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序言 / Z. I L( C+ S- |( a4 ^
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。
% Q# ?8 D% s8 |+ w+ B# ^$ u 那么什么是超级钢？它到底厉害在哪里？ 2 w" V* i# T5 r2 e$ W; h; [% X- Z3 X. s6 v
这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。 " H, G8 k4 A5 D
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钢铁炼成过程
0 n7 [4 `7 z2 d- \7 w5 [ 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。 . I b0 m! D& b# _
钢铁的炼制呢，一般分成下面几个步骤：
! F8 M% x9 L8 A. \; o; ~ 首先咱们要有原材料啊，对，就是铁矿石和煤。 - U: _$ g v3 v- j& M0 Y
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 p4 b# z$ D8 w' L. ?
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。 0 S9 Z5 ?# o% m
它们具体是做啥工作的呢？
: l7 p1 |& R- X 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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# y' z$ X5 w# _$ r% c 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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; {6 D! O& ?4 b3 R, y 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。 9 }+ o* G( k4 |( G7 {; v, D# w
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。
4 E5 o# R2 G0 V8 Y7 e1 I, c 超级钢
) x; N. \, k! w 那超级钢又是什么呢？ ( M* e& U. L* _5 l/ j8 N, q( F
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。 ; E Q4 ]/ Q# s+ |
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。 . @& l: C K: f1 A2 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%。
* s* w( h% j6 F, [% P 2200兆帕是什么概念呢？
5 C) r4 H1 ]5 v( r% w& r6 w" M- { 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。
5 r9 M! u+ I6 O, T5 \ 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。
. u6 W4 h2 A4 r r 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 ^5 t, Q$ p# I% {" o: S
7 ^$ P1 _& }2 d' z1 B4 D8 j 采用高强钢板有啥好处呢？ ' B( o$ }- W. ^% S; M
简单说可以减轻船体重量，增加抗弹能力。 # l/ E" U7 ^6 O0 ~
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。 , | O$ d$ _+ A0 Q8 l
" T8 l. U+ ^) p6 A: O 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。
7 O! _7 Z1 `! e) ^; j6 [ 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。
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P' w) m+ { P; R* d 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。 : c! b" Y* ?0 l" x- _
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。 : p2 d. l F: m" `
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。 , }9 m+ D3 d0 F5 S
国产钢发展
* V: ]6 ~, P( L$ x1 k/ g7 w 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。 % _: U" [5 L& N: t# }
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。 3 M$ z0 n* N) E) L
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。 ! s8 L' a' i. ?$ a+ Y1 M
\9 e& X/ ^9 i/ }% e 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？ 1 R& e" b% Y! |; v! Z9 Z- z) g
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。 & x7 H' D# p1 {# |7 j8 g6 k
! Z; Q* I' C, F! t) X: ]* y 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。
" b+ ^) A$ a/ a% ]& X" p" e 毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛！
) v1 Q9 `0 t5 I( ^- ?! G 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。 % z# `/ }5 E: {' F6 [. c7 {2 L, ^
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 s' E8 q' G0 Z& W, T0 U3 ?2 r
感悟: `' V9 Y! }) Q
最后小鲸想说：
/ w4 c! x+ O% A* X5 g 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。
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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 E6 v* h( p R6 B5 b9 l 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!
m" ?/ y Y: [" J5 x8 |5 O 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。
$ }( e+ T! Y2 r E- Y' i 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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$ x. O* w6 M2 a6 j( 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。
P# i# f' s# C" _5 w, R0 t+ ~ 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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