不锈钢螺旋浆的发展现状及其前景
摘要：不锈钢螺旋桨是大型船舶及高速快艇的主要推进部件之一。文中与铜基合金螺旋桨材料对比，介绍了国外不锈钢螺旋桨材料的发展及国内的研制现状。
关键词：螺旋桨 不锈钢 大型舰艇 高速快艇 污染海水
1 引言
螺旋桨是舰艇的主要推进部件，它的适用
性、安全可靠性及耐久性与材料密切相关。使用螺旋桨作为舰艇推进器已有160多年的历史。在这
期间，螺旋桨材料经历了铸铁、普通铸钢、普通黄铜、高强度黄铜、镍铝青铜等不同发展阶段，
它标志着螺旋桨材料的种类从单一性向多元性变化，材料的性能从低级发展到高级，特别是镍铝
青铜一直是舰艇螺旋桨的主要材料。但是随着舰艇大型化和高速化的发展，螺旋桨承受的载荷更
加繁重，另外，由于水域环境的污染，使螺旋桨受到的腐蚀力度加剧。这些因素导致现有材料如
镍铝青铜等的潜在缺点，如强度低(<650MPa)、脱成分腐蚀等明显暴露出来，这就促使人们寻找
更好的螺旋桨材料。不锈钢螺旋桨就是较优越的推进器材料。
2 螺旋桨材料的要求
螺旋桨材料要求的性能如下：
①耐空泡腐蚀性能良好；
②耐海水腐蚀疲劳强度高；
③难以产生电化学腐蚀；
④易于发现裂纹并容易修补（焊补）；
⑤铸造性能和加工性能良好；
⑥价廉。
归根结底，对于螺旋桨材料，特别是大型高
速船舶，所存在的问题是在缓慢冷却的条件下，怎样制造出具有很高硬度和高腐蚀疲劳强度的材
料。其理论依据是：
①表面硬度高，耐空泡腐蚀性能好这已成定
论。所以要求材料有高的抗拉强度和硬度。
②抗拉强度高，疲劳强度不一定高，这与晶
界析出相有关。而耐腐蚀性能好，腐蚀疲劳强度也好，因为，腐蚀疲劳是二者共同作用的结果。
3 国外不锈钢螺旋桨材料的发展
3.1 国外不锈钢螺旋桨材料概况
迄今为止，螺旋桨材料可归结为四类：铜基
合金螺旋桨、钛合金螺旋桨、增强塑料螺旋桨和不锈钢螺旋桨。在第二次世界大战前，船舶螺旋
桨主要是铜基合金，可以说发展历史悠久，材料的成分、性能及工艺成熟，使用经验丰富。但
是，随着船舶大型化、高速化发展和污染海水腐蚀力度的加剧，铜基合金螺旋桨的潜在缺点明显
地暴露出来，具体表现是：
①抗拉强度较低，最高也不会超过800MPa；
②存在脱成分(脱锌、脱铝)腐蚀；
③产生应力腐蚀；
④在高流速下(2m/s)耐冲刷腐蚀性能差；
⑤不耐污染海水腐蚀。
面对上述问题，国外开展了大型高速船舶不
锈钢螺旋桨材料的研究，并收到了良好的效果。据不完全统计，目前世界上有美、苏、日、德、
法、瑞典等近20多个国家已采用不锈钢作为螺旋桨材料，化学成分示于表1。从组织来看，它们分别属于奥氏体(A)、马氏体(M)、双相(A+F)和沉淀
硬化(PH)不锈钢。由表2可以看出,除奥氏体类型之外，大部分
不锈钢螺旋桨材料强度均高于传统的铜基合金螺旋桨，同时兼有良好的塑性和韧性；不锈钢螺旋
桨材料的耐海水腐蚀疲劳性能也均明显优于铜基合金。
表1 不锈钢螺旋桨材料的化学成分/%
※ (
)中数值为QK值，单位为J/cm2 ※※
N=2×107 单位为kg/mm2
表2 不锈钢螺旋桨材料的力学性能和耐海水腐蚀疲劳性能
3.2 MFC不锈钢螺旋桨材料
由表2可知：MFC不锈钢螺旋桨材料的冲击
韧性和耐海水腐蚀疲劳强度皆优于铜基合金螺旋桨材料,在海洋环境中MFC的抗侵蚀性(0.
