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吴忍畊:断钨与美国火箭发动机爆炸有怎样的联系?
关键字: 矿物稀土超高强度结构钢【当地时间5月13日,美国公开了对约3000亿美元中国输美商品加征关税的清单,在这份清单公布之前,美国贸易代表莱特希泽曾声称这份清单将面向所有目前还未被加征关税的中国产品。
然而在这份清单中,我们发现,“所有”并不包含稀土、关键矿物等资源。
路透社曾援引咨询企业Adamas Intelligence方面的观点称:“(稀土等)对美国工业和国防至关重要,短期内没有其他供应可以替代。若加征关税,将使美国承受比中国更大的痛苦。”
近日,哈尔滨工业大学教授吴忍畊老师回忆了1978年他带领团队攻关超高强度钢氢脆和应力腐蚀方面的问题,在这次攻关中,他们发现了钨在国防科技中的重要作用。】
【文/观察者网专栏作者 吴忍畊】
1978年,某单位研制新型导弹固体燃料发动机壳体屡遭失败。哈尔滨工业大学派出由力学、焊接、材料和热处理专家组成的团队赴产地协助攻关。在联合攻关的集体中,分工由我承担解决超高强度钢氢脆和应力腐蚀方面的问题。之前,我连这个学术名词还没有听到过,不知道是怎么回事。
钢的氢脆和应力腐蚀课题是当时世界科研热点。这类多学科交错的课题,许多外国学者涉猎此方向,都如入泥坑,不能脱身。面对国防建设的需要,我认真沉思,经过调研,发现大量学术论文都从力学和电化学学科切入,很少有材料学方面的研究报告。半年之后决定勇敢迎战。我和崔忠圻、石宏欢和李仁顺三位青年教师按照扬长避短的方向,发挥材料学科方面的优势,走出了与众不同的路子,解决了许多实际问题。
应力腐蚀开裂是应力和电化学腐蚀共同作用于金属而引起的破坏。应力腐蚀开裂是中碳回火马氏体型超高强度钢的一个重要特性。由于这种破坏经常发生在应力远低于屈服极限,环境可以是很弱性的腐蚀介质,并且断裂之前无塑性变形或其他明显迹象,是核电站安全极重要的考察方面,因而应力腐蚀破断的研究具有十分重要的意义。
接受课题后,我们首先对苏联和美国相关研究领域作考察。苏联和美国在洲际导弹和宇航技术方面并驾齐驱,不相上下。但在低应力断裂力学等学科,苏联却落后于美国约十年之久,这是怎么回事?
仔细想想,问题并不简单……
上世纪五十年代初期,美国北极星导弹固体火箭发动机的壳体在试验发射时,发生了意料不到的惊人爆炸事故。
固体火箭发动机的壳体低应力断裂,以及飞机起落架超高强度钢的低应力断裂等许多故障发生之后,西方学术界迅速发展了断裂力学,几乎同时还发展了高强度钢的应力腐蚀开裂、氢脆延迟断裂等一系列新学科,浩大的研究工作,从理论和实践上探索解决低应力断裂问题。
同一时期内,上述学术领域在苏联却没有动静。几乎十年之后,断裂力学才在苏联科技书藉和期刊中出现,大大落后于美国。
怎样解释苏联运载火箭技术的先进和相应的断裂力学的“落后”?搞清楚这个问题,对于发展我国导弹用钢是十分有意义的,如果我们研究超高强度钢能够跨越诸如低应力破断等一系列技术障碍,就可以节省大量人力、物力和财力,少走弯路,赢得时间,赶上世界先进水平。
随后,我们对37钢和28钢这两种特种钢的应力腐蚀开裂特性进行测试试验对比,以期揭开上述问题的“谜底”。
37钢是中国自行研制的新钢种,用于制造发动机壳体的超高强度钢,其合金化与美国某种导弹用钢很相似。采用此钢种制成的薄壁固体燃料发动机壳体在打压测试过程中,多次发生低应力断裂,成为攻关难题。测试37钢应力腐蚀开裂特性的结果证明,此钢种对水质应力腐蚀开裂十分敏感。
28钢是用于制造另外两种发动机壳体用的超高强度钢,这种钢是仿苏联的钢种。对28钢和37钢进行应力腐蚀开裂特性KIscc(应力腐蚀临界应力强度因子)的测试结果表明,与37钢相比,28钢在几乎相同强度水平条件下,具有更为优异的抵抗低应力断裂的性能,其抗水质应力腐蚀开裂特性KIscc远远高于37钢,分别为126.6kg/mm3/2和54.5kg/mm3/2。
37钢和28钢两个钢种的比对可以看作是美国的和苏联的超高强度钢的比较。比较结果表明,苏联钢种在抗应力腐蚀开裂敏感性方面具有极大的优越性。此钢用于制造高压焊接容器,从来没有发生过低应力爆破。
以上试验结果从一个侧面可以说明,苏联完全可能是由于采用了不易发生低应力断裂的导弹钢体系,从而越过一系列复杂麻烦的技术鸿沟,顺利地发展了他们的火箭运载工具。自然,他们也就没有必要像美国那样在学术领域里进行那么浩大规模的断裂力学研究课题了。
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- 责任编辑:周雪莹
- 最后更新: 2019-06-14 08:31:36
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