我国已经研制出超级钢是真的吗?

胖胖212949296


是真的,我国近期研发成功了屈服强度为2200兆帕的超级钢材,这使得我国在这一领域走在世界之前,他对于我国的潜艇作战能力提高有着很大的价值。

图为使用了NS110超强度钢材建造的苍龙级潜艇。


众所周知,潜艇能够有多大的最大作战深度,和他采用了什么材料制造耐压艇体是分不开的,如果使用钛合金材料,那么可以潜深到800米的深海之中,目前这一深度很难被声呐探测和锁定,潜艇可以从容作战,但是如果不用稀少的钛合金去制造潜艇,那么还可以用什么呢?那就是大屈服强度的钢材。

苍龙级潜艇的最大作战深度在常规潜艇中算是比较拔尖的。


比如,日本的苍龙级潜艇就使用了屈服强度为784兆帕的NS80型钢材和屈服强度为1080兆帕的NS110型超高强度钢材。这使得苍龙级潜艇最大下潜深度达到了400米以上,在这个深度上虽然还是可以被探测和攻击,但是作为吨位不大的单壳体常规潜艇,能有如此潜深已经实属不易了。而且就横向来看,我国也是近年来才开始在潜艇上运用屈服强度达到1000兆帕的钢材,此前因为焊接技术的限制,只能加工750兆帕的钢材。

我国在039B型潜艇上首次使用屈服强度达到1000兆帕的钢材。


而在新的2200兆帕钢材诞生后,我国完全可以借此研发出潜深超过600米,直至800米的超大潜深潜艇,这个深度就连普通的鱼雷都不能威胁到潜艇,因为鱼雷的强度所限,也有最大作战深度的限制,目前我国鱼雷中的鱼10型鱼雷最大作战深度可达1000米,其他鱼雷都没有这个深度。当我们使用2200兆帕钢材和鱼10鱼雷组成新一代攻击核潜艇后,潜艇战的主动权和形势都将发生变化,在这个深度,我们可以从容作战,可是对手就只能抓瞎了。




海事先锋


迷彩虎军事为您回答。其实就在去年八月份,由我国香港大学,北京大学、台湾大学的青年科学家组成的科研团队,成功研发出了一款超级钢,屈服强度达到了世界最强的2200兆帕。

民用船只使用的钢板屈服强度只要250兆帕就能满足需要。普通军舰的钢板能达到300兆帕就算达标了。而需要承受重型舰载机起降的航母甲板,使用的钢板就要达到800兆帕以上。潜水艇用钢的要求最高,需要达到1100兆帕之上,才能保证深度潜航时不被海水给压扁压碎。我国“超级钢”2200兆帕的超强屈服强度,是西方潜艇用钢强度的2倍之多,今后如果使用这款“超级钢”,我国潜艇将成为真正的深海杀手。

我国研发的超级钢性能这么惊人,成本却并不太高,只有航空工业常用的马氏体时效钢的五分之一。所使用的主要原料都是常见的合金元素,并且使用冷轧、热轧、热处理等常规工业制备工艺,并不需要特殊的加工工艺制备,可进行大规模工业化生产。东西好还不贵,典型的“中国制造”。除此之外,在750摄氏度环境下对超级钢施压,能让两块钢板表面的微粒相互渗入,密切的接合在一起。可塑性是普通钢铁的两倍,接合后的钢板没有任何焊接痕迹,也不会发生强度劣化。将大大提高各种超级钢加工产品的质量性能。

当年日本最早提出了超级钢概念,不但没有研制出来,还爆出了神户制钢长期篡改数据生产次品的丑闻。其他科技强国的超级钢还都在实验室里。而我国是全球第一个也是唯一一个实现了超级钢工业化生产的国家。宝钢、鞍钢等已经实现了超级钢热轧带钢的工业试制和生产,批量生产了百万吨的超级钢。一汽已经将超级钢用于汽车制造。

随着产能的不断提升,今后超级钢还将用于高铁、造船、机床、建筑和航天等诸多领域。相信我们普通民众的生活也能用上超级钢。在这里,虎哥要感谢这些伟大的中国科学家和工程师们,因为有你们,祖国的明天会更强,会更好。


