仅0.015mm!手一撕就破,却能为航天护航!“手撕钢”有何奇特之处?

材料天团 2023-11-10
2668 字丨阅读本文需 7 分钟

飞机为了确保能够安全地运送人员和货物,必须具备耐用、强度高且可靠的特性。为了制造出可靠的飞机,工程师和航空工业中的其他专业人员会特别选择用于发动机部件和其他组件的特定金属。在航空工业中最常用的金属包括铝、不锈钢、钨和钛。铝因其轻质、耐用和抗腐蚀的特性而在航空工业中非常受欢迎。使用铝制成的组件可以使飞机轻盈、强度高、耐用且燃油效率高。

不锈钢是航空工业中另一种受欢迎的金属,它耐用且质量上乘。不锈钢及其合金因其抗腐蚀性和能够承受高温的特性而广泛应用。常用不锈钢制造的部分包括着陆装置组件、发动机组件和执行器。尽管不锈钢的厚度可能仅有0.015毫米,但其结构的设计和合金的特性使其即使在极薄的情况下也能承受巨大的压力和冲击,这是它能成为飞机保命符的关键。

太钢手撕钢厚度仅0.015mm

2020年9月8日,山西太钢不锈钢精密带钢有限公司发布消息,在箔材薄化上实现重大突破,更薄“手撕钢”面世,厚度仅0.015mm,在极限厚度0.02mm的基础上再降0.005mm,将用于新能源汽车电池。它的厚度只有A4纸的四分之一,很容易用手撕开,被称为“手撕钢”。这种“手撕钢”,学名为不锈钢箔材,属于精密不锈钢带钢的一种。其厚度是A4纸的四分之一。也正是因为这样的厚度,手撕钢能够被多次对折而不断裂,可以直接用手像撕纸一样撕开。

这种手撕钢在国防、医疗等多个领域,都是万金油一般的存在,因为我国之前没有自主研发生产的能力,每年还需花费上亿美元从国外进口。1998年,中国就建设了精密带钢生产线。但是在2012年之前,最多都只能轧出0.1~0.5毫米的钢板。直到2016年,山西太钢才正式成立了手撕钢项目。

手撕钢制造的原理其实并不复杂,它的过程只是将一块厚钢板通过设备压擦成超薄的钢箔,听起来就像是擀面团一样简单。但实际上,制造不锈钢箔并非易事,它面临着变态的技术要求。厚度精度的要求必须控制在0.001毫米以内,而宽度精度需要在0.1毫米范围内保持稳定。此外,表面粗糙度的要求也极高,对晶粒度的控制同样严格。例如,对于厚度小于0.025毫米的不锈钢带材,晶粒度必须达到7~9级,因为这直接影响到其拉伸强度、韧性和塑性等机械性能。

由于钢材的物理性质,这个过程具有一定的困难。首先,在不锈钢带进行冷轧时,经过设备处理后会变得更加坚硬。冷轧过程中的变形越大,加工硬化程度就越高,因为分子之间的距离很难被压缩,这限制了钢材的最小厚度。第二个原因是,在生产特定厚度规格的不锈钢带时,厚度的变化会受到宽度的影响。当宽度增加时,厚度的变化变得不均匀,挤压过程会产生复杂的内部应力,可能导致钢箔的厚度差异和失效。

此外,生产超薄钢箔需要确保其厚度和宽度的均匀性,同时还要保证表面的光滑度和平整度。因此,在采购3毫米厚的钢板时,对冶金和加工的要求非常高,不能有任何划痕或损伤。

薄如蝉翼功效却甚多

“手撕钢”,广泛用于从航空航天到手机生产在内的一系列现代领域之中——大到航天隔热件,小到手机面板或者是装饰元器件,甚至纽扣电池的内部结构,都与所谓的“手撕钢”脱不开任何的联系,甚至连现在最先进的所谓折叠屏手机,其柔性可弯折屏幕的背板,实际上用的就是这么一种名字为“手撕钢”的材料来制作的。

比如我们都比较熟悉的苹果公司。2015年,国产精密不锈钢带钢材料通过了苹果公司的认证,成为了制作苹果Logo的材料。苹果手机Logo之所以有一种似镜面非镜面的效果,就是因为手撕钢的材质特性。

