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可以手撕的鋼材,中國是如何打破西方壟斷的?

瀏覽次數:715 發(fā)布時間:2024-03-02

先說個冷知識。


當下最流行的折疊屏手機,之所以屏幕能承受幾十萬次的折疊且不變形不斷裂,就是因為在襯底中使用了手撕鋼做掩膜版,增加了折疊性,減輕了機身重量。


掩膜版就是一種特殊的手撕鋼。


曾幾何時,如同芯片被卡脖子一樣,手撕鋼也長期被西方國家壟斷。


西方企業(yè)不僅漫天要價,高端產品人家還不愿賣給我們,國內能見到的,全都是低端貨。


如今,這種情況發(fā)生了巨大變化。


我國不但能造出手撕鋼,而且比國外產品更薄、韌、均勻,加工水平還更先進!


這種鋼究竟厲害在哪里,中國又是如何打破國外壟斷的呢?

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手撕鋼,是一種不銹鋼的箔材,必須控制在0.025毫米以下的厚度,大概只有A4紙的四分之一。


因為足夠薄,直接用手就能輕易撕開,故而得了“手撕”的名頭。

除了超薄,手撕鋼還有很多令人叫絕的特性。


從力學特性來看,手撕鋼的晶粒度(金屬中晶粒大小)達到9級,屬于超細級別。


晶粒越小,代表著強度和硬度越高,延展性和韌性更強。


對于制造柔性屏而言,手撕鋼柔若絹絲,可連續(xù)20萬次翻折而不斷。


從光學特性來看,手撕鋼表面非常光滑,甚至能與日常使用的鏡面相媲美,用來生產柔軟、彎折、粘貼的平面鏡剛好合適,可取代玻璃平面鏡。


手撕鋼本身是不銹鋼,還具有耐弱腐蝕、耐高溫、抗氧化的性質,對電磁波也有良好的屏蔽作用。


具有多種卓越特性的手撕鋼,被廣泛應用在包括航空航天、汽車制造、電子設備等高端制造業(yè)中,日常生活用品和建筑裝飾領域里也隨處可見手撕鋼的身影。


比如航天器的太陽能電池板,在地上的時候是折疊的,到太空中才打開。


太空條件下的材料選擇,耐腐蝕、抗氧化、耐冷熱是基本要求,重量輕、可折疊就有點難度了,外加需要屏蔽電磁波——這么綜合考慮下來,手撕鋼是當仁不讓的最理想襯底材料。

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因為耐高溫、強度高,在航空航天領域,手撕鋼可作為制造噴氣式發(fā)動機燃燒室葉片的重要組成材料,避免因高熱環(huán)境對發(fā)動機工況產生不利影響。


在軍事領域中,需要屏蔽電磁波的電子設備非常多,手撕鋼無疑是不二之選。


在民用領域,手撕鋼的用處也不少。


比如高級的電池,儲能的包裹層要求有一定的耐腐蝕性,還要兼容強度和韌性,以及輕便性,手撕鋼自然成為首選材料。


當下最流行的折疊屏手機,之所以屏幕能承受幾十萬次的折疊且不變形不斷裂,就是在襯底中使用了手撕鋼做掩膜版,增加了折疊性,減輕了機身重量。

手撕鋼作為核心材料,在計算機、醫(yī)療器械、家裝五金、建筑、橋梁、機械制造等領域的高新科技產品中也有很多應用。


手撕鋼無處不在,已經成為不可缺少的材料。


手撕鋼雖好,但也不是想造就能造出來的。


過去近30年間,西方一直壟斷著手撕鋼的制造技術,中國想要,只能買。


2012年之前,我國只能軋出0.1-0.5毫米厚的鋼板,對0.05毫米的低成本、高質量手撕鋼需求量很大,占全球市場八成。


一片普通A4紙大小的手撕鋼,進口價約400元,我國每年要花費大量外匯儲備購買手撕鋼。


而且,當時先進的0.02毫米手撕鋼制造技術被日本和德國等幾個國家牢牢掌握,為了扼制我國在這一領域的發(fā)展,這些國家還對我國禁售高端產品


那么,用厚厚的鋼板制造出薄如蟬翼的鋼箔,難度究竟在哪里呢?


