苏联海军“P级核潜艇”,世界上第一艘采用钛合金制造耐压壳体的核潜艇,它属于带有实验性的潜艇,由于钛合金冶炼、成型、焊接……等诸多工艺很困难,“P级”从年开始设计到年才正式服役,耗时很久!
“P级”不但是第一艘钛合金潜艇,还是世界上航速最快的潜艇,最高测试航速达到了44.7节,远超所有的水面舰艇……也正是它的出现使美军大力发展远程反潜机和反潜直升机。
钛合金现在已经不太昂贵了,而且目前民用钛制品也比较多见,比如:眼镜的镜框。
那么苏联为何要制造钛合金潜艇呢?这主要原因还是苏联再与美国争夺海洋霸权时科技水平整体处于劣势,大直径钢制耐压壳体、反应堆制造工艺、机械制造工艺、潜艇控制系统……这些关系到潜艇性能好坏的直接因素全面落后欧美,在技术和工艺短时间没有超越的可能情况下,只能是在局部上有突破才行,才能起到平衡作用。
核潜艇艏部的大型主动声呐基阵。潜艇最后对敌攻击时都有开启主动声呐进行目标最后确认,被动声呐则是一直开启进行水下噪音监听,但是海上的密度是空气的倍,潜艇深潜到米声呐探测能力就会被削减25%左右,如果潜艇下潜到米,“水声探测装备”的能力就会被削减40%能力,如果在~米,大部分的声呐几乎是失效的……所以苏联经过多方面评估后认为,建造潜航更深的潜艇是非常必要的!所以,才使用钛合金制造潜艇的耐压壳体。
表格当中倒数第二个橙色箭头指的,俄罗斯生产的ΠΤ-3B钛合金牌号,就是苏联潜艇耐压壳体所用的钛合金材料,它其实并不神秘,我国和美国都有相应对的钛合金牌号,合金成分除了钛(TI)还有铝(AI)、钼(MO)、锆(ZR)、硅(SI)并不像外界想象的那样复杂,但是一般的冶金设备冶炼不了它,只能是由航空航天真空冶金设备才可以。
从金属冶炼、加工工业角度来看,化学成分越复杂的合金材料在后续的加工过程中会变得越是加工困难,因为大部分的合金材料都需要热处理或者焊接,这两项热加工工艺会出现合金成分热烧损的问题,如果其中的某一个合金成分被烧损低于“成份值”,那么整块材料报废!
所以,需要进行大量后续加工的金属材料合金成分都不能太多,而钛合金的化学成分恰恰很高,特别是焊接过程中合金成分极易烧损和氧化,这就需要在焊接过程中使用大量昂贵的稀有惰性气体,苏联建造“P级核潜艇”时前后耗资20亿卢布(相当于20亿美元)!
而年代初一辆苏联局级领导干部配备的“伏尔加牌”轿车才2万卢布多一点,所以苏联海军管“P级核潜艇”叫“金鱼”。
苏联海军“阿尔法级”小型核潜艇,它苏联真正意义上的钛合金核潜艇,排水量仅3吨,是苏联自动化程度最高的潜艇,不但使用钛合金制造耐压壳体,还使用了“铅铋金属冷却反应堆”,由于航速快(39节)极限潜深米它的出现引起了北约的紧张。
“阿尔法级核潜艇”艇型具有高度的流体力学特征线条非常流畅,大大的减小了水下航行阻力。这也体现了苏联在这方面高深的造诣。
从理论上来说,钛要比钢铁或者铝更适合制造工业品(核潜艇也是工业品),因为它:韧性、抗拉强度、重量轻(钢的四分之一)、耐腐蚀、超低磁型(对于潜艇来说意义非常大,可以躲过磁力探测器材的搜索)都大大超过那两种金属。
钛资源的分布很广、储量是非常丰富的!既然是这样,为何我们身边很少有钛的制品?而且价格较为昂贵?这是因为钛虽然地质储量丰富把它冶炼出来(海绵钛)→合金化→后续的加工…是比较困难的事情,原因是钛很容易被氧化,而自然界当中氧却是无处不在的!这就给钛的冶炼和加工带来了极大的麻烦!生产环节当中稍有不慎就会形成氧化钛,成了无用的东西……这就需要使用大量的真空设备和惰性气体才能避免氧化。
所以,钛虽然储量丰富但是将它变成有用之才是非常费事的,从冶炼开始就需要在真空、脱氧状态下进行,直至生产出来潜艇所需要的板材和型材,到了焊接环节又出现了遇热氧化的问题(遇热后金属晶体的间隙扩大,氧分子迅速侵入而形成氧化)所以需要采用“惰性气体保护焊”才行。
总之,钛合金理论确实是比钢好出很多的材料,问题是加工困难耗时费力,并且价格相对于潜艇用钢来说是非常昂贵的!所以,其它有制造核潜艇的国家都采用HY-80或者HY-/高性能钢制造潜艇的耐压壳体,并且钢冶炼和轧制要比钛合金工艺简单了很多,价格更是便宜了很多。
苏联“麦克级核潜艇”,它是世界上潜深最深的潜艇,可以潜深到水下米!它在年代是世界上最先进的核潜艇,它的出现大大的缩小了与美军核潜艇的差距,也迫使美国研制“海狼级核潜艇”加以应对...很遗憾它在年4月7日的一次事故中沉没了。
美军MK48型反舰/反潜两用鱼雷,最初型号只能打击米水下深度的潜艇,由于苏联钛合金潜艇可以潜深至~米,这对于美国来说是一个不好的信号!如果苏联潜艇在水下米“摸到”美国近海,出其不意的上浮发射核导弹,美国是完全防御不及的,连5分钟的预警时间都没有!
这种形势也迫使美军深度改进MK48鱼雷,使其可以在水下米打击钛合金潜艇……从年代开始到年代这个时期确实是核潜艇和水下兵器大发展、大繁荣时期。
目前世界上除了俄罗斯还有几艘“塞拉Ⅱ”钛合金艇外,其它国家仍然是采用高性能钢来制造核潜艇的耐压壳体!图片上是最后的“金鱼”塞拉级,它目前在“亚森级”数量不多的情况下,与“阿库拉级”核潜艇支撑俄罗斯水下力量的中坚。
“塞拉级”设计中规中矩,长方形的指挥塔与“阿库拉级核潜艇”的流线型指挥塔明显不同。
核潜艇是大型武器平台,它的建造要求各方面性能都要均衡,这样才能使核潜艇的战斗力水平稳步提升,单纯的提高某一性能最终的后果就是潜艇造价异常昂贵,对整体性能提高也不是很大,历史上的苏联建造了十多艘钛合金潜艇,它们总体作能较好,就是数量太少了而且技术不稳定,由于是新生事物,必须要通过建造一个型号积累了经验后,再建造下一个型号的潜艇,新生事物总是有一个再提高的过程,可问题是这要花费巨额资金去投入,苏联在国力不及美国的条件下为了搞军力平衡,将大量的资源用在了潜艇的深潜方面,反而是得不偿失的。作者:皇家橡树