& M; t* ~( m5 M/ B; }6 C' O 序言 3 W2 ?' H+ ?: i. |/ B4 s
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。
7 ]+ d% I! b' x5 `7 u B 那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？
2 o6 [2 ]2 g: s4 x5 x 这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。
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: q# x0 h8 d1 D! S 钢铁炼成过程
9 g. u, R. |1 ~' t$ |% z' J 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。
{3 y7 o- J6 J/ S 钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤： 6 k. x' M% k* T8 U7 f; V2 g
首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
. D0 ] M( V" y% p+ |% U5 G _ 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。 : g# x- z& V6 v- g; j9 |1 l- a
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。 2 c: ^6 N R( H+ ]" T
它们具体是做啥工作的呢？
C: s+ c) m5 E8 l* |7 i, u 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。 ; s$ l6 y0 S0 `7 E8 ~
* |! R T, o8 ?8 ~ 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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4 V2 m0 ]5 w6 O( A4 v 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。 ' s, M1 X D7 ~. W4 I, E/ n+ W( c
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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 D [6 ^9 N F2 B4 k; Y- t 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。
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0 F# y% N7 d6 v' T3 t 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。 ) y3 n- D1 J4 z7 N" N# k6 J6 ^+ e
超级钢! B, b8 ^- J( q. k
那超级钢又是什么呢？ 8 C; _- t) V7 U: E6 ~
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。 : i0 F' u4 ? u
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。 % X/ z9 p# r2 T' [" a) ?
) U# ~+ m( b$ B' E 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。 / J" \( i4 c) h' x
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%。 * Y O" J5 ]. c% d( ]$ C. s
2200兆帕是什么概念呢？
' j) {0 K: r: @+ y1 I, y3 v/ 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。
s* h, q- [! L. l( ]# y& W 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。 % B1 C" e$ g! j# ?2 z% F8 r# X
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。 ! q" C0 I# A& E
/ s# x/ @% T0 T3 k$ o/ L3 U 采用高强钢板有啥好处呢？
$ Y+ j% n5 x" K7 y3 h 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。
( J0 g3 L( y6 F* S 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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5 j; {+ y. S' R" [( L 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。 , W% P# O( D! A6 e3 y
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。 ; w+ l7 r/ M3 {6 C3 A2 r- K$ N
/ Y) i- ~" X' @* _3 D 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。 $ ~. K0 q y4 s- f8 ~2 U
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。 p4 t: `( M. l ~7 f
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。
9 W/ q3 n# Y# m: d 国产钢发展
$ c( B2 O% _) s' Y 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。
1 i/ s8 E* `1 L/ ?& {- x0 w& P' [ 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。
: R6 C3 j0 G+ w 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。 9 G) ?4 [& u1 Q4 R8 g 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？ , q& G+ f4 O- L# ^5 D0 P5 U v
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。 ' t2 C2 R( P6 X) @
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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。
: E0 U: E, X) ~* M( y/ p' x3 M 毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
2 K( _7 Z. X9 D 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。
$ m2 \; e/ x, n- x0 S* {/ e' h* E: 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。
0 R7 E9 {, z, b; D% s( j 感悟
* q& i+ V5 g- A& k! ]4 ~ 最后小鲸想说：
9 [& C5 x. F& [5 q1 E) R 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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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。 & K( E9 I) J+ v# `' `$ A
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! # u7 U1 W$ U9 v2 T0 {' w" n6 D$ Y
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。 ' G5 I9 v) b) u# |) V7 \, W
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。
( o! y, o2 u1 n' b0 Z. 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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