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序言 ' z- k2 |$ o1 A4 L- T0 s9 Z" w
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。 / X% T' n, c% e; o. N
那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？ ( }; `- F7 b1 y: s3 s. ^2 }5 m1 F" [
这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。 . s; b Y( h/ {$ ] d( Q5 t; T
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钢铁炼成过程) ^: X+ ~% k |: ^' n
首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。
" O9 j+ ?3 s1 u1 q( S1 |& L 钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤：
/ d a, a o' u- J* J4 x 首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
# D5 b4 R, K M 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。
; M" L7 p0 w! J0 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。
( K4 V* _/ V+ o5 Y 它们具体是做啥工作的呢？
# B. h5 J; B5 P 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。
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7 q% U9 u7 D! T U6 j) N/ C 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。 4 {7 U1 c3 l6 s2 k Y
3 U9 V* @4 C1 b n1 r0 c* T, X 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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# x! n: `) F" I/ f 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。 ; a; N0 Z- F! Q* x V: w! l# N
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。 / g' a c4 L3 }+ }" c& X
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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。
1 [( A/ a { g& L) T 超级钢5 o& C$ y2 J% T# _
那超级钢又是什么呢？ " [( e7 ~2 z+ O/ c7 W
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。 / T% e4 @! n P7 c
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。 . G7 Q Q) m0 O ?1 g& H4 E
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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。
# e1 @, w, u P7 q% e% Y, C0 u 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%。 % A# f' |( N/ u- z: j$ ^, w
2200兆帕是什么概念呢？
# `9 O- u) U8 g3 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。
+ N) f; J6 L6 }0 h6 m2 H* Q 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。
, W- G& L% J1 }9 T( t 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。 ' Z/ W) I! _3 v# X/ z7 { }
+ w& K* `* Q4 x+ [+ Y: \7 Q 采用高强钢板有啥好处呢？
8 E/ O/ M4 _0 D( A. u! M 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。
# F& X5 V! P; P" r9 r0 ?3 u( 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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: T" Q2 g1 n& R. ]% g S& E3 ? 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。
0 S6 W0 e' T/ x& b B9 s 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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/ ]' d5 K! t; Y5 L- X2 c 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。 6 B- ]% ~" @& 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。 2 W6 O4 c+ k0 y( [1 L
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。
& U* v/ q F* P! } 国产钢发展5 X( z+ {% V3 g2 d
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。 9 ?: j% {) g# `( 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。 1 v* G; V. l9 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。 ' u' t2 |3 A9 }7 V( R' U! s& v
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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？ 4 X7 M3 ~6 K! z+ x! {
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。 - ^7 H; \6 R- m! n! e' S8 A! {
$ @( J$ b7 X7 q" M [3 P 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。 " z G6 Y! g+ m& P5 I% s5 N
毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
( m' F& y$ r2 }5 M2 v( x 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。
* p6 J) G# c f) w- Q* f- ~& 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。 . u' ^# E: G2 D2 R
感悟4 h8 P" \4 J5 z% [. Z6 q6 h6 k
最后小鲸想说：
9 Z+ G* P, R+ {- G* `" @ 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。 - {" ^: J) t6 E: D% v
* X, n: f; K0 A% m9 p) } 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。
0 O* [* K; y5 e) Y3 I, p- 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! * n6 a$ h, f3 s* |0 S/ \+ 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。 % i" q6 h) p1 ?1 A% H) a6 U( n
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。 - v0 a; N( Z/ O9 d3 @8 X4 G9 u
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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。
+ {& E" G) l& Z8 K7 f 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。 $ y5 {' O. A) i" x, S
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