迷彩虎军事


不过,这两种超级钢在军事上的用途并没有想象中的那么大。例如S600E号称“使不锈钢里有了结构钢,结构钢里有了不锈钢”,但没人会用索氏体不锈钢去造潜艇的耐压壳,也不会去造航母的飞行甲板,原因就在于说的这句话,它并不是很好的结构钢。而抗拉强度2200MPa的D&P钢虽然没有说屈服强度是多少,估计不会低,但是根据组分——10%锰、0.47%碳、2%铝、0.7%钒来看,碳当量是很高的。碳当量计算方为:C=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]×100%。那么代入数字之后,可以发现碳当量是2.276%,而碳当量如果在0.06%以上就属于难焊接合金了,2.276%的碳当量就属于基本无法焊接的合金,不可能去造潜艇耐压壳和航母甲板。而且这种钢没有含Cr,耐腐蚀性可能一般。

实际上,造潜艇、航母,不是只看钢的屈服强度一个指标,而且也不是屈服强度越高越好。例如美国的HY-80和HY-100的屈服强度分别为550和690MPa,国际上类似的钢材很多,但这两种钢至今仍是美军潜艇和航母的重要结构用钢。当然,后来采用的是焊接性更好的HSLA-80、HSLA-100,屈服强度分别与HY-80、HY-100相当。美国“海狼”级攻击核潜艇也才用HY-100钢,而洛杉矶级、弗吉尼亚级攻击核潜艇的耐压壳则是HY-80。潜艇耐压壳的性能高低除了钢材本身性能之外,还有艇型设计、弯板技术、焊接技术等等。例如洛杉矶级早期型和后期型都是HY-80钢,但是早期型下潜深度只有300米,而后期型则达到了450米。

至于美国搞出来的HY-130钢,屈服强度虽然达到了890MPa,但在舰船、核潜艇上却基本没有应用,原因是既贵又难焊接。

我国并不缺与HY-80、HY-100相类似的高屈服强度钢,所以没有超级钢,造潜艇、航母也没有遇到什么问题。(S)


联合防务


题主所说的“超级钢”不知是否指的是“屈服强度为2200MPa的特种钢”?如果指的是这种特种钢,那就先来说说消息层面的内容。根据学术期刊《科学》杂志2017年8月刊登的消息:中国成功研制出了屈服强度高达2200MPa的“超级钢”,并实现了批量生产。这则消息并不准确,实际上就是一则假消息:2200MPa可不是屈服强度,指的是抗拉强度。两码事,不能混为一谈。



D&P钢是由北京科技大学、香港大学、台大的青年科学家联合研发的特种钢,它的抗拉强度为2200MPa,延伸率大于15%。至于这是《科学》杂志的误解,还是国内部分媒体的故意误导,这就不得而知了。结果造成了很多人认为是“屈服强度2200MPa”,但实际上在他们的论文中明确的写着“抗拉强度2200MPa”。网上某些自媒体为了吸引眼球,根本就不考虑真相,诸如“让美德日俄自叹不如”、“打脸日本”、“让美国叹服”之类的文章铺天盖地,更可笑的是竟然把S600E与D&P钢弄成了一种东西。



也有人称“将使我国潜艇能够下潜到900米,甚至更深”,即便是屈服强度真的达到了2200MPa,就一定能用在潜艇上了吗?建造航母、潜艇用的特种钢可不只有屈服强度这一个指标,舰艇用钢需要的是综合性能,拥有8大基本指标,包括:屈服强度、高韧性、抗爆性、焊接性能、耐腐蚀性能(海水)、抗疲劳性能、抗冲击能力等。这8大指标,哪个达不到也不成:无法实际使用。比方说:焊接性能差,那么造航母或者是潜艇就无法使用——焊口容易出问题。


印度航母就曾经曝出来焊接问题,一度耽误了建造,印度是因为焊接技术的问题,还不是材料的问题。换句话说就是,造潜艇、航母用特种钢考虑的不只是屈服强度,也不是屈服强度越高越好,即便是屈服强度为2200MPa,其它指标达不到要求,也是白搭——用不了。选用何种钢材,需要对各方面的指标进行综合考量,取其最优者。比如说18Ni(350级)马氏体时效钢,它的屈服强度至少能够达到2400MPa,但是它的抗冲击能力达不到要求、韧性差,在潜艇制造中就无法使用。


