揭秘“手撕鋼”_風聞
马氏体-2022-05-25 10:54
薄如蟬翼，手撕即破，你能相信這是不鏽鋼嗎？
這就是太原鋼鐵集團（簡稱“太鋼”）研製的“手撕鋼”。能夠被手撕開，是因為它的厚度非常薄，只有0.02毫米，不到普通A4紙厚度的四分之一，但一張A4紙大小的手撕鋼，價格就高達400元。
專業地講，手撕鋼是一種不鏽鋼箔，即厚度在0.1毫米以下的不鏽鋼精密帶鋼。
不鏽鋼箔的生產難度巨大，但用途非常廣泛而重要，可被用於航空航天、石油化工、軍工核電、高端電子、柔性顯示、柔性太陽能電池、儲能電池等領域，因而數次登上中央電視台，也得到領導人的高度評價。
不鏽鋼箔用在柔性顯示屏上（即厚度0.03毫米的“柔性屏鋼”）是非常容易理解的，因為超薄不鏽鋼在具有良好的變形能力的同時仍能維持一定的強度，能夠支撐起屏幕而允許屏幕高達20萬次的反覆摺疊。至於在其他領域的應用，網上則語焉不詳。
作為一種超薄金屬材料，不鏽鋼箔能夠以非常輕的重量實現電磁屏蔽；作為耐腐蝕的不鏽鋼材料，它亦可作為航空航天和電池的包裝材料。但有一項用途你或許想不到——核反應堆的隔熱保温材料。上面截圖是太鋼在接待訪客時，屏幕上正在播放的太鋼不鏽鋼箔在核電領域應用的宣傳視頻。
這種隔熱材料被稱為金屬反射式保温層，由外部的盒體和內部層層排列的金屬箔（厚度0.05毫米左右的不鏽鋼箔或鋁箔）構成。光亮的金屬表面能夠反射熱輻射，盒體內的空腔降低了熱傳導。密集排布的金屬箔除了起到層層反射熱輻射的作用，還把空腔割裂成一個個非常狹小的區域，阻礙其中的空氣對流。這樣的保温材料具備和非金屬保温材料相似的保温性能，且具有重量輕、強度高、耐老化、無腐蝕、無粉塵、易清潔（哪怕沾染上放射性物質，用水一衝就好了）、可在浸水的條件下使用等優勢，被大量應用於核電、火電、化工等領域。
除了在正常運行狀態下給300多度的反應堆保温隔熱，保温層在確保核電安全上亦能起到十分重要的作用——當反應堆異常升温數百度而造成堆芯熔化事故時，向反應堆壓力容器外壁和保温層內壁之間注水，冷卻壓力容器，防止壓力容器被熔穿，從而把放射性物質“封印”在壓力容器內，防止泄漏。
為了獲取自主研製的保温層導熱能力的第一手資料，科研人員必須要鑽到反應堆壓力容器外壁與保温層內壁之間的狹小空隙內，緊挨着壓力容器300多度的高温採集數據（上圖為中廣核廣東陽江核電站3號機組，採用中國自主品牌的二代核電技術CPR1000）。沒有哪一項自主技術的突破是能夠輕而易舉取得的，正是無數人在各自的行業裏做出自己的貢獻，才換來我國科技實力的長足進步。
怎樣，是不是覺得不鏽鋼箔的戰略價值非常巨大？
那麼，這種材料是如何生產出來的呢？
讓我們走進中國第一爐不鏽鋼的誕生地、我國重要的不鏽鋼專業生產商——太原鋼鐵集團（屬中國寶武鋼鐵集團旗下）的精密帶鋼生產車間。
和大部分薄鋼板一樣，手撕鋼是冷軋出來的。不過，手撕鋼挑戰的是“薄”的極限，每減薄0.01毫米，都是巨大的考驗。
軋製手撕鋼用的是二十輥軋機。
直觀地想，要軋製的鋼材越薄，為了精準發力，軋輥的直徑就要越小，尤其是對不鏽鋼這種具有較強加工硬化效應的材料（隨着加工變形，強度提升，使後續變形加工變得更加困難）。然而，過細的軋輥的剛度很差，容易變形。為了解決這一對矛盾，多輥軋機設置了多根支撐輥和中間輥，層層傳遞力量，對與鋼材“硬碰硬”的工作輥進行支撐。所謂二十輥軋機，就是一共有20根軋輥，在鋼材上下分成兩組，每組包括4根支撐輥、5根中間輥和1根工作輥。
