僅厚0.015毫米，用手一撕就會破的鋼鐵，能當飛機的保命符？

twq19810302 · 發(fā)表于 2023-12-22 11:04:12

本帖最后由 twq19810302 于 2023-12-22 11:05 編輯

鋼鐵在很多人眼里都是堅不可摧的存在，但你知道嗎，有一種鋼用手就能撕開，還是打造“國之大器”的不二之選？

手撕鋼工藝要求苛刻

2021年山西太鋼集團生產(chǎn)出了一種“手撕鋼”，學(xué)名為不銹鋼箔材，屬于精密不銹鋼帶鋼的一種。厚度僅為0.015毫米，是A4紙的四分之一。也正是因為這樣的厚度，手撕鋼能夠被多次對折而不斷裂，可以直接用手像撕紙一樣撕開。

這種手撕鋼在國防、醫(yī)療等多個領(lǐng)域，都是萬金油一般的存在，因為我國之前沒有自主研發(fā)生產(chǎn)的能力，每年還需花費上億美元從國外進口。

1998年，中國就建設(shè)了精密帶鋼生產(chǎn)線。但是在2012年之前，最多都只能軋出0.1~0.5毫米的鋼板。直到2016年，山西太鋼才正式成立了手撕鋼項目。
手撕鋼制造的原理其實并不復(fù)雜，它的過程只是將一塊厚鋼板通過設(shè)備壓擦成超薄的鋼箔，聽起來就像是搟面團一樣簡單。但實際上，制造不銹鋼箔并非易事，它面臨著變態(tài)的技術(shù)要求。厚度精度的要求必須控制在0.001毫米以內(nèi)，而寬度精度需要在0.1毫米范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

此外，表面粗糙度的要求也極高，對晶粒度的控制同樣嚴格。例如，對于厚度小于0.025毫米的不銹鋼帶材，晶粒度必須達到7~9級，因為這直接影響到其拉伸強度、韌性和塑性等機械性能。

由于鋼材的物理性質(zhì)，這個過程具有一定的困難。

首先，在不銹鋼帶進行冷軋時，經(jīng)過設(shè)備處理后會變得更加堅硬。冷軋過程中的變形越大，加工硬化程度就越高，因為分子之間的距離很難被壓縮，這限制了鋼材的最小厚度。

第二個原因是，在生產(chǎn)特定厚度規(guī)格的不銹鋼帶時，厚度的變化會受到寬度的影響。當寬度增加時，厚度的變化變得不均勻，擠壓過程會產(chǎn)生復(fù)雜的內(nèi)部應(yīng)力，可能導(dǎo)致鋼箔的厚度差異和失效。
此外，生產(chǎn)超薄鋼箔需要確保其厚度和寬度的均勻性，同時還要保證表面的光滑度和平整度。因此，在采購3毫米厚的鋼板時，對冶金和加工的要求非常高，不能有任何劃痕或損傷。

手撕鋼生產(chǎn)過程如此多艱

通過嚴格控制軋制過程以及采用特殊工藝，供應(yīng)商可以降低手撕鋼的缺陷率。目前常用的工藝方法是采用20輥可逆式冷軋機組，該機組中裝有20個軋輥，一次進入可以連續(xù)進行20次壓制。由于是冷軋工藝，鋼箔在壓制后會變得硬，因此需要進行光亮退火處理。
光亮退火處理是指將鋼箔放入加熱裝置中加熱，然后在密閉空間中自然降溫，避免與空氣中的各種氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種處理可以使鋼箔變得更加軟性，便于連續(xù)冷軋。

為了提高不銹鋼的冷軋成材率，工藝流程包括軋機、光亮退火機組、拉伸矯直機、準備機組、橫切機組和脫脂機組等機組。在這些機組中，研究人員設(shè)置了準備單元，并通過刷油來提高軋件的表面光潔度，以確保表面質(zhì)量的光滑。
更重要的是，軋輥每軋一次，就要重新配比一次，這其中的排列組合有成千上萬種，加上錐度、凸度等變量因素，操作人員需要從這上萬種輥系配比中不斷摸索，才可能得出一個能夠軋制出手撕鋼的合適配比。

