潜艇用钢
潜艇用钢(steel for submarine)是用于建造潜艇耐压壳体的低合金高强度钢。大多数的潜艇通常都具有双壳结构，即外壳和内壳。
潜艇用钢简介
潜艇用钢(steel for submarine)是用于建造潜艇耐压壳体的低合金高强度钢。大多数的潜艇通常都具有双壳结构，即外壳和内壳。外壳主要用于改善潜艇的流线型，减小潜艇航行时的阻力，但不承受任何压力；内壳主要用于承受潜艇在一定深度海水中航行时由水深引起的静压力，因此内壳又称为耐压壳。二者相比，对潜艇耐压壳体的要求更高。潜艇用钢不但要求具有高强度(承受深水的静压力)，而且要求具有高韧性(保证遭受炸弹攻击时的良好抗爆性能)，因此国外也把这类钢称为“强韧钢”。
简史
潜艇用钢的发展与潜艇的发展有密切的关系。潜艇的概念最早出现在美国独立战争时期。1624年，荷兰首先设计并建造了世界上第一艘可供实战使用的潜艇——荷兰号(ss一1)。在第一次世界大战期间，潜艇已开始显示出它的战斗力。在第二次世界大战期间，潜艇充分显示出强大的作战威力，在战争中发挥了重大作用。核动力和导弹核弹在潜艇上的应用，使潜艇的作用进一步提高，已成为一种战略威慑力量。随着潜艇的迅速发展，潜艇用钢也得到了迅速发展。1940年以前，世界上所有的潜艇都是用低碳钢建造的，钢的屈服强度仅为220MPa，潜艇的下潜深度也比较浅。1940～1958年，美国采用屈服强度为340MPa的碳锰系低合金高强度钢HSS(High Strength Steel)建造潜艇，使潜艇的下潜深度增加，可达100～200m，提高了潜艇的隐蔽性。1958年美国开始使用屈服强度为550MPa的铬系火回火的低合金高强度钢HY-80建造潜艇(HY-80是高屈服强度的最小值为80ksi的缩写)。在此钢的基础上，采用热处理方法又发展了HY-100钢，使钢的屈服强度达到690MPa，进一步增加了潜艇的下潜深度，提高了潜艇的技术战术性能。1963年美国又开始研究屈服强度为890MPa的HY-130钢，预计该钢目前已用于潜艇建造。与美国相比，日本潜艇用钢发展较晚，但研制的速度是相当快的。1960年以前，日本建造潜艇主要使用屈服强度为290MPa的NS63钢；1959～1966年日本主要使用屈服强度为450MPa的NS46钢建造潜艇；1967～1977年日本主要使用屈服强度为620MPa的NS63钢建造潜艇；1975年至20世纪末主要使用屈服强度为780MPa的NSS0钢建造潜艇；90年代后，日本在潜艇部分结构上开始使用屈服强度更高的NS110钢建造潜艇，使用范围正在不断扩大。苏联国家潜艇用钢发展也很快，主要使用AK系列钢建造潜艇，如AK-25、AK-27、AK-33、AK-43、AK-44等。
技术要求
由于潜艇是在大深度的海水中航行并进行战斗，服役条件相当苛刻，所以对潜艇用钢要求非常严格，可以说潜艇用钢是低合金高强度钢中性能要求是最严格的一类钢，主要要求有高屈服强度、高韧性和高抗爆性、良好的焊接性、良好的耐海水腐蚀性能和抗低周疲劳性能等。
(1)高屈服强度。为提高潜艇的隐蔽性、安全性和技术战术性能，必须尽可能增加潜艇的下潜深度。一般地说，在海水中深度每增加10m，水的压力就增加一个大气压(10Pa)。所以潜艇下潜深度越大，深水对潜艇耐压壳体的压力也越大。增加耐压壳体钢板的厚度，虽然可承受更大的压力，但这将导致潜艇的重量增加，备用浮力损失，承载能力降低，所以，提高钢的屈服强度是惟一可行的方案。潜艇耐压壳体用钢的屈服强度与潜艇下潜深度有密切的关系。钢的屈服强度越高，耐压壳体重量就越轻，潜艇的承载能力就越大，可下潜的深度就越深，潜艇的隐蔽性就越好，显著提高潜艇的技术潜q’lan战术性能。