尽管“手撕钢”看起来弱不禁风,甚至能够被人徒手撕开,但这并不代表这种看起来“脆弱”的材料就是低价值产品,高端的超薄“手撕钢”价格之高昂,甚至可以达到这种材料是按照以克为单位对外销售,而并非如同一般的粗钢一样,按照吨为单位来对外销售的——作为精密产品的“手撕钢”,整条圈带的厚度必须被控制在0.025毫米一下不必要说,其厚度也必须均匀,一整条长的长的手撕钢钢条带,前后厚度误差绝对不能超过0.001毫米,而且还要在这个均匀度上保证一定的强度,以及足可以当镜子使用的超高光亮度。

更重要的是,手撕钢是高精密度产品的同时也是批量产品,一家生产“手撕钢”的钢厂必须能够确保其连续生产的大量产品均保持以上的优秀品质,才能算是一家合格的,能够大量生产“手撕钢”的工厂,所以,一家工厂倘若想要生产“手撕钢”,不仅要有大量的先进设备,而且每一个在这一条生产线上发挥作用的工人都必须有着一定的技术水平、良好的耐心和充足的责任感,才能确保“手撕钢”批量生产的稳定。

自我国首次实现0.015毫米“手撕钢”研发和生产的重大突破,成功量产这一级别的特殊材料以后,中国在“手撕钢”上的技术水平已经达到与日本持平的等级,借助于中国同级产品成本最低的绝对优势,这种国产特殊材料已经远销多国,就算连美国也要排队预购,以免买不到这种质优价廉的先进产品——随着中国的钢铁产业再创辉煌,以及材料学上的快速进步,像是高新技术科学、能源和信息产业这样的应用科学,必然将会得到更为有力的帮助,从而继续快速发展。

金属材料制造业的发展

金属材料制造业是现代工业领域的重要组成部分,对于各个行业的发展起着关键作用。近年来,中国的金属材料制造业取得了显著的进步,通过技术创新和持续发展,不断提升产品质量、降低成本,并在全球市场中取得了良好的竞争地位。

首先,中国金属材料制造业在产品质量方面取得了显著进步。以钢铁行业为例,中国是全球最大的钢铁生产国之一,其钢材质量不断提升。根据数据显示,中国的高品质钢材产量持续增长,具备了满足国内外高端市场需求的能力。例如,中国制造的高强度钢材在汽车制造领域得到广泛应用,提高了车辆的安全性和燃油效率。

其次,中国金属材料制造业在技术创新方面取得了令人瞩目的成就。以航空航天领域为例,中国自主研发了一系列关键金属材料,如高温合金、超高强度钢等,在航空发动机、航天器结构等方面取得了重大突破。例如,中国研发的航空发动机用高温合金材料取得了重要进展,提高了发动机的工作温度范围和效率。

另外,中国金属材料制造业在环保方面也取得了显著进步。随着环保意识的提高和政府政策的支持,金属材料制造业在减少能源消耗、降低污染排放方面采取了一系列举措。例如,中国钢铁行业通过技术改造和产能优化,实现了绿色生产和资源循环利用。根据数据显示,中国钢铁行业的单位能耗和污染物排放量持续下降,达到了环保要求。

此外,中国金属材料制造业在数字化和智能化方面也取得了重要进展。通过引入先进的信息技术和智能制造技术,金属材料制造业实现了生产过程的自动化和智能化。一些金属材料制造企业引入了物联网、大数据分析等技术,实现了生产过程的精细化管理和质量控制。这不仅提高了生产效率,还降低了生产成本,并为企业提供了更多的发展机遇。

随着航空工业技术的不断进步,对材料的要求也在不断提高。未来的飞机设计可能会采用更加先进的合金材料,或者是全新的复合材料,以实现更高的性能和安全标准。工程师和科学家正不断研究如何在保持材料轻盈的同时,进一步提高其强度和耐用性,这将使得飞机更加安全,同时也更加环保和经济高效。超薄钢材的技术也将继续发展,以适应航空工业对材料性能的严苛要求。

文章来源: 科普启示录,大小王看新闻,霹雳火科技,宇宙天文眼

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