技術(shù)研究往往就是這樣一場“拉鋸戰(zhàn)”，并不能指望一蹴而就，無數(shù)次的退火實驗，失敗的次數(shù)更是多的數(shù)不過來。然而，研究人員還是憑借堅定的信念笑到了最后。

2018年，我國終于生產(chǎn)出了世界上第一個厚度為0.02毫米的超薄手撕鋼，一躍成為手撕鋼領(lǐng)域首屈一指的“大佬”。但研究人員沒有就此止步，他們繼續(xù)經(jīng)過了1000多個日夜，711次反復(fù)試驗后，成功做到了將鋼材壓成了0.015毫米的箔材。這是世界上最薄的不銹鋼，可廣泛應(yīng)用于高端制造領(lǐng)域和軍工航天業(yè)。

比如用這種手撕鋼可以制成一種即時加熱的新型復(fù)合材料，為飛機機翼快速除冰，不僅大大降低了能耗，還能減少飛機升空掛冰帶來的安全隱患。

薄如蟬翼，但能做很多

手撕鋼極高的技術(shù)指標要求，也使得其在性能上表現(xiàn)出色。尤其是其耐腐蝕性和穩(wěn)定的理化特性，在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如航空航天、電子元件、精密加工等。

如今山西太鋼集團是全球唯一可批量化生產(chǎn)寬幅超薄不銹鋼精密帶鋼的企業(yè)，一噸常規(guī)鋼材板的價格大概是兩萬元，而0.015毫米厚的手撕鋼一噸的售價是200萬元左右。如此高昂的價格，并沒有對它的銷路有半分影響，許多國際企業(yè)都爭相采購。

比如我們都比較熟悉的蘋果公司。2015年，國產(chǎn)精密不銹鋼帶鋼材料通過了蘋果公司的認證，成為了制作蘋果Logo的材料。蘋果手機Logo之所以有一種似鏡面非鏡面的效果，就是因為手撕鋼的材質(zhì)特性。

精密不銹鋼帶鋼在未來的折疊屏手機上也有廣泛的應(yīng)用前景。三星折疊屏手機的問世，使折疊屏手機走進了大眾視野。盡管目前手機市場主流還沒有折疊屏手機的一席之地，但各個手機制造商都在積極研發(fā)，并投入大量精力。這種精密帶鋼與柔性屏幕的完美結(jié)合，將使得手機屏幕能夠折疊約20萬次而不出現(xiàn)斷裂。
這一技術(shù)的突破將為手機設(shè)計帶來巨大的創(chuàng)新空間，用戶可以享受到更大屏幕的展示效果，同時又能夠在需要時將手機折疊成更小、更便攜的尺寸。

在航空航天領(lǐng)域，手撕鋼的高強度和輕量化優(yōu)勢使其成為理想的材料選擇，可以用于制造輕質(zhì)、高強度的航空部件，有效提高航空飛行速度和減少燃油消耗。

除此之外，手撕鋼還在諸多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。在建筑領(lǐng)域，手撕鋼可用于制造建筑結(jié)構(gòu)材料，例如橋梁、高樓大廈和鋼結(jié)構(gòu)屋頂。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，手撕鋼可用于刀片、鉗子和外科手術(shù)器械等醫(yī)療設(shè)備的制造。在紡織品領(lǐng)域，手撕鋼可以用于制造纖維和布料，提高紡織品的強度和耐用性。

手撕鋼的出現(xiàn)只是材料科學(xué)研究的開端。我國科研人員將繼續(xù)致力于推動材料科學(xué)領(lǐng)域的研究，創(chuàng)造更多世界領(lǐng)先水平的高性能材料。未來，我們有理由相信我國將在新材料、新技術(shù)以及新裝備等方面取得更多突破。