, F7 ^: _0 t9 m- k 序言 9 e4 }7 q2 r8 p3 F
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。
# ]% p( ~ {0 ^! Q1 _ 那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？
/ Q F- A# Q. `2 I) y) d 这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。 * ]& f$ ^$ h& E5 m% t
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钢铁炼成过程
9 L4 g& _5 _. d; J" @; g 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。
2 b6 M& i! p5 P) |9 N9 ?) ~ 钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤： " J9 j; \: @% p. A
首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
& g' d6 Z1 Y) q- ] 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。 & |- N M7 l3 E" |. E9 Q
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。 # [0 x3 |" t3 r! I
它们具体是做啥工作的呢？
* ]" Q* i# C! l9 d7 e8 ? e" t; Q 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。 + y6 U( A5 w [' l7 {
4 P) x3 q, `$ `3 Y4 [8 V 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。 : p5 [: c/ u2 d# _) {
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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。
; i" e3 Y; ] k/ h+ n; i 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。 - \7 ]' ~* v, E
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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。 - I/ t( M! L) }. Q6 f
超级钢
# L3 N" R0 J) r/ `& d8 |! J8 g0 l 那超级钢又是什么呢？ * m% u% W1 z+ N/ a
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。
; F; f! ~1 @! S 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。 - e9 x; x' z4 L7 M$ e% F0 o$ ?
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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。
0 ^% i1 |4 q( s) a& O& j 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%。 " g# s& o0 B& r7 F! N5 A
2200兆帕是什么概念呢？ 6 H% }) ?5 L5 I( ^& X5 f& N
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。
) l. e% `7 U. u 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。
/ x$ C$ _- P" O2 z7 X9 ?1 u% X+ g) d5 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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- ^: z9 K3 H7 j# { 采用高强钢板有啥好处呢？
6 l- Z$ J/ d8 s9 ~) X0 r 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。 $ B# _ b- i& Y1 y2 F _# `- H$ g
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。 * z6 ]- w5 d% K
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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。
: e8 d( N8 q# j% P$ Q8 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。
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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。 2 L' H& f4 q0 V; p3 ]) 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。
+ q6 f+ J5 O; D, X0 d2 q4 E4 p9 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。 $ g" g: f. h/ I8 i6 u9 Q% _
国产钢发展5 ~* J; q3 q1 @- k) b, I
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。
3 ?( p" i8 i* M3 O1 _; 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。 $ S/ u$ v. k* g2 ]% f7 }5 J" r$ O, S
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。
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) h/ F* c/ M5 l9 t7 U 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？ ; n$ a' M% x. c9 t 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。 5 K$ x9 |6 e0 C- J
. L7 Z9 F* q$ Q9 j1 W7 d 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。
# l: c7 n2 X& d# E1 b( ~1 i 毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！ S" N9 v$ {, q& P
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 E% Y/ ~8 X& G& ] 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。 : h( W: T; r* g$ u! b' i* \
感悟
( {1 s) W' [4 K4 F) h+ b8 D' P. J 最后小鲸想说：
9 M, K/ \# H! a2 [0 r/ T 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。
! V$ r, y Z+ j7 t5 u' U 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!
4 `3 Z! ]: k5 r. \% @8 t7 h 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。
" {+ { [: X- h! d& ?) A$ j 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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( X& N1 a( i! u L& u, S( b 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。 : |+ X+ y; o% 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。 5 t' D% N. n z. w; e' [6 q
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