9 }" W/ K3 ^: ~' T) H5 \ 序言 # ]6 P" Z; e- T& ^
之前有消息说，中国现在已经能制造出来，屈服强度为2200兆帕的超级钢。
" D$ B" C0 c' ]' I 那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？ ' M3 K) G, u- W
这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。
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2 X; l: u7 ]6 K& k- D 钢铁炼成过程1 a& R$ A7 [+ @. M& F! i* t/ c% r, E1 G
首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。
1 W6 x- \3 n& n2 S. t$ S% w 钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤：
* v. T; D. I6 ^+ w- j 首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
0 D4 h7 I6 |: l$ e) j* Y- k 但是由于国产铁矿石品位低等原因，用大白话说，就是我们铁矿资源虽然大，但是富矿资源少。所以，中国铁矿石长期依赖进口。 * K/ e% k4 D# y
原材料有了，那么就可以开始生产了，这其中主要经过四道工序，分别是烧结、炼铁、炼钢、轧钢。 3 L. ]9 I7 M, y- U/ C8 m
它们具体是做啥工作的呢？ 8 g6 B# T, u* K% Z* s+ f; F
我们把铁矿石配入适量的燃料和助溶剂，加入适量的水，然后经过一系列的物理化学反应，变成烧结矿和焦炭，这个过程就是烧结。 1 @( X$ O4 M3 y/ _( T/ q( d
: D5 i4 p' V/ H9 d$ `2 o g 然后把它们放在高炉里面进行化学反应进行炼铁，使它们变成铁水。铁水出来以后，经过转炉的冶炼、吹氧、去碳、降碳等操作。
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" X* B1 n9 d2 D) g- p7 T U9 a, M5 B 使碳达到一定的程度，再经过精炼，把成分进行调整，变成了钢。钢水又经过连铸以后变成钢坯，钢坯又经过热轧变成热轧产品，热轧产品又经过冷轧，变成冷轧产品。 * `3 @* g, J6 p7 F
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这时候得到的钢还是半成品，必须通过轧钢操作，才能变成合格的钢铁产品，而这就需要轧钢机。 ( \! A4 S5 S5 C. K* t$ {, h
就像咱制作面条使用的擀面杖，面团要不断进行挤压这样才会越来越薄，轧钢机也是同样的道理。 9 i7 D; s2 U$ l) d
7 q- h, L+ E- c! ~+ X5 \ 它的目的与其他压力加工一样，一方面是为了得到需要的形状，比如钢板，带钢，线材以及各种型钢等。另一方面是为了改善钢的内部质量，比如我们常见的汽车版，桥梁钢、锅炉钢等等。
* f9 c6 F* }% [& G 超级钢
9 ^! A' D/ l2 c. u 那超级钢又是什么呢？
$ o8 z4 {: g, ?: u4 X% b f" D 它是使用五倍以上的压力进行压轧，然后迅速冷却、控制温度才能制成。 + y8 T0 R6 y8 F, U* n& M
这种钢的结构组织非常细腻，仅有1微米，是一般钢铁的1/10到1/20，但是强度超高，韧性十足。 8 s0 D3 |7 H1 [/ S5 a1 K! ~
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说起来简单，做起来难，其中研制辛苦绝不是几句话能说出的。 , g. r) M; [6 v2 ?& p0 s" J
中国现在生产的超级钢，强度高达2200兆帕，超越美德日等国的1100兆帕，性能直接提升了200%。 * Z$ K; u) t: B8 _( _3 E3 U
2200兆帕是什么概念呢？ 7 y. A& r7 v v7 N8 ]
1兆帕相当于你的大拇指指甲盖上顶了10公斤的重物，所以2200兆帕就相当于是22吨的重物。如果按照一头8吨重的大象来计算，也就是可以放上将近三头大象。 & p+ j( b# ?- U* y) r" B
并且它的性能超过钛合金，应用领域也比钛合金广泛的多，同时成本也要低得多。
- Z+ N5 r$ i2 t# e, a8 S 就比如说航母建造所使用的特种钢，它所要求的强度要远远高于普通军用船舶的钢强度要求。
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采用高强钢板有啥好处呢？