我国的航母、潜艇用特种钢全部由我国自主生产,其中在国产第一艘航母的建造用钢中,鞍钢担负了70%的航母用特种钢,包括航母甲板钢、球扁钢等关键型号钢材。鞍钢产的航母用特种钢的屈服强度为690兆帕,完全符合航母用钢要求。2008年6月25日,《宝钢日报》报道称,“屈服强度1100兆帕的超高强度钢日前在宝钢研制成功,并实现批量供货”。根据央视的报道,2013年8月,鞍钢就已经完成了为首艘国产航母提供甲板钢、球扁钢等关键型号钢材的任务。另外,我国已经在039B型常规潜艇上使用了屈服强度达1000MPa的国产特种钢材。


即便是同一种钢材建造出来的潜艇,它的下潜深度也不同:差距很大。美国的HY80和HY100是美军潜艇、航母的主要结构用钢,HY80的屈服强度为550,洛杉矶级核潜艇用的就是这种钢材,弗吉尼亚级攻击型核潜艇用的也是它。但是“洛杉矶”级核潜艇的早期型下潜深度只有300米,后期型却高达450米。决定潜艇耐压壳的性能高低的因素,除了钢材本身的性能之外,还有很多其它方面的影响因素,比如潜艇外型、弯板技术、焊接技术等等。所以说,仅从材料问题上去找差距的原因,并不可取:材料只是决定性能的因素之一,并非全部。


HY100的屈服强度690MPa,美国海军的“海狼”级攻击型核潜艇用的就是HY100钢。至于美国的HSLA80、HSLA100这两种特种钢,屈服强度分别与HY80、HY100相当,但是它们的其它性能更好,比如说焊接性。目前,美国海军潜艇、航母的建造已经开始大量应用这两种特种钢。至于有人说“潜艇耐压壳用特种钢的屈服强度需要达到1100兆帕之上”,不知道这是哪来的根据。根据资料,只有俄罗斯潜艇用特种钢的屈服强度达到了1175MPa,美国的HY156、日本NS110的屈服强度为1078MPa。还有一点需要说明,这些国家并不是都用的屈服强度最高的特种钢。

世界主要国家潜艇用钢性能对照表


儒道之主


最近一年来,有一则假新闻铺天盖地:中国屈服强度为2200MPa的超级钢研制成功,比美日发达国力高出一倍。使我国核潜艇下潜深度达到900米。

这则假新闻中还称,在央视节目《原来如此》中,详细介绍了这种超级钢。

而我刚好看过那期《原来如此》,节目中的所谓的超级纲,并非2200兆帕,而是不到500兆帕的钢材。

另外,《科学》杂志刊登的,是抗拉强度2200兆帕硬质合金。而不是屈服强度2200兆帕的超级刚。【抗拉强度与屈服强度是两个完全不同的概念】这种抗拉强度2200的硬质合金,难以焊接,耐腐蚀性差,不能用来生产潜艇外壳和航母甲板,只能用来做车刀的合金刀头,用途十分狭窄。


不过,最近几年,我国确实在钢材领域取得突破。

郑州永通特种钢材研制的S600E特种不锈钢,屈服强度达到600兆帕。

鞍钢生产了690兆帕的航母用钢。宝钢为新型潜艇生产了1000兆帕的特种钢。

张召忠教授也称,中国也是在最近几年,刚刚研制出新型潜艇使用的特种钢。张教授所言的,就是1000兆帕的超级钢。


以美国为例,航母和弗吉尼亚级核潜艇使用的是屈服强度为550兆帕的HY—80特种钢。海狼级核潜艇使用的是屈服强度690兆帕的HY—100特种钢。

中国最新型潜艇使用的特种钢屈服强度突破1000兆帕,大幅度超越美国最新型弗吉尼亚级潜艇的550兆帕,这一点是真实的。

并且,中国最新型核潜艇采用最先进的无轴泵喷技术,静音性能也超越美国最新型核潜艇。

下潜深度和静音性能均领先全球,使我国拥有世界上隐蔽性最佳的核潜艇,成为真正的大洋黑洞。


杨朱学派


超级钢是真的,但是这件事情上有个误区:它恐怕不能用来造核潜艇。


超级钢这件事情肯定是真的,不仅新华网报道了,相关论文也发表到了全球顶级学术期刊《科学》杂志上。


北京科技大学、香港大学和台湾大学联合研发了一种屈服强度2200MPa,延伸率大于15%的钢,由于采用了Deformation and Partitioning来同时提高钢铁材料强度和韧性的新工艺,又被称为D&P钢。但是严格地来讲,这种钢的名字还没有定下来,而从发表实验室学术论文到实际运用还有一段距离。


