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提到高强度不锈钢,很多人会想到航天领域,这样一种材料不仅需要超高强度,还一定要具有抗腐蚀性能。
今天小编就从这个看似矛盾的材料性能要求入手,探讨中国高强度不锈钢从落后到领先的蜕变故事。
高强度不锈钢是一种兼具强度与防锈能力的特殊钢材,大范围的使用在火箭发动机、航空起落架等高端领域。
传统火箭发动机多使用20T不锈钢,其屈服强度约为300兆帕,而新一代火箭发动机要求材料强度达到1200兆帕以上。
虽然航空钢材300M钢的强度高达1900兆帕,但其抵抗腐蚀能力却难以满足需求,因此并不适合火箭发动机。
不锈钢之所以“不锈”主要依赖其合金成分中的铬元素,不过铬含量越高,材料强度往往越低。这种性能此消彼长的关系,使得高强度不锈钢的研发成为一场高难度的平衡游戏。
当时长征五号运载火箭副总设计师陈建华坦言,每次火箭发动机做完水力实验后,都必须拉回去用高温炉烘干,以防生锈。
更令他感到气愤的是,国外的材料放仓库多年依旧光亮如新,而国产材料却常常生锈。
他指出材料耐腐蚀和抗老化性能与环境紧密关联,即便是国外材料,到了潮湿的海南文昌,也一样会生锈。
不过这番“怼回去”的话语背后,苏杰和他的团队却没有止步,而是加速研发,以回应实际需求。
早在2002年,钢铁研究总院就成功研制出一种名为USS122G的高强度不锈钢,其拉伸强度达到1930兆帕,屈服强度为1500兆帕,与美国的贝尔MS53钢性能相当。
根据中国金属学会所提供的信息,USS122G直至2010年,才开始向外界进行公布;这样一个时间段,其真正得以实现工业化生产的时间是在2022年。
与贝尔MS53的9%铬含量相比,USS122G的铬含量提升至12%,明显地增强了防腐蚀性能。
科研人员并未满足于第三代材料的成果。2020年,苏杰团队发表了一篇论文,宣布成功研发出强度高达2200兆帕的第四代高强度不锈钢。
这一材料不仅超越了贝尔MS53,也大幅领先于我国此前的USS122G,变成全球首个实现2200兆帕级超高强度不锈钢的国家。
与第三代材料相比,第四代高强度不锈钢不仅在强度上提升了15%,还在耐腐蚀、抗疲劳性能上取得突破。
更重要的是,这一成果的背后是理论基础的创新,标志着我国在该领域从模仿到超越的全面转型。
高强度不锈钢的研发并非一蹴而就。例如为了找到最优配方,刘振宝团队烧制了八个炉子的试验材料,一次次比较、改进。
真实的科研往往是枯燥且反复的,但正是这些看似无趣的实验,最终成就了如今的技术突破。
2018年,中国在高强度不锈钢领域还受制于人,而仅仅数年后,这一材料从实验室走向工业化,从追赶到反超。
现在高强度不锈钢早就不是那种让人“卡脖子”的技术了,它已经成了中国材料工业的一张很亮眼的名片。
从第三代USS122G到第四代超高强度不锈钢,中国在这样的领域已完成了直接超越。
以后随着工业化进程不断向前推进,还有新一代材料的研发出来,中国高强度不锈钢的表现很可以让我们一直去期待。
在这场“脖子保卫战”中我们正真看到了科研人员的智慧,与他们的坚持;也感受到了中国科技力量的迅速崛起。