001mm/a)明显高于镍铝青铜（0.437mm/a）。用MFC不锈钢材料制造小型艇螺旋桨运行3年未发现问题。1972年用MFC制造的螺旋桨最大直径为2150mm。
3.3 MSS、Silicolloy
、KS2和MCRS不锈钢螺旋桨材料
日本在70年代就开始了高强度不锈钢螺旋桨
材料的研究。相继开发了MSS、Silicolloy、KS2和MCRS不锈钢螺旋桨。由表2可以看出：MSS铸造
马氏体时效不锈钢具有优良的强度和耐蚀性，特别是腐蚀疲劳强度明显地超过铜基合金。日本关
西大学创制的高硅不锈钢(Silicolloy)经1050℃固溶处理后为A+F双相组
织,其性能在表2中列出。用其制造高速艇螺旋桨，使用约1年后检查,没有发
现损伤、腐蚀、空泡腐蚀（溃蚀）等现象。本螺旋桨以耐溃蚀而著称。
KS2是日本神户开发成功的不锈钢螺旋桨材料,
强度高，耐空泡腐蚀性能好，特别是耐海水腐蚀疲劳强度高(26kg/mm
2)。1979年来中国(天津)展出，受到与会者好评。
日本开发的MCRS不锈钢螺旋桨材料，最低
强度不低于882MPa，耐海水腐蚀疲劳强度高达28～30kg/mm
2，冲击韧性最高可达90J，上述这些性能均优于镍铝青铜螺旋桨材料。从1988年4月
起，MCRS不锈钢螺旋桨在十几艘几十万吨级大油船上使用。其中包括用它制造了直径为
11m的大型螺旋桨，在一艘超级油船“日石丸”号上使用。其结果表明：
MCRS不锈钢用作螺旋桨材料没有出现腐蚀和开裂等问题，而且①由于耐海水
腐蚀的疲劳性能好，螺旋桨可以减薄，并提高其效率，从而可减少船舶运输费用；②由于螺旋桨
轻型，改善了大型船舶尾轴支撑；③由于冲击韧性较高，作为破冰舰船、破冰
LNG船等航行在冰海区域的舰船螺旋桨，比传统的铜基合金优越，
有提高安全性的效果。
3.4 SS2324和SAF2507不锈钢螺旋桨材料
瑞典开发研制了高速快艇用螺旋桨材料SS2324,
其强度和硬度明显高于铜基合金螺旋桨材料。用它制造的快艇螺旋桨，运行寿命可达3000h，而国
内快艇用铜基合金螺旋桨其寿命约为200～500h。
另外，在瑞典研制开发了超级双相不锈钢
SAF2507，该钢强度550MPa、延伸率25%、硬度290HB，以良好的耐蚀性、锻造性和可焊性而著称,在氯化物中耐点蚀、缝隙腐蚀和应力
腐蚀开裂性能优良,已用于制造航速达90节的双体船的螺旋桨(直径2m),该船可载700名乘客和50辆汽车。
3.5 Arclok1000高强超韧马氏体不锈钢螺旋桨材料
芬兰lokoMo钢公司开发了Arclok1000高强超
韧马氏体不锈钢。在成分稍加改进以及与其热处理相配合的条件下，获得了足够多的马氏体，其
屈服强度高达950MPa,硬度330～380HB。该钢的碳含量<0.04%，并且获得低气体含量和好的洁净
度的Vacu10ks处理，确保了它的高韧性和焊接性。它比通常的马氏体不锈钢抗溶液腐蚀性能要
高3倍，它重量较轻，耐海水腐蚀疲劳强度高，主要用于铸造螺旋桨，特别适用于北海水域。
总之，国外开发的不锈钢螺旋桨材料很多。
如美国很久以前就开始了不锈钢螺旋桨材料的研究工作，现在已有CF-8、CA15、CA6NM、
CA15NM、CB-7Cr-1、20Cr-8Ni-3.5Mo等材料用于船舶螺旋桨；前苏联开发了08X14HДП、
0X17HДП、0X17H3Г4ДП和08X15H4Г4ДП不锈钢螺旋桨材料。在其船舶中45%的螺旋桨是用
不锈钢制造的；西德开发了Cr13Ni1、Cr13Ni3、Cr13Ni6、
Cr17Ni4、Cr28Ni8和Cr18Ni8的不锈钢螺旋桨材料，德国舒尔茨公司是专门生产螺旋桨
的厂家，在其生产的军品中,有80%螺旋桨是由不锈钢制造的；法国开发了Cr13、Cr21Ni8Mo3Cu5
不锈钢螺旋桨材料，设计最大螺旋桨直径14m,已建造直径11m等等。在解决大型舰艇和高速快艇螺