而网传的S600E钢是郑州永通特钢研制的一种屈服强度600MPa、延伸率20%的高强度索氏体不锈钢,和属于中锰钢D&P的相比,两者的合金方式完全不一样。虽然S600E也很好,地震能量吸收能力是日本最高水平的高强抗震钢的2~3倍,但本质上它和D&P钢是两回事。


对于D&P钢而言,由于包括了10%锰,0.47%碳,2%铝,0.7%钒等元素,属于难焊材料,焊接难度大、工艺复杂,技术要求高,所以目前来说恐怕还不能像网传的那样用于制造潜艇外壳。


并且由于该成果还处于学术论文阶段,还没有获得冲击韧性,疲劳韧性,工艺性,耐腐蚀性,高温低温性能,焊接性能等一系列工艺参数。研究负责人之一的北京科技大学罗海文教授也坦言,目前超级钢只存在于实验生产线,如果需要工业化生产,还要对现有钢铁企业的相关设备进行技术改造,并不能马上直接生产。

但我们同时也要看到,中国的材料科研正在进步,D&P钢的确也可以达到论文中的性能,只是现阶段还不成熟。毕竟工业化不是一朝一夕的事情,我们不用否定它的优势,也不必过于乐观。


最后讲一点,对于建造“蓝鲸1号”这样的超级工程装备以及096新型核潜艇,中国必然也会有适合它们的其它种类“超级钢”。但由于很多国家都对中国的这项技术虎视眈眈,超级钢的锻造方法和工艺参数应该会进行严格保密,所以我们不用过度猜测到底D&P钢会被用在哪里,在中国材料科研水平不断提高的今天,总有合适的「超级钢」被用到合适的地方。



高挺观点


2017年8月24日由中国京港台三地科学家共同研制的超级钢S600E诞生了,S600E实现了超过2000兆帕的屈服强度。因为S600E实在中国科技大学的研究室研制而成,所以,若要将要工S600E业化生产,仍需要对现有钢铁企业的相关设备进行技术改造,才可直接生产。



那么这个2000兆帕是个什么概念呢?举个简单例子:海上航行的民用船只,只需250兆帕的钢材即可,而常规军舰300兆帕就可以,像航母这类大型军舰,因为要承担飞机起飞,钢板屈服度需要达到800兆帕才可,而素有大国利器之称的核潜艇则需要1100兆帕以上,之前俄罗斯潜艇使用的高强度钢处于世界领先水平,屈服强度达到了1170兆帕,而中国最新研制的S600E,2000兆帕的屈服度超越美俄德日两倍,关键是重量只有普通钢材的70%。



后来央S600E还上了央视一个叫《原来如此》的科协节目,节目中用金刚钻去钻超级钢,超级钢没事,金刚钻钻头断了。“好钢用在刀刃上”可见其强度匹敌钛合金,同时成S600E成本更低、材料易得、只需普通制作工艺等优越条件,这对于我国在海军舰艇领域有如神助,也为国家节省大量金钱!


栋哥曰


我国科技工作者取得这样先进的世界性科研成果,作为老工程师的小编也是与有荣焉,不过后续的有些报道就显得不够专业了,好多人都说比欧、美、日等国1000Mpa左右的钢材强度高了两倍多,如果用在关键行业与设备上,比如核潜艇制造中性能会有如何大幅度的提升等等。

实际上大家对钢材的牌号与性能了解的不够全面或者说是有些误解,小编虽然不是搞材料方面工作的,但也接触过一些相关内容。核潜艇包括航母等设备上的特种钢与一般工业用特种钢性能要求差异很大。可以说潜艇用钢是低合金高强度钢中性能要求最严格的一类钢,主要有高屈服强度、高韧性和高抗爆性、良好的焊接性、良好的耐海水腐蚀性能和抗低周疲劳性能等。如上图所示的世界主要国家潜艇用钢性能对照表,可以看出俄罗斯水平是目前最高的,其屈服强度也不过1200Mpa。而按目前的工业水准,“超高强度钢”一般是指屈服强度在1370MPa以上,抗拉强度在1620MPa以上的钢材。比如非常典型的300M钢,广泛用于飞机大梁、起落架、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等,它的屈服强度可以超过1800MPa。另外还有变态的18Ni(350级)马氏体时效钢,其屈服强度高达2400MPa甚至更高。 但过这些强度更高和超高的钢材确无法作为核潜艇与航母这类大型舰艇的主体结构材料使用,原因简单点说可以用“木桶理论”来解释,舰艇钢需要的是综合性能,它的8大基本指标是不能有短板的,而上述这些超高强度的钢材都存在或多或少的一些致命短板,比如300M是中碳钢,它的焊接性能相对较弱,18Ni(350级)钢则是韧性较差,抗冲击能力不达标。


