! X- q3 a: I4 U( V, W* _ 序言 ' a+ l1 x: m. L: ^, @ N% s
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。
+ r, F( [) F( q) [& y1 k 那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？ " w1 H- n Y, O. t- K
这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。 : r5 w$ G" R; |3 U/ x3 Q, T
: G; K8 M" W: v4 I6 Y, s9 g4 O+ w6 C 钢铁炼成过程
) {* B+ C% s4 J. M 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。
- i6 B \! U( g% d9 d* |" ^0 { 钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤：
. |! a8 v6 H0 U0 r/ ], b 首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。 ; N: z2 @) q$ k: w! b
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。
; c$ \. n- d1 X+ J1 _ 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。 , p; g! p9 W. W. t! V! x# ^& Q
它们具体是做啥工作的呢？ 2 T( }0 p. I8 |) `4 W# C- r8 l
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。 7 d- V$ w- f0 t5 |. \
7 P: ~5 o3 W7 G$ [& o) ~* \0 d 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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( _+ q* I2 E; p: f4 s9 l1 l 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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+ k: ?3 x3 h$ f9 A5 O. r1 q3 n y, _& w 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。 o/ ?: Q5 V2 e& P6 z# 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。
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5 O# Q6 P1 O! y* ]6 l& V 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。 & ^' O' x: S$ U9 n' p
超级钢# z6 Y3 @4 q; c" J) P8 v0 C5 A/ T- L% A
那超级钢又是什么呢？ 0 P% _6 J- ~- ~
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 o8 S6 T7 i! E6 @8 G4 R" F8 @. L5 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。 6 _+ T% b" r4 {6 H0 b2 @5 L8 V
) g& O7 y3 _9 B5 {' J! T 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。 2 n% _( c3 G# t
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%。 0 a2 O- J- [/ H/ n9 x- _/ a5 v
2200兆帕是什么概念呢？
7 _0 p4 d6 A' B, K; J3 H 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。
- T1 g' Y. V9 L: S, {3 H 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。 4 z8 H- I7 D% Z" D" h9 x6 b
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。 + h# B- W) P7 Z: A1 w5 e
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采用高强钢板有啥好处呢？ " p& ~- v1 y5 I, D; R1 r9 u
简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。
# i4 G, S5 B( p1 N3 h 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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& r z. Q, v1 Q3 G% F6 B 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。 & a, h; F4 M, B i8 `
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。 ! L$ v+ I* r' q1 X3 f/ q
, r8 E' O7 t% S- y) v. K- Y 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。
# f+ F, G' k# t2 R' A 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。
5 J' x# V, |6 f7 n 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。
2 B+ B4 h; n5 ?/ g4 P5 G& A# I 国产钢发展% C/ b9 a2 D) i+ G
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 @$ M G* 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。
0 V- O$ O/ ~1 i9 | 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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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: m' ^; e1 Q9 G, j# U
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。 ; S0 [3 w* e" T
毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
, U8 y* T; j8 ]* Z 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。
6 V6 _7 q! ]' J4 Q9 \2 T 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。
% z. i4 h; z# t$ V 感悟' {$ v& r s& Z2 Z2 [+ z
最后小鲸想说：
- c% l4 P; V, N+ q3 J 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。 . p: q' {* r/ _' g9 W, `- r
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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。
8 v- z& u* J0 j" 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! - c, N# z: D7 O0 ^# Z
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。 ! u J) ~4 V7 @. v S: p
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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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。
6 z$ {2 l2 r" E' _3 h) b3 _" X 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。 $ P' X `- A6 m, z+ G: P$ U
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