8 k- E% F1 Z2 _. \ R2 } 序言
& t/ P0 y- [1 o, _* g 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。 * N* N& R! Q2 v- o
那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？ + _" q% G: v: r1 ~5 w5 n" E
这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。
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$ C& m, W P$ f5 Y @ 钢铁炼成过程
# ?" f1 ?8 E) @9 I0 k- Y 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。 ! T k9 m; |# U! \
钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤： ) H+ Q6 B4 R( A0 e& N7 g% ^0 g
首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
5 e& B+ _; y0 { 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。 " z' c. k' B4 R3 }
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。 , T3 S$ j( F s4 H9 [9 y. h
它们具体是做啥工作的呢？ & n0 b) d) J- c* y6 t* |( i
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。 ; A2 e3 x* ^: t, X4 b
4 q0 h1 \) h8 i" z 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。
) k2 }" Q) j2 `- U5 s# ~, 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。 1 @7 ?9 G4 l. N* p! y2 ?; Q/ t
( @9 M. s W( T/ C- P! A% F5 u0 ? 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。 8 A0 V2 n* v" E1 O3 @
超级钢
9 y3 `, ]/ Q5 {8 W3 n$ p* y) J 那超级钢又是什么呢？ / M- W% k' j! ]8 K
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" h* j s7 ^- ] 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。
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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。 4 v( H Q) O H9 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%。 - R' j1 {5 o3 v7 Q1 ~
2200兆帕是什么概念呢？ # ^5 k$ I3 a* E) w I: }8 A# P7 q
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) r5 q& ^! I6 R4 I4 L5 n 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。
5 a; R3 @. Z! A( i6 y& T' k 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, \9 W/ @# P
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采用高强钢板有啥好处呢？
" ?3 n+ v3 G+ o3 u' ]# S9 i 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。
7 |& r& F* w5 @6 T6 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。 # S0 v9 w- D; \' Z, n$ t* ?9 ]" S
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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。 / F: `* [2 a: y# N& y7 h+ T& ?. q" V
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。 " p3 T) |2 w# t: A) N% e) y) d! F. Q
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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。 8 ~, |# o7 G3 I8 p t! _
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。 7 b \( Q; e, H/ |
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。 : E; I$ M+ L, C% s8 i, \! K6 K
国产钢发展0 N7 S, u' G) G% K+ G- T5 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。 ; `: {0 B8 l' ?1 s) H
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。
! P4 {4 l2 g! L4 f& T 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。 , p, c/ O I H
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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？ ; _3 q# p" z0 m4 Z! 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。 6 b5 ?# b- Y4 z
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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。
/ P9 G* w$ M& U# Y; v3 c& X9 H 毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！ : \( a/ O# a$ g" s
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。
# H3 U# U# ~5 h$ 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。 7 z8 J5 w, u& B( f- p
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最后小鲸想说： 7 r0 b3 [3 W- p l) M) y
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& Q) v% {* B7 ?) V
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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。
. W3 d x, U; Y% r 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! . t4 [4 p3 l; e( E/ T2 x5 d
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。
" c0 h/ t# `" s% p: \* B 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。 0 D5 w# [( e' x, P
% l! P7 R. p/ W 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。
9 R) j E2 O5 M/ W& \ 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 O$ s9 }- M8 R' T) j
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