资深机械设计师


超级钢是一种什么钢

超级钢也被称为“微晶钢”,是一种超高强度、低合金含量的特种钢材。也就是说,超级钢就是通过各种工艺方法,将普通碳素结构钢的铁素体晶粒细化,从而使其强度大幅度提高的钢材。

众所周知,在国际上通常使用指标“屈服强度”来衡量特种钢的性能水平,计量单位是MPa(兆帕)。比如,普通的民船用钢的屈服强度最多有250Mpa,中小型军舰用钢需达到300Mpa以上,而新型航母用钢至少不能低于600Mpa。


因为没有超级钢中国忍辱负重

日本媒体曾经洋洋得意地宣称:中国因为特种钢材技术落后,其常规潜艇只下潜200米左右,核潜艇的下潜也不超过300米,这远远不是下潜500米的苍龙级的对手。可以说,中国超级钢落后是一个客观实事,中国只能忍辱负重。

中国超级钢横空出世一鸣惊人

  • 2017年8月,全球的顶级学术期刊《科学》杂志刊登出一则消息:中国成功研制出屈服强度高达2200MPa的“超级钢”并实现批量生产,此消息如同重磅炸弹一般令人震惊的,中国是目前唯一实现了“超级钢”工业化生产的国家。

  • 2017年12月12日,《解放军报》报道,中国特钢企业协会、冶金工业规划研究院、郑州永通特钢有限公司联合发布新闻:我国研发团队自主研发并命名的“超级钢”——索氏体高强不锈结构钢S600E正式面世。据介绍,SE600的屈服强度达600兆帕,即使在-40℃条件下,也表现出良好的抗冲击性能。

从这两则消息看,中国超级钢俨然正式问世。

中国超级钢的重大意义

中国潜艇的下潜深度可能达到1000米左右。因为:美国HY130型特种钢材屈服强度超过900MPa,其海狼级核潜艇的潜深才600米;日本的NS110型特种钢材为1080MPa,其苍龙级常规潜艇潜深为500米。假如,中国造出屈服强度高达2200MPa的“超级钢”,那么中国潜艇的潜深必将无法估量。


武器风暴眼


据《Nature》报道,中国成功研发出一款“超级钢”,具有最优的强度和延展性的结合,领先于世界。其2200Mpa硬度超越美俄德日两倍多,并且重量比普通钢材还轻30%,这对于军工制造来说意义非凡,足以让中国新一代核潜艇大步跨越。

通常的低密度钢成分体系主要有Fe-Mn-Al-C 系、Fe-Mn-Si-Al 系。材料体系中两个性能常常是相悖的,即强度和延展性之间的对立。金属材料的强度会随着位错密度单调增长,同时延展性随位错数目的增多而减弱。但是通过改进合金组分和加工策略可以避免两种性质对立的局面。因此,如何在温和的加工过程中利用价格低廉的材料实现高位错密度下的高延展性是工业应用中亟待解决的问题。

1)其中北技大罗海文发展了一种变形分区策略来解决上述问题。研究人员利用轧制和低温回火过程将中锰钢成功发展为超级钢(10%锰,0.47%碳,2%铝,0.7%钒)。这其中锰和碳原子都是奥氏体稳定剂,而铝的作用是抑制了回火过程中渗碳体的析出,钒的加入则可以形成碳化物来增强对滞后断裂的抵抗性。通过引入大量的可移动位错,研究人员成功地证明了提高位错密度能够同时提高材料强度和延展性。

2)北科大吕昭平通过高密度纳米析出相和降低晶格错配策略,实现高度弥散,完全的共格析出相与基底表现出非常低的晶格错配和很高的反相边界能,实现不降低韧性下同时强化合金。研究者制备了一系列钢,利用Ni(Al,Fe)析出相进行强化,使合金强度提高到2.2Gpa,同时还具有很好的延展性(大约8.2%)。与传统马氏体时效钢相比,析出相的化学成分能大幅度削减成本。

[1] HE BB, HU B, YEN HW. High dislocation density-induced large ductility in deformed and partitioned steels[J]. Science, 2017, 357:1029-1032.

[2] JIANG S, WANG H, WU Y. Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation[J]. Nature, 2017, 544:460-464.


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