随着马斯克在2018年底至2019年初全面采用300系列不锈钢作为星舰及超重型助推器的主要结构材料,不锈钢火箭制造方案引发广泛关注。马斯克最初选择301不锈钢,因其耐腐蚀性强且成本低于碳纤维。2020年3月,他进一步说明部分部件将采用304L不锈钢以提升低温韧性。目前星舰已完成9次飞行,中国多家企业也开启了不锈钢火箭的研发探索。
成本控制是关键因素。碳纤维复合材料每公斤成本超过135美元,加上损耗后高达200美元,而301不锈钢薄板成本仅每公斤3美元。在性能方面,不锈钢熔点达1398-1454℃,显著优于碳纤维的耐高温能力。星舰再入大气层时表面温度可达1470℃,不锈钢材料能有效应对。此外,不锈钢在低温下强度提升50%,延展性增加12-18%,综合性能超越铝锂合金。
北京箭元科技2019年率先推出"不锈钢箭体+液氧甲烷"方案,其元行者一号火箭直径4.2米,2023年成功完成全尺寸不锈钢火箭静态点火试验。蓝箭航天2023年公布的朱雀三号采用S301不锈钢制造4.5米直径贮箱。北京宇石空间作为新入局企业,推出"不锈钢箭体+筷子捕获臂回收"方案的AS-1号火箭。
光年探索通过冷作硬化工艺将不锈钢强度提升至712.5兆帕,2024年研制出壁厚仅1.52毫米的3.8米直径贮箱。寰宇航天(青岛)2025年攻克不锈钢钣金成形与焊接关键技术,完成4.2米直径薄壁贮箱研制。
不锈钢密度(7.8g/cm³)显著高于碳纤维(1.6g/cm³)和铝锂合金(2.6g/cm³),增加箭体干重并压缩有效载荷。解决该问题依赖高性能发动机,如SpaceX的猛禽2发动机提供230吨推力,可弥补重量损失。
301不锈钢通过冷加工硬化抗拉强度可达1500MPa,适用于高强度场景。304/304L占国内消费总量50%以上,其中304L因低碳特性(≤0.03%)具备更优焊接性能。316L添加2-3%钼元素,显著提升耐氯离子腐蚀能力,但成本较高。
中国宝武集团具备年产80万吨冷轧不锈钢能力,在316L核电级不锈钢领域领先。太钢专注军工航天级材料,其301不锈钢广泛应用于航空航天部件。鞍钢联众在超低碳不锈钢领域具有技术优势。
青山控股通过短流程工艺降低316L生产成本。张家港浦项实现全流程智能化生产,冷轧精度达镜面级别。深圳博晟与长城不锈钢作为区域龙头,提供快速响应的材料供应服务。
冷轧工艺用于薄壁板件生产,需符合GB/T 3280-2015标准;热轧工艺需严格控制马氏体含量以保障低温性能。焊接采用TIG、MIG等工艺,使用较小电流(普通碳钢的80%)和窄焊缝设计,防止碳化物析出并降低热裂纹风险。