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序言 1 [% A% ?' ^ i& S+ W. a
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。
. N8 H/ k" T% C6 R, i- D& i 那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？ ) `: [! G/ j) q- Q! r; |
这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。 ' {) m s, q# u2 t
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钢铁炼成过程
) x' d9 d! A9 z$ J, G2 U1 M0 f3 I1 ^ 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。 ! c9 H2 g+ X( ?
钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤：
) {0 v/ K8 q& ~: z1 b 首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
# \# X& w5 O& n) d5 [ 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。 0 ?% Y: _# u/ [* i' \: n) ~
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。 & R# W/ L: M/ Z& _4 W: d
它们具体是做啥工作的呢？
- A" g# k! d+ \8 D# o9 e 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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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。
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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。 " X& C) Y" q+ J
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。 ( e: U, N/ }3 G) b
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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。 7 W+ @+ z) k& P: l3 H
超级钢% o+ i- g( r) ~/ T8 S
那超级钢又是什么呢？ 5 `" h% X- s4 O* Q
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。 9 r0 Y% l j' z( _5 G
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。 / ~; J8 r% h. x: T4 z2 V
* n/ W) z9 |, t4 x: K8 {3 P# t2 s, b/ X 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。
' a( h/ L' G, W1 H1 L 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%。 8 c6 D; I' W4 O" P, m; w% A" {
2200兆帕是什么概念呢？ : ~- `8 g$ n8 @3 \2 d# _& p0 b. L) r
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。
' V( i8 ~; x' v3 @ 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。
( m0 s3 W, }' A/ P+ q5 j7 z8 S% l 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。 * t. c$ ^* y. x* c2 \
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采用高强钢板有啥好处呢？
- w: _5 o# a( c5 J8 P* V' ] 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。 $ E8 E3 S' b/ |. a% q4 W
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。 % H( }3 P9 [; B0 ?/ n4 `
5 F1 G& n7 h6 P" f% q 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。 $ e/ @9 l2 @# ?( 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。 ' x& n1 s5 t9 e, }8 z1 s3 ]. B$ z! W
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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。
) J+ J6 M; n" f& x' v# m# I 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。
: A% @' ^: @4 b1 Z. {2 t 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。 : ~% T( n8 O0 X3 f8 _
国产钢发展
5 [* J* M5 P8 ^+ \- e6 F: ] 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。 " \8 |! Q- T" p- v
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。
( P6 a& n) R5 | 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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1 J5 Z( Q# M$ W 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？ 2 x& A$ |4 P) f6 f
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。 1 G+ S& X' J% S8 g
毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
: p/ a) Q, d% o+ M! n' X- r 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。 ' V4 B1 G5 P0 Z2 {9 d0 v+ `
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。
& K4 m6 N, h* o' f2 ^- I 感悟* D, I2 C6 f+ X. i6 r ], A
最后小鲸想说： # W* K% p* D: S, 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。 ( r* o2 w. O& }" N& Z/ |! `# I& b
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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。 $ i7 J1 K# |/ x' x/ N' i* n
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!
- W3 [# o& ?$ U8 f8 u 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。 ! g P P ?: g
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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9 n4 m. F1 z# R7 ?5 `$ G2 P* o 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。
7 q0 F0 W+ _+ B) r 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。 $ c* X- B. M* v" V% x' U& q y
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