軋輥看起來都是筆直的圓柱體，其實形狀上有肉眼難以察覺的細微差異，比如中間粗兩邊細的凸型、一頭粗一頭細的錐形等等，軋輥的形狀和軋製的力度決定了軋出的鋼材能否做到均勻平整。從不同軋輥的數萬種排列組合中找到最佳組合，是軋出手撕鋼的訣竅之一。
軋輥的精確形狀是靠磨牀精密研磨加工出來的。
軋製過程中的張力控制也是關鍵因素。張力過小，帶鋼易發生褶皺打卷，即“抽帶”；張力過大，則易拉斷帶鋼，即“斷帶”。張力與壓力要做到精準匹配，就好比手藝精湛的大廚才能擀出薄如蟬翼的餃子皮。
剛剛軋製出的不鏽鋼箔處於硬化狀態，需要經過退火軟化才能提供給下游用户使用，且熱處理（包括加熱和冷卻）過程還有調整鋼材內部組織結構的作用。因鋼種不同，加熱温度在900~1150℃。另外，加工過程中積累的應力使得不鏽鋼箔變得皺巴巴的，而退火能夠消除應力，從而把帶鋼拉平。
不鏽鋼退火使用的是光亮退火爐，由氫氣和氮氣氣氛提供保護，防止不鏽鋼在高温退火過程中發生氧化，併除去鋼材表面的氧化物，使鋼材光亮如鏡。（對比上下兩圖，上圖退火之前鋼材表面佈滿深色氧化斑點，下圖為退火後）
連綿不斷的帶鋼進入太鋼的光亮退火爐，在其中穿行數百米，經歷加熱、冷卻等諸多温度段，才能得到成品。在退火之前，還要先經過鹼液洗滌，去除帶鋼表面的油脂（軋製過程中加入的起潤滑和冷卻作用的軋製油）。
長期以來，世界上只有德國和日本等少數國家能夠生產厚度在0.02毫米的超薄不鏽鋼箔，我國只能高價進口這種戰略材料，每年進口金額超百億元。
從2016年開始，太鋼投入兩年時間，終於軋製出我國最薄的0.02毫米不鏽鋼箔，而寬度可達600毫米，成為世界上唯一能夠生產寬幅超薄不鏽鋼精密帶鋼的企業（德日企業只能軋製幅寬在350-400毫米的不鏽鋼箔），還取得了出口德國的業績。
2020年8月16日，全世界最薄的0.015毫米寬幅不鏽鋼箔在太鋼成功下線。儘管日本東洋精箔能夠軋製出0.01毫米的世界最薄不鏽鋼箔，但只能做出窄幅寬的產品。在追求更薄更寬的道路上，太鋼不會止步。在追求更高更強的道路上，中國鋼鐵行業不會止步。
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參考資料：
中央電視台. 《鋼鐵脊樑》第5集鋼魂鐵志.（34:08開始）
中央電視台. 《壯麗70年奮鬥新時代——共和國發展成就巡禮》世界最薄柔性屏鋼，太鋼造！http://tv.cctv.com/2019/07/23/VIDEqRg2TSAqnGGZDhlL50R9190723.shtml
吳川林.金屬反射型保温材料的性能與應用.電力建設,1991(11):26-29+33.
劉東傑,冉小兵,戴長年,周萬雲,於曉雷. 改進型反應堆壓力容器金屬保温層設計方案.核工業勘察設計（2014年第4期）.2014:58-63.
程挺宇,鄭鋒,薛為林.精密不鏽鋼帶冷軋生產工藝.金屬材料與冶金工程,2009,37(01):25-27.
張志仁,王中倫. 超薄不鏽鋼專用KT軋機. 太鋼譯文,2010, (4):40-47.
秦海峯. 0.01毫米的一小步，產業發展的一大步. 中國質量報,2019-07-29(001).