序言
之前有消息説,中國現在已經能製造出來,屈服強度為2200兆帕的超級鋼。
那麼什麼是超級鋼?它到底厲害在哪裏?
這一期小鯨就來跟大家聊聊這個超級鋼。
鋼鐵煉成過程
首先呢先來科普下鋼鐵是怎麼煉成的。
鋼鐵的煉製呢,一般分成下面幾個步驟:
首先咱們要有原材料啊,對,就是鐵礦石和煤。
但是由於國產鐵礦石品位低等原因,用大白話説,就是我們鐵礦資源雖然大,但是富礦資源少。所以,中國鐵礦石長期依賴進口。
原材料有了,那麼就可以開始生產了,這其中主要經過四道工序,分別是燒結、鍊鐵、鍊鋼、軋鋼。
它們具體是做啥工作的呢?
我們把鐵礦石配入適量的燃料和助溶劑,加入適量的水,然後經過一系列的物理化學反應,變成燒結礦和焦炭,這個過程就是燒結。
然後把它們放在高爐裏面進行化學反應進行鍊鐵,使它們變成鐵水。鐵水出來以後,經過轉爐的冶煉、吹氧、去碳、降碳等操作。
使碳達到一定的程度,再經過精煉,把成分進行調整,變成了鋼。鋼水又經過連鑄以後變成鋼坯,鋼坯又經過熱軋變成熱軋產品,熱軋產品又經過冷軋,變成冷軋產品。
這時候得到的鋼還是半成品,必須通過軋鋼操作,才能變成合格的鋼鐵產品,而這就需要軋鋼機。
就像咱製作麪條使用的擀麪杖,麪糰要不斷進行擠壓這樣才會越來越薄,軋鋼機也是同樣的道理。
它的目的與其他壓力加工一樣,一方面是為了得到需要的形狀,比如鋼板,帶鋼,線材以及各種型鋼等。另一方面是為了改善鋼的內部質量,比如我們常見的汽車版,橋樑鋼、鍋爐鋼等等。
超級鋼
那超級鋼又是什麼呢?
它是使用五倍以上的壓力進行壓軋,然後迅速冷卻、控制温度才能製成。
這種鋼的結構組織非常細膩,僅有1微米,是一般鋼鐵的1/10到1/20,但是強度超高,韌性十足。
説起來簡單,做起來難,其中研製辛苦絕不是幾句話能説出的。
中國現在生產的超級鋼,強度高達2200兆帕,超越美德日等國的1100兆帕,性能直接提升了200%。
2200兆帕是什麼概念呢?
1兆帕相當於你的大拇指指甲蓋上頂了10公斤的重物,所以2200兆帕就相當於是22噸的重物。如果按照一頭8噸重的大象來計算,也就是可以放上將近三頭大象。
並且它的性能超過鈦合金,應用領域也比鈦合金廣泛的多,同時成本也要低得多。
就比如説航母建造所使用的特種鋼,它所要求的強度要遠遠高於普通軍用船舶的鋼強度要求。
採用高強鋼板有啥好處呢?
簡單説可以減輕船體重量,增加抗彈能力。
特別是飛行甲板的鋼材要求極高,不僅要能夠承載20到30噸艦載機起飛和降落的沉重衝擊,還要承受噴氣式飛機高達幾千度火舌的烘烤。
如果鋼材不過關,艦載機着艦時就可能通過阻攔索把甲板掀起來。還有就是飛行甲板的厚度也不能太厚,太厚會影響飛機升降的質量。
更重要的是,飛行甲板的鋼板面要越大越好,同時儘量減少焊縫。因為焊接的次數越多,在面對戰機的強力衝擊時就越容易出現質量問題,比如開裂、斷裂等嚴重事故。
因此,飛行甲板一般採用的是高強度鈦合金鋼,並且鋼材的屈服強度一般要達到800兆帕。
而如果使用2200兆帕的超級鋼呢,那就意味着能搭載更多的艦載機,航母的能力也就越大。
毫不誇張的説,目前2200兆帕的超級鋼只有中國才能生產,日本都還在實驗室研製之中。
國產鋼發展
對於工業領域來説,再好的創意,再牛的設計,到了製造階段,都逃不過工藝和材料。
而作為工業最基礎的材料-鋼鐵,它是應用最廣的,涉及面積最大的重點材料。比如説高鐵、汽車、建築、橋樑,還有很多大國重器,比如航母、核潛艇等等。
就比如在2020年11月10日,中國研發的萬米載人潛水器-"奮鬥者號",在馬裏亞納海溝成功下潛突破1萬米達到10909米,創造了中國乃至全世界載人深潛的新紀錄。
它使用就是中國自主研發的高強度鈦合金鋼,足以應對深海的高壓和衝擊,這種鋼的屈服強度是多少呢?
小鯨我這裏沒有查到具體值,但是可以與之前下潛7000多米的蛟龍號來推算下。
根據此前中國船舶七二五所的一篇論文,用於蛟龍號球艙的鈦合金屈服強度達到了820兆帕,那麼實現萬米深潛的奮鬥者號,肯定要比這個值大。
畢竟咱們做科普的也要嚴謹點嘛!
而特種鋼就是鋼鐵領域的核心科技,在這個領域我們也已經取得了很大的進展了,其中2200兆帕超級鋼更是一舉領先世界。
它的出現不僅每年可以節省大量開支,除此之外它的重量比普通的鋼材還要輕30%,不僅在工業領域至關重要,還在軍事領域中算的上是戰略級的材料。
感悟
最後小鯨想説:
1891年1893年,兩廣總督張之洞在漢陽創辦了漢陽鋼鐵廠,其製造的鋼鐵質量過硬流傳至今,被西方人視為東方巨人覺醒的標誌。
1937年中日戰爭全面爆發,日本當年的鋼產量是580萬噸,而中國只有4萬噸,對,連人家的零頭都不夠。
戰爭時期鋼產量是體驗一個國家軍事實力的硬標準,可想而知,14年的抗日戰爭,工業化日本跟農業化中國,我們付出了多大的代價!
1949年,舊中國總生產760萬噸鋼,其中600萬噸是日本侵佔我國期間,在中國土地上建造的工廠生產的。
而如今,2020年中國粗鋼產量預計首次突破10億噸,可以説中國現在已經是鋼鐵產量的超級大國。
如果再加上高科技的加持,那在這個最為重要的工業材料領域,獨步全球也是自然而然的事情。
小鯨不吹不黑,總結來説,中國材料落後還是普通存在的現象,但在很多領域,我們真的進步了很多,個別領域也值得全世界為我們點贊。