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序言 ) ]1 |2 g( Q0 a* y+ A6 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。 ) L W7 f" a3 Q6 o
那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？
/ g; a' w' }' k# z9 E# G) z: ^2 Y$ n 这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。 / O# E: H9 v' Q+ I4 I
. j4 q2 `: }. o; D8 ^( }7 n# e 钢铁炼成过程
! X' l; s8 K+ K 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。
; \( j8 P# u; i9 e) C, C 钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤： / ~9 B6 a7 n$ w" x' D* a: p8 K
首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。 + N# M( e* |& |- n! { E
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。
5 t# @7 P! h5 w0 F 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。 4 N; @ p" T* j1 @3 \$ d0 U1 I* i
它们具体是做啥工作的呢？ / _8 U; E! u0 ]: M- ?% F( L% d6 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。 / M- v; d6 q% ]$ q, K, s/ D5 N1 Z
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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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/ \+ a6 D1 c* S" V7 B 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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4 @9 M! k6 ~" Q+ D" ? 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。 2 y7 I) f6 L. q8 \4 b0 X$ 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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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。
2 b3 b5 m/ b. d+ N w 超级钢
8 _- `- N/ ^7 Y& O" S5 [ 那超级钢又是什么呢？
" f' h% b$ e& k' x* d1 o* S4 O# 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。
% A5 r# P$ @6 Q( W' G' I 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。 % ~; |# T6 h# z8 S! R: u& f
5 y* ~ n/ U, Q* `2 a 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。 4 @ x4 X7 A, I* S& m! q# l$ N
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%。
1 \" O. z3 x/ U/ [+ `5 g; Q. N 2200兆帕是什么概念呢？
& |. [0 t9 x9 Z5 Z$ } 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% J( ~5 L0 k# W: B' }; d3 [
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。 ! b+ @# X8 v/ F2 ?9 {( B2 {
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。 1 n$ z$ N5 e( s! p# P
( T$ E5 }5 p+ Q8 C4 C 采用高强钢板有啥好处呢？
# J6 o; g I+ S. C 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。
' t5 e8 e9 r3 r( m 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。 ; `/ x) X0 |# s2 y& c
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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。 5 f0 B# t1 | [7 l# u0 z
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。 , N, R6 [' }" P% P8 {7 r( o4 n6 w( Q g5 k
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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。 0 [% M4 Y9 U$ b# @$ q; j
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。 ( v$ e0 ?; w1 y+ D, f B1 @
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。
0 [9 o$ G2 }3 b" [4 ^ 国产钢发展/ g( n) E9 t* |
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。 ' D' y4 X7 A, h6 q
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。 5 D8 r: E% G7 P$ Q _
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。 8 d8 I* H% l. |4 |# I& _
. |. |' m& N9 _0 v" C4 h 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？
' z0 g& E9 s. e! g/ s% S' w! O 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 q' G+ z6 y4 S! J
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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。 M- s$ j7 v. |% g5 P, E$ ^- [, Q
毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
; r$ c& Y, L8 Y8 Q 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。 4 L+ |. L; T- a
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。
, X [3 e! i% Z 感悟% T; r3 ~" P d; N
最后小鲸想说：
0 N0 g4 x7 U$ {" U% } 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。 / z7 `* c, P# @
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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。 1 Q2 c- ?1 n. h' D, 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! + d! Q' h% T d) I; M1 z. y! ]% X. H: V
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。 , O5 n1 Y/ d, N3 [4 E& r
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。 h. b2 D- R' D2 }' V9 N B2 t
3 V, O1 q8 I$ |# R" R 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。 ! K0 ~3 \6 [6 W' B
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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