: [. J9 f+ Z% y4 M& i Z& e, O 序言 h+ I6 h' o2 Z1 ^% V3 @. o
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。 & |) |) q# X/ b# Z, }& B
那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？ 5 y }0 X% q- U
这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。
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3 V5 t+ @1 S* G6 t! Z 钢铁炼成过程
' e8 V; Z/ o- h( I! a+ Y$ j W1 K1 S 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。 # b# S9 d7 n; n. z* P( e9 O+ H
钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤： $ ~1 q! I( P5 O; e5 ]9 s
首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
$ [+ H0 o( a+ Q& n 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。
- j7 N( l% Y' j% J/ ? 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。
; Z0 x5 }2 J4 D! m" P 它们具体是做啥工作的呢？
1 t' a6 o* j* W$ K4 [2 c- [ 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。 4 O6 B* D/ J6 E; h$ K5 C( X
* O( s) W- _- m" ^+ r' [7 a8 } W3 z 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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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。 9 O) D3 ?1 V' `. a* C4 ?
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5 D* P% _; h T: f0 \+ H7 ^ 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。 + I) Q+ P- P. k) g
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。 ; l/ [9 o3 f. ?, z+ ?3 N
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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。
6 |" D; M1 {- o0 V& t 超级钢
2 m7 r. n: G0 Y7 w1 v- C M, |2 J6 Q 那超级钢又是什么呢？
/ s8 S `# g- @, c: n 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。
2 C" B3 T0 j( e1 r 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。 : Y0 `' l! k- y9 ]: I0 V7 G
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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。 3 M0 s& `% t" {! _5 y) }- m
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%。 1 F0 M# ^% [$ H0 U M
2200兆帕是什么概念呢？
% b& K8 y* u" ~1 | 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。
+ X! q0 _$ U! Y 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。
# Q4 _. q2 y+ f+ t- Y 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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2 H( ]' s0 h. ^$ A 采用高强钢板有啥好处呢？ 3 o% H8 n, ~" V/ u C
简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。 5 S( E' |: Q/ {8 ?$ |5 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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; I. V5 a4 J6 \6 n) F 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。
5 J3 ~- U6 {3 N5 H 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。 7 e R8 Y8 h6 Z$ K% ?, |* V f
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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。
/ t4 B3 y, p* x6 y, `, s 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。 % m& D, j4 b" u; k
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。
3 S0 F, ^2 J+ K# |/ f- t 国产钢发展
6 ?$ X' q/ E. s0 c1 G1 l 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。 ' h3 ]& [; v( E2 j
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。
- [* W" p, e; ^4 P# [ 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。 - [7 U6 Q) n L6 v a1 s
+ |: Q, I, B1 p2 p. N9 H 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 l' ~( I- N W. u 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。
8 M3 o0 d# Y& O+ p% }$ M( D) C 毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！ 9 l$ y6 o6 C/ N% Q: K4 Y% \3 I
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。
5 q, |6 w& B m+ k- Q 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。 $ A+ N2 ?: z/ l: \3 y
感悟
/ ?4 S# J! V' @% _0 j- e 最后小鲸想说：
& X( m* Y8 j1 ^% ]9 r5 v$ i 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。 4 Z+ H3 B* G1 S2 x* ^: W, E, _
9 v9 A/ t9 `' A% T! ` 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。 : R( S O) m/ f- Y6 H7 r0 p' I
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!
5 l B5 x: m' t$ a& [5 D i: E 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 ]$ q: p. Z0 } 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。 * U7 H4 i+ @8 O7 p. m- d" m: h8 t
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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。 , Z, ~1 o. k0 U
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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