旋桨方面已占主导地位，起到了卓有成效的作用。
4 我国不锈钢螺旋桨材料现状
随着舰船主机功率的提高和舰船大型化、高
速化的发展，国外对铜基合金螺旋桨断裂事故的报导增多了。统计分析表明：腐蚀疲劳断裂是最
常见的断裂形式，约占断裂总数的90%以上。因此,只有开发高强度耐腐蚀的不锈钢螺旋桨材料，
才能满足大型舰船及高速快艇对螺旋桨的安全使用提出的较高要求。
我国不锈钢螺旋桨的开发还处于刚刚起步阶段。主要分两步：
①高速快艇用不锈钢螺旋桨的开发；
②大型船舶用不锈钢螺旋桨的开发。
4.1 内河和海水环境下高速快艇用不锈钢螺旋桨
4.1.1 13-5马氏体不锈钢螺旋桨
目前，我国高速快艇用不锈钢螺旋桨材料的
研究成果集中表现在对13-5马氏体不锈钢螺旋桨的研究上，主要对象是针对泥沙多、又有污染的
内河水域或海洋的高速快艇。其特点是：
①强度高、比重小、弹性模量大；
②耐蚀性，耐空泡腐
蚀性能好，耐腐蚀疲劳强度高，无脱成分腐蚀；
③抗泥沙等磨损性能好；
④低温刚性高；
⑤焊补
工艺性能好；
研究结果如表3所示。所有性能除延伸率外
全部超过铜基合金，尤其是耐空泡腐蚀和耐腐蚀疲劳强度性能明显优于铜基合金。
表3 13-5马氏体不锈钢螺旋桨的性能
4.1.2 高速快艇不锈钢螺旋桨运行情况
13-5马氏体不锈钢在高速快艇上用作不锈钢
螺旋桨，装艇运行两年后，检查发现情况良好，未出现任何问题。
4.2 不锈钢侧推螺旋桨
1983年，某公司与瑞典RAMEWA公司签订可调距侧推螺旋桨引进协议。开始对某船建造侧
推调距桨。功率为110～260kW和370～590kW，马力为150～350HP和500～800HP。1982年洛阳船
舶材料研究所为该侧推桨提供圆环和衬套。可调距侧推桨于1989年投入运行，运行状况良好。
4.3 机械加工与手工打磨工艺
4.3.1 机械加工工艺
13-5马氏体不锈钢螺旋桨的机加工(桨毂断面
和轴孔)性能良好，不存在像其他奥氏体不锈钢那样的粘刀和加工硬化问题。加工工艺与铜基合金桨相同。
4.3.2 手工打磨工艺
因不锈钢桨是由13-5马氏体不锈钢制造，所
以螺旋桨的强度和硬度较高，打磨比较困难。为此，采用下列对策：①尽量提高铸件精度,减少加
工余量。②改进手工打磨工具,用电动铣刀、风动铣刀、风动臂铲和风动砂轮进行打磨。实践证
明，铣刀的切削线速度以15～20m/s为宜。风动砂轮用于精磨，用现有的打磨工具和方法可以完
成不锈钢桨的表面打磨，只是速度更慢，成本较高。这是一个悬而未决的问题，有待于将来去研
究，去解决。
总之，中国与世界其他国家相比，不论是在
数量上还是在质量上以及应用上都有相当的距离。但是应当看到国内一些科研单位、大专院校
和公司联合，对不锈钢螺旋桨进行了调查、论证和研制。如钢铁研究总院研究出了σ
b≥1225MPa,δ5≥15%，Ak室温
>58J的高强度铸造不锈钢螺旋桨。这些单位虽然起步较晚，但他们有长期从事
材料研究的基础，正是这一点代表了我国不锈钢螺旋桨材料发展的方向。
5 结论
在世界范围内不锈钢螺旋桨已成为主要推进
器部件之一。主要环境是高流速(>2m/s)和污染海水。使用对象是：
①大型化、高速化船舶。铜基合金螺旋桨在
高速快艇上的使用寿命约为200～500h,不锈钢用于高速快艇的使用寿命可达3000h。
②国外大于50
节的快艇均使用不锈钢和耐蚀合金。③不锈钢螺旋桨是为满足特殊需要开发的，而不存在有我
(不锈钢)没有你(铜基合金)的问题。
使用不锈钢螺旋桨有如下优点：
①强度高，
因此可使重量减轻；
②在>2m/s的高流速下、在污染的海水中耐空泡腐蚀及腐蚀疲劳性能优良；
③由于强度高→叶片厚度减满、桨叶数目增多→减少振动损伤；
④通过焊接建造，容易实现大型
化；
⑤增加推进效率；
⑥寿命增加。
中国的不锈钢螺旋桨技术与世界其他国家相比，虽然差距是明显
的，但是，前景是广阔的，美好的。
——(中国特钢协不锈分会《不锈》杂志)
