/ ^* ?2 `2 Z1 X6 l5 y7 ^" W
序言
; q, q* ]6 B- ~$ L8 I1 L- C 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。 7 D- B- A2 _3 o9 k9 p I1 O
那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？
2 d7 q) k; Y3 }0 T+ x 这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。
0 B# e- e" O2 r! @; H% j
/ ]- I4 l3 v2 a2 z) y 钢铁炼成过程
/ M! C* z$ Z5 @6 C2 g( X' X 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。 7 Z- x( V$ d) ~: ~. A$ O. C6 G
钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤：
, G$ T& D! G0 [& n9 m 首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。
/ X3 K- u2 f5 w2 i 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。 9 ^2 G, l/ X; `( S3 M7 D' G
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。 - V0 P( J+ y+ ]( B* L# r
它们具体是做啥工作的呢？
+ B5 Q/ W5 W( T) K+ N 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。
4 D! U' ^4 q+ r9 D1 O% r5 p. V , u z$ x- W% q( ]" `7 Z0 R' g
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。 6 ] `+ t% ]# B4 \3 M
( G2 U# d- |- y) K3 [+ I
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。
6 A' y3 n' A1 N* U* ?2 W; s 0 J8 Y# [3 _4 V
2 s, N1 w9 V' A0 ~4 `! F- v
# g/ x, Y& f3 ^8 h. p+ @ 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。
/ u: B0 `& ~) c% G" 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。 , c, M2 D' l/ v
5 N( n# R7 ?# X7 d 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。
; L2 D% P/ I( c3 d6 C/ w/ _* ^ 超级钢4 {4 O; O6 H0 L( @( @- K
那超级钢又是什么呢？ - v' Z4 _0 I) _2 P
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。
; W9 i, ]7 k1 V5 [0 i) T! T& v 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。 2 E* j& H$ n* X7 l9 l
! I! J3 Y) ^; H+ p1 h9 r 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。
' x& U. c6 {& `7 W 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%。 , L6 u. \, N1 d: G& f) ^
2200兆帕是什么概念呢？
5 U/ b5 h o% s! O 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。
8 b6 R4 J j! F 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。 2 q! F1 a4 D: {1 h
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。 4 ]: ]( y) x5 Q/ u% M I+ H' K
7 d" y8 s9 v' n1 D 采用高强钢板有啥好处呢？
. [6 G! O* B# p6 F 简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。 9 j q5 J9 r6 F- v; x6 f1 b6 \
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。 5 k @3 s2 g& u3 a
7 ]: m' s& z) j1 Z8 H* U# }9 j" | 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。 . u/ j" n, k" j- d( ^! O
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。
. z. E' n6 ?. ], _2 o" c, n0 ?# X - N9 k* c; a" l* M& ]2 s
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。 ! l1 _- `" w# p: g' 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。 6 r- E( J, b/ }. x
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。 $ |- L, C9 a0 n% Y+ V
国产钢发展5 ~* P2 }! ` Q+ A
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。 , v% Y5 `) y" S X( z; l6 d4 r- c: U
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' Y+ N1 M, |/ E5 o
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。 & L2 i9 U! h8 v6 R
9 `" A7 y- x- k- q( B4 z: Z
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 i5 t5 n: u8 j/ M. i+ |! y
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。 ( [4 u" o/ d3 J' f
" ^! h% A# V& m 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。
. S! B7 L9 w8 P* v# X/ X o; h 毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
; P1 y. \+ a% d& a4 M9 \2 `* c 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。
3 J- x9 K: B) N X+ k% B: c3 n8 C8 @ 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。 5 `! [* g% i; ?4 {
感悟" a# p+ Y" G6 L$ c% h1 z R$ ]; ~
最后小鲸想说：
3 a7 z4 J$ T8 P m$ w 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。
$ G$ s4 S; v* I! D* b
p) b7 ` [/ { 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 a- [4 K5 |# ]( ?
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!
+ S6 g; x2 ^& i# u8 [4 J 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。
8 W# E9 u7 u. q7 s 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。
* @$ t/ y' i4 f
: z( s6 |- R9 O5 C 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。
. _' @- Y/ u% ^4 O- l& y 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。 & g/ Q7 i' y% P. A
0 Y9 R; A" w& |- {& Z R# f: r8 e/ j- Q' d) K- b3 I9 U
, r* v c; E0 U- ]0 `3 r& W1 K+ R2 r& `5 u
| 