手撕鋼實在太薄,單從厚度和精度上看,制造標準必須控制在0.02毫米以內,誤差則不能超過千分之一毫米。


所以,普通鋼材如果要變薄,那種像打金箔一樣的鍛打工藝就不行了,因為無法保證厚度的均一,只能利用精密控制的帶鋼軋機,將鋼材軋制成手撕鋼。


這是手撕鋼工藝的關鍵。


心急吃不了熱豆腐,軋制鋼材也一樣,需要使用專門的二十輥可逆式冷軋機組進行,把較厚的鋼板一點一點攤薄,最后軋制到0.02毫米厚度。


我國軋制鋼箔基本也是一樣的思路,但當鋼板的厚度被軋到0.05毫米左右時,對機器的要求就更高了。

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到這個厚度時,每軋制一遍,機器上的20個輥子必須重新配備,保證精密的互相配合。


在這個精度下,整套工序當中所有的軋輥共計有幾萬種不同的變化,而正確答案卻只有一個。


還要考慮到鋼箔這時候已經很薄了,仍然需要不停地退火加熱,拉伸矯直,稍不注意就會撕裂斷開。


這么冷熱交替精密控制的軋鋼過程,至少還得來幾回。


這就好比一些網絡游戲中的兵器鍛造,每次鍛造都冒著極大的風險,一旦出現(xiàn)問題,則前功盡棄。


顯然,能經受考驗的鋼材也絕非“凡胎”,鋁、鎂、氧、硫這些不良雜質都必須盡力去除,否則成品率極低。


這就對鋼材的冶煉提出很高要求。


在軋制過程中,手撕鋼的表面也不能留下任何肉眼可見的劃痕,以及印記、花紋、褶皺或卷曲,這就要求相對無塵的生產條件。


因為實在太薄,生產過程中混入的任何微小顆粒,都有可能導致廢品率提高。


由于以上這些制造難點,手撕鋼遲遲無法實現(xiàn)國產。


我國每年進口的手撕鋼,每噸平均價格接近500萬,是國際市場標價的兩倍。


我國曾考慮引進日本生產線,但被日方一口回絕,他們還嘲笑道:中國永遠無法制造手撕鋼。

面對西方國家的技術封鎖,我們除了迎難而上,別無選擇。


這次還是國家隊出手!


2016年初,山西太鋼成立了15人的“手撕鋼”創(chuàng)新研發(fā)團隊,歷時2年多的時間,經過711次試驗失敗——相當于平均每天都要經歷一次試驗失敗——終于攻克了175個設備難題和452個工藝難題,從4萬多種軋輥排列組合中選出一種成功的軋制方法。


整套工藝包括5到6個軋程,每個軋程需要20多道工序,一百多道工序中,不允許絲毫出錯。


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2018年初,團隊成功生產出厚度為0.02毫米,寬幅達到640毫米的手撕鋼,不僅在厚度上打破西方原有的壟斷,還把從前400毫米的寬幅超越了,直接促使國外同類產品的大幅降價。


0.02毫米手撕鋼成功投產后,太鋼的研發(fā)小組并未解散,反而繼續(xù)招兵買馬。


2020年8月,太鋼的手撕鋼技術又一次刷新世界紀錄,最薄厚度達到0.015毫米。


太鋼成為當時世界上唯一可批量生產寬幅軟態(tài)不銹鋼箔材產品的企業(yè)。


2023年,據公司研發(fā)中心主任介紹,手撕鋼的厚度已經能做到0.012毫米。

技術突破的同時,太鋼還積極實現(xiàn)設備國產化。


2023年5月,太鋼3號軋機項目順利通過驗收,開始試生產,這可是一條國產軋機生產線,零部件國產率超過90%,軋機牌坊、背撐軸承、測厚儀均為我國自主研發(fā)。

其中,作為軋機“大腦” 的PLC控制系統(tǒng),采用寶武集團寶信軟件公司自主研發(fā)的產品,可實現(xiàn)高速軋制,高精度軋制,一舉打破國外壟斷。


針對軋制過程中產生的油霧、廢水、噪聲和固體廢棄物污染等問題,新產線采用國內外先進的治理技術和措施,整套設備在能耗、環(huán)保等方面均達到國際先進水平。


不光有太鋼,福建青拓科技有限公司在2023年11月也宣布成功使用國產化設備軋制出0.015毫米厚、600毫米以上寬度的手撕鋼。

我國手撕鋼生產有了雙保險,再也不用擔心卡脖子難題了。


手撕鋼技術的突破,不但造就了鋼鐵行業(yè)的高附加值神話,也帶動了下游領域的發(fā)展。


手撕鋼原材料只要兩萬元一噸,經過加工后,價格只有進口的一半,成品也可賣到200多萬元一噸,科技附加值非常高。


手撕鋼的價格被打下來,各行各業(yè)也愿意嘗試著用其來開發(fā)新產品。


比如醫(yī)療設備行業(yè),利用手撕鋼研制出更柔韌的導管和手術器械;儲能電池也大大普及了手撕鋼,同樣體積的電池,使用0.015毫米手撕鋼,電池容量能夠增加17%。


可以預見,手撕鋼技術帶來的革新浪潮還將持續(xù)擴散。


我愿意把手撕鋼國產化視為一種宣言:


只要下功夫,再難的技術都可以“撕破”!

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