/ [) I1 X! f6 l1 n8 ~, }$ ^$ M 序言 5 g5 E7 ~5 t8 V3 t. o1 f% K3 q( t& y
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。
% Z. |; _6 ^9 @: p, k, m7 b; t 那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？
4 V2 O2 m% e3 }5 K' s/ e0 D 这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。
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- L. {" `* z7 d! x# `8 a& F6 T9 J 钢铁炼成过程1 a* R- F. a" t
首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。
( u# [; A- P2 C9 M 钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤：
* o5 ]* _! b# D) C$ m- O 首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。 5 u! Y' N$ O" E2 M" P
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。 - }4 t0 `/ Z: s$ 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。 $ Q2 g: s! S" K# p+ l9 h$ Q
它们具体是做啥工作的呢？
1 j8 k8 v9 Z5 ^* Z" R* K 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。 : c7 n9 e- V$ ?% e( j( c
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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。 ) P+ F1 M: p1 {% z. k+ g
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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。
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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。 1 c, J- L" E3 V( @8 l; M' K8 X% a8 E B# D
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。 ( l1 y1 }( F& x! {2 Q2 ^6 I' c
6 i( V0 B" h- D) L: }- C! W; B 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。 $ {3 ~9 r. H) ~& z5 X
超级钢
/ ?8 F/ ?) X5 O; O8 S1 p, V 那超级钢又是什么呢？ 9 C: F8 G" a" X; \
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。 # P+ ]( Q: e7 Y
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。
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" J" X# o, [6 e9 N0 T# W9 }$ x 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。 & i' x7 ~: X: K, G2 x7 R4 R) i) q! C
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%。
& A) _# |6 e2 k. i 2200兆帕是什么概念呢？
# H Q; @( t: [8 w 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。
. a2 r$ R7 C. L8 B+ J 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。 4 I0 [4 x1 k: O1 v5 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。 # o% U. N; s5 n( k
; M( n# U; H- n; @ 采用高强钢板有啥好处呢？
: T; f7 X& K" z; J) T B 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。 $ ^, b) }1 L; f0 h! W0 d5 Q
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。
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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。
6 A$ N! X6 u7 s8 x- X# v' Q 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。 , i) b# F/ [/ E. J
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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。
9 Q; P- n0 R9 P, q/ V8 x$ f! ^: _ 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。 6 L4 P$ t* I% a3 b- X2 c
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。 & B3 `: ^4 Q+ J
国产钢发展
$ X/ t" e; C, l% p- w4 T( T 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。
# k8 y& X5 l2 p5 U8 C. I" f 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。 - P! F* z2 y5 T& z$ }" U9 Q# o' H
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。 + \8 P* a% ]4 U0 [
6 F; _) Q' f, m0 R. { 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？ 6 f- Z" ?$ C- d: b% Z' k" ?
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。 : f2 ^, r( i6 I" v- |2 s# e) i
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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。 & s, {) S* A+ o' m6 m
毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
8 j/ ?/ m1 f# @+ M 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。
3 F% U# J6 m5 Z0 \& [. [0 G1 Z 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。 7 k; t. R& Y0 y7 ~- Y$ T4 i
感悟
T2 ~) A! K! }- b4 U7 t( H 最后小鲸想说：
& a- ]. w0 F2 j 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。
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; u/ z' d4 [, t1 y4 }& g7 E 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。
' o( G2 ^) L% z8 X! Y. I# b 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!
; Y7 L1 H0 ~% g9 `4 n 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。 - m3 P4 ^ l: x, W; N
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。
& c% o" k. S! a1 V: {) z 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。
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