1 |0 X. n) Y! O5 o3 F6 T" v( F5 @ 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。
' J, s9 V; c% y* @5 P 特别是飞行甲板的钢材要求极高，不仅要能够承载20到30吨舰载机起飞和降落的沉重冲击，还要承受喷气式飞机高达几千度火舌的烘烤。 5 w& b" F1 `2 l0 U. [
6 S8 J+ z+ g; ^" @; j0 w 如果钢材不过关，舰载机着舰时就可能通过阻拦索把甲板掀起来。还有就是飞行甲板的厚度也不能太厚，太厚会影响飞机升降的质量。 & @( o' U% P# E! s& _
更重要的是，飞行甲板的钢板面要越大越好，同时尽量减少焊缝。因为焊接的次数越多，在面对战机的强力冲击时就越容易出现质量问题，比如开裂、断裂等严重事故。
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: `* t* i7 A7 r: n3 i* X 因此，飞行甲板一般采用的是高强度钛合金钢，并且钢材的屈服强度一般要达到800兆帕。 : q" V( {2 O" z8 @8 m+ i
而如果使用2200兆帕的超级钢呢，那就意味着能搭载更多的舰载机，航母的能力也就越大。 ; u( O$ `; r( w4 S' @5 u: j
毫不夸张的说，目前2200兆帕的超级钢只有中国才能生产，日本都还在实验室研制之中。 : {) F" _0 r/ u- L" k2 [, c
国产钢发展
) S: T5 J4 Q! h- w 对于工业领域来说，再好的创意，再牛的设计，到了制造阶段，都逃不过工艺和材料。 . R! r" W0 R) C) d% z
而作为工业最基础的材料-钢铁，它是应用最广的，涉及面积最大的重点材料。比如说高铁、汽车、建筑、桥梁，还有很多大国重器，比如航母、核潜艇等等。 8 C1 Y# I: f) `1 f/ u' N7 S) c% r
就比如在2020年11月10日，中国研发的万米载人潜水器-"奋斗者号"，在马里亚纳海沟成功下潜突破1万米达到10909米，创造了中国乃至全世界载人深潜的新纪录。
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$ ]3 z6 j2 ^/ h: t+ x+ f 它使用就是中国自主研发的高强度钛合金钢，足以应对深海的高压和冲击，这种钢的屈服强度是多少呢？
9 G8 z( Z+ }* g 小鲸我这里没有查到具体值，但是可以与之前下潜7000多米的蛟龙号来推算下。 ; H7 ~1 y$ b, k+ W2 s8 \) V: s
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根据此前中国船舶七二五所的一篇论文，用于蛟龙号球舱的钛合金屈服强度达到了820兆帕，那么实现万米深潜的奋斗者号，肯定要比这个值大。
& E! G) i6 Q" ^$ G/ {+ O e( i 毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
7 M- P/ N4 e! O4 ?# Z3 t 而特种钢就是钢铁领域的核心科技，在这个领域我们也已经取得了很大的进展了，其中2200兆帕超级钢更是一举领先世界。
H) ~# a. G+ i! X4 ], x 它的出现不仅每年可以节省大量开支，除此之外它的重量比普通的钢材还要轻30%，不仅在工业领域至关重要，还在军事领域中算的上是战略级的材料。 ' \" o, k: h4 z7 S# c$ d
感悟; u) F% Q3 ^$ \% q7 B2 x$ q
最后小鲸想说：
$ m+ w# ]( A, \% b) Y+ a 1891年1893年，两广总督张之洞在汉阳创办了汉阳钢铁厂，其制造的钢铁质量过硬流传至今，被西方人视为东方巨人觉醒的标志。 , N, _4 v I) }
' C) w. U" @% a 1937年中日战争全面爆发，日本当年的钢产量是580万吨，而中国只有4万吨，对，连人家的零头都不够。 % t9 n$ d7 p _: H v
战争时期钢产量是体验一个国家军事实力的硬标准，可想而知，14年的抗日战争，工业化日本跟农业化中国，我们付出了多大的代价! 9 Z. H7 t8 r. c: i' ^
1949年，旧中国总生产760万吨钢，其中600万吨是日本侵占我国期间，在中国土地上建造的工厂生产的。 2 C, A) U1 x( C. H5 ^
而如今，2020年中国粗钢产量预计首次突破10亿吨，可以说中国现在已经是钢铁产量的超级大国。
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如果再加上高科技的加持，那在这个最为重要的工业材料领域，独步全球也是自然而然的事情。
- R. }0 a/ m1 V 小鲸不吹不黑，总结来说，中国材料落后还是普通存在的现象，但在很多领域，我们真的进步了很多，个别领域也值得全世界为我们点赞。 3 G8 c3 t+ F+ w
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