂直方向上出现急剧改变、或不连续剧变的水层。上层海水密度大,下层密度小,形成负密度跃变,海水浮力由上层至下层海域急剧的降低,称之为“海中断崖”。潜舰在水下航行若遭遇海中断崖,会立即失去浮力,急剧掉向海底,俗称掉深。

  我们经常在电影里面看到美国海军潜舰冲出海面,就是在演练遭遇掉深时紧急浮出水面的处置。美海军潜舰很多是单壳潜舰,而单壳潜舰的压舱水在耐压壳之内,只能提供大约15%的浮力,双壳体则可增至30%。

  海底断崖十分可怕,潜舰如果遭遇海底断崖,基本上都会舰毁人亡。最著名的掉深事件当属美海军“长尾鲨号”核潜舰沉没事故。1963年4月,该舰在美国东部沿海进行深潜试验时沉没,沉没在2560公尺深的大西洋洋底,舰上129名水兵全部罹难,就是遭遇海底断崖因素所导致。

  台湾地区东部海域深度变化极大,对于潜舰钢材的考验极大,台海军、“中钢”、安全部门可千万不能好大喜功或其它理由,只是为了“有”而有,而不顾及官兵的安全。

  从钢材选用HSLA-80钢来看,台“中钢”在2014年的产品手册里面就包括了这种钢材,是个成熟产品,绝非重新研发。我们不禁要问,为何不研发更先进的Mpa更高的HSLA-115或130钢材以保障官兵安全与战力?

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