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序言
' q3 a1 `) _9 g/ k6 K }; X 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。
- Z$ e3 e4 d8 z5 I1 X% i 那么什么是超级钢?它到底厉害在哪里?
6 P& M/ a+ u# p3 D1 Z1 w 这一期小鲸就来跟大家聊聊这个超级钢。 # T/ V+ m, ^! Z4 Y! K
3 n9 a" V' a& W6 x) J 钢铁炼成过程
E* J) y3 r/ }3 _ V 首先呢先来科普下钢铁是怎么炼成的。 9 `) S- }$ s- ^
钢铁的炼制呢,一般分成下面几个步骤: & G* c# a. `2 i9 W3 `2 D$ B+ P
首先咱们要有原材料啊,对,就是铁矿石和煤。
; o" a6 m0 y: X; k4 F8 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。 , F% N, r5 @6 h5 _# q
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。
% }) Q) f: ^- ]5 a2 \ 它们具体是做啥工作的呢?
4 {1 H! z9 m8 H0 M% \, v 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。
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) h& _2 q# C2 C3 B# Z, C1 @ 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。 4 Q# F" Y6 Q; m) a; ~
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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。
- B/ R) h* d5 p7 Z: | 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。
9 O `4 w; g! l$ S* s# z 超级钢
- j; Z, Z& p& ]' f. f4 h 那超级钢又是什么呢?
# Q2 v, n H/ H+ k% H$ ] 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 M3 W4 }: P. x. j, m$ t7 D 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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' \& g h% h2 _% N. L" @& x 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。
6 K; r1 h5 l$ c. o( P4 q3 |6 h 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%。
( b, i4 x7 L2 X' K 2200兆帕是什么概念呢?
5 \' A$ u- m# a: M) 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。 4 f0 A0 v$ X) ]0 Q
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。 3 W6 t" b) z m; V5 w8 R1 c
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。
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1 [% S, c' b6 o$ W6 V 采用高强钢板有啥好处呢?
! Y9 d q0 ^* e& O9 D' M' H 简单说可以减轻船体重量,增加抗弹能力。
E1 q7 M2 P1 J7 A7 h3 S z; y 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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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。
. p8 W, c9 ^" k A 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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7 [, T! E3 N7 R; h! T% ^5 s/ l 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。
% J% P" P+ W4 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。
3 J( J S1 Y$ |9 d* N- E 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。 " C8 ^2 k3 F& H5 y
国产钢发展: c2 i5 ~; K2 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。 ( k9 F" ]* P4 v: u% P1 ^
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。 . g: l" A# q$ b5 Y1 a8 E
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? , J5 ?* F' q, A. m' H
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。 * R0 e+ E2 Q% ]# L: q
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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。
$ Y7 }7 `9 [3 z# _ 毕竟咱们做科普的也要严谨点嘛! 2 A2 V% [( {7 T; `
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。
/ ^# z6 B: H8 m. I 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 E, Y8 ], F6 K+ P8 a 感悟
* T! S5 w$ Q2 w, D" j! t 最后小鲸想说:
; L& R7 \( |! V9 P 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。 6 _, N/ q# ?% k, p4 ~; P3 Z
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! 1 m6 p* k. P q0 _
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。
% m3 F! W6 S8 ~ F1 J( c. m: v 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。 ' f# B K |. h; }+ E9 s
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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。 " B5 e8 y$ m4 D& {
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。 / a- I+ y; v5 c" N
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