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序言 ! Q; N4 x# c+ K% k0 N! R! J" o, J
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。 4 J& X/ D3 ?! q" ]# Z1 H
那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？ 6 D: O% \5 l% d' o( J; q
这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。 9 l& O: ~& n% i; y" F( Y# x3 B. M1 y
+ x, o5 D# c- I% ? M/ ~ 钢铁炼成过程
4 }2 E* ?& T; m3 _ 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。 & Q2 D1 P v, H- I
钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤： : h* q! r5 m. x3 }* I( B
首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。 $ J% d) N' ]" r- h) z) d& Q( e3 }
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。
. t7 J! t) X. E" c* 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。
$ u# R6 n* ?6 h$ k8 D) C) K 它们具体是做啥工作的呢？
/ J! s. j6 @! V. w5 [% A 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 b+ C0 a# w! y" |8 P$ `5 Z
/ A: `6 f! `2 n! u 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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& R7 L( ^7 ?9 I; Q1 d8 E. v8 ^ ~$ {) E 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。 : I* ?% k( g4 M( h$ ~/ J K# b
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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。
, W/ E; I( h1 ~# W) w: ~ 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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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。 8 z; X/ E- F& f5 B
超级钢
; G' O$ ]/ N5 W! Q, W- A 那超级钢又是什么呢？
3 @( n; I9 V; R! j& C 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( H' _" @" I7 \ 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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* ^, X7 [8 I# N5 M 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 g! A, x+ Z, m& ~; H5 O* s% p 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%。 & o- A! D* C4 B& f2 Q/ M! M6 _0 K
2200兆帕是什么概念呢？ & e. {6 \6 G9 y& a/ W3 t
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。 0 L5 d' B0 N6 V: `; O
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。
: h+ r2 X/ y5 o 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？
* g& R$ e, R2 o5 W; u* I! C 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。
% n- A2 {9 P2 f/ n1 k, d 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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& p: p4 j1 i6 K, `. ]+ k+ g 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 X% G. N$ Q8 X# _: f 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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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。
5 N/ r& w3 b2 Z6 B- h* F1 \% k 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。
) C* D& C5 S8 s4 i$ m 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。
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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。
/ ?& m$ v7 K6 H! D 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; X9 |) ~& |) x( 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 g n* p7 L+ U. A; A3 m2 R
4 A5 q" G9 X b7 e& l% [* I 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？
: T8 {( q2 w- J5 i& W$ j: u" a 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。 9 i3 E1 J. u4 D$ o4 Z8 t6 T
C+ s# v8 C8 s 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。 0 r" f9 o% e3 ~; q
毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
% s/ V" t2 I* Y2 l2 @ 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。
$ O7 P+ o5 |0 C% c! m) { 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 J( y' Q/ d# {( I; g
感悟( ?* O( } n( A9 d* H# N) w( v$ C
最后小鲸想说：
- e0 t" z7 \9 v$ |$ E 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。 ' D2 p9 a% R' z; a, A
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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。 / x$ T8 [( Q; R7 N 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!
, y8 a, a9 ^0 x3 }+ L+ d/ M 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。
1 i- Q% I$ V/ M6 v2 ~- F 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。 + E2 I) x/ C; [3 I0 F: T) B' M
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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。 ' B8 W/ {" J: E% i; p9 X' |$ U/ N
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。 & d& X! m! ^) D. n" T+ k+ I" c
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