(2)高韧性和高抗爆性能。潜艇的工作环境是地球上所有的海洋。海洋的温度是变化的，在两极温度较低，在赤道区较高，温度的波动为-34～49℃，在这个温度范围内，潜艇用钢必须具有良好的韧性；潜艇用钢的韧性要求，比一般的结构钢要严格得多，特别是在潜艇遭受水下爆炸载荷攻击并产生相当大的塑性变形时，也不允许产生脆性破坏，因此还要求有良好的抗爆性能；为保证潜艇的安全可靠性，潜艇用钢的韧脆转变温度还要有55℃以上的韧性储备。以美国潜艇用钢为例，在一84℃的低温下，潜艇用钢的冲击韧性应高于8lJ。
(3)良好的焊接性。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、热影响区与母材要等强等韧，这是一个相当严格的要求。因为焊接过程，是金属重新熔化、重新凝固的过程，它与通过精炼、轧制、热处理等的母材是完全不同的，焊缝获得的是较粗大的铸造组织，而母材是具有良好综合性能的调质组织，二者有较大差异。随着钢强度的提高，碳当量也随之提高，钢的焊接性将变坏。但是要求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。潜艇用钢的焊接性的优劣通常都用碳当量(Ceq)和裂纹敏感系数(PcM)来表示。碳当量Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14；裂纹敏感系数PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。要求潜艇用钢尽量降低碳当量和焊接裂纹敏感系数。
(4)良好的耐海水腐蚀性能。潜艇的工作环境是海洋。海水是一种复杂的多种盐类的平衡溶液，其中含有生物、悬浮泥沙、溶解的气体和腐蚀性有机化合物，因此海水不是简单的盐溶液。海水的平均盐度为干分之三十五，其中百分之九十是氯化物，百分之十是硫酸盐，百分之零点二是碳酸根。要求材料在海水中均匀腐蚀小；在应力集中处，不产生局部腐蚀；在高强度潜艇用钢中不产生应力腐蚀。
(5)抗低周疲劳性能。水下航行的潜艇，除受工作深度所决定的均匀静态外压力外，为适应多变的作战需要，它还要不断地改变航行的深度，经常下潜或上浮，潜艇耐压壳体用钢要承受反复的压力，这种不同深度下航行的潜艇所引起的压力循环，可缩短潜艇耐压壳体用钢的使用寿命。在腐蚀环境下，当应力比较高时，反复应力达到材料屈服点的80％时，要求材料必须具有5000次循环以上的寿命。按潜艇的服役时间为15年计算，要求潜艇用钢的抗低周疲劳周期累计不能少于10000～30000次。
估算方法
常用的军舰用钢量的估算方法有粗估法和统计分析法两大类。粗估法适用于没有可得的钢材消耗依据和统计数据，而是简单的根据研究对象的结构、体积、设计水线等参数特点进行测算，常用的方法包括平方模数法、立方模数法和指数法。
平方模数法假设舰船钢材耗用量与舰船主船体结构面积成比例，主船体结构面积一般用设计水线长、型宽和型深的某种组合来表示。如果用W、L、B、D分别表示钢材耗用量、设计水线长、型宽和型深，估算公式为W=C·L·（aB+bD），a、b为系数，根据船型特征决定，C系数由母型舰船数据倒推得到，随设计水线增长而增大。立方模数法的估算公式为：W=C·L·B·D，C值同样由母型舰船数据倒推得到，不同的是在设计水线长的值较小时，C值可能有随设计水线的增大而减小的趋势。下图为粗估法简介。
参考资料
Mysteel：一文看懂军舰用钢.今日头条.2021-11-25