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序言 6 q& C2 }. |( |: h
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。
- \+ r7 t) P$ a 那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？
9 [# ]1 |* `/ }; A 这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。
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钢铁炼成过程
7 j3 P* A* P1 ^9 i 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。 * q! n) c1 D! C) Z, e; L
钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤： 2 s/ y/ @( w6 `9 w
首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
/ C: p+ U& u/ C- ~, r' u& a$ y# b 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。
' x0 C% p+ ?: D1 h 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。
& X( |2 ^+ ^. v 它们具体是做啥工作的呢？
% d3 W, g6 }% x% w3 {3 Y1 T 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。 - c, t% s0 g( p6 ]9 |0 l
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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。 ( Y( C+ O$ A6 ]# {4 t& a \
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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。 ' u r% y- ~' ]8 Y
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4 D6 M! f( N, |: D `( W3 Y3 ?5 Q 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。
+ v' L0 P) f" \ 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。
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9 u" k5 B7 j2 l! Z; C2 `& j 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。
! T6 b" ?5 ]# j* E% x 超级钢( l) B/ q( P% x+ x
那超级钢又是什么呢？
: k* x7 o y# }. q+ J1 i+ _ 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。
) g. Z) ]6 F7 x) I( Q 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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+ x+ C7 F5 q/ D 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。 0 p6 l9 B) b* w. v. H. _" R, d
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%。 0 e1 p6 c6 D* h! X
2200兆帕是什么概念呢？
' n& o4 P9 ?& i1 L2 V 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。
+ W8 y( e% Z+ r* K 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。
* i. a2 {! ^% ]& i9 U 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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/ @! \' N0 m2 o3 n/ \2 t0 ? 采用高强钢板有啥好处呢？ " R' C3 P$ F; j I/ B$ |% Z
简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。
( C5 f: Z; g! x 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。 7 K8 B* k0 c2 m0 H3 f( R
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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。 o* k& f: R! k/ \7 j) D7 {9 T
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。 ; Z" F: b9 h. C( F5 t9 w
' S6 k; K: F. k; W( \/ 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。 4 k* g \* M! l, r6 a# ^$ o
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。
8 h- E% G8 V8 m* X 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/ X2 W) m! K$ N% b, o 国产钢发展
2 A9 u9 R6 N, Q: q8 R 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。 ! d2 |" ?3 c( ?$ Y
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。
+ }- g3 u# _' `5 ^ 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。 " J- ?- v! [( [$ x/ z) P3 j9 H
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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 S! D6 P' v* ~ q 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。
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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。 % t- j1 t2 ~7 T) u2 b7 t
毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
0 _8 p8 ^% s1 D5 x0 k! I7 }9 f 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。
m$ x$ e) O0 p2 V 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。 & p5 Y) V$ |" o' Q! s4 V* j
感悟1 K7 o! E# ^; _$ l( n/ P& J
最后小鲸想说：
5 W# C: e. ]/ o( Y 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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4 s2 o! V3 S2 y' ]9 f% b3 ~% q& I 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。 ) f7 e/ t. v( T
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! , b: L! f3 R5 e6 ]3 V" @
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。
7 @" q$ c' f# [5 a/ k F, x1 | 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。 . V: |) S; Z# d
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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。 ( U1 V' g) T6 U4 L+ a
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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