可以手撕的钢材,中国是如何打破西方垄断的?

作者:正解局

本文转载自:正解局(ID:zhengjieclub)

先说个冷知识。

当下最流行的折叠屏手机,之所以屏幕能承受几十万次的折叠且不变形不断裂,就是因为在衬底中使用了手撕钢做掩膜版,增加了折叠性,减轻了机身重量。

掩膜版就是一种特殊的手撕钢。

曾几何时,如同芯片被卡脖子一样,手撕钢也长期被西方国家垄断。

西方企业不仅漫天要价,高端产品人家还不愿卖给我们,国内能见到的,全都是低端货。

如今,这种情况发生了巨大变化。

我国不但能造出手撕钢,而且比国外产品更薄、韧、均匀,加工水平还更先进!

这种钢究竟厉害在哪里,中国又是如何打破国外垄断的呢?

可以手撕的钢材,中国是如何打破西方垄断的?

手撕钢,是一种不锈钢的箔材,必须控制在0.025毫米以下的厚度,大概只有A4纸的四分之一。

因为足够薄,直接用手就能轻易撕开,故而得了“手撕”的名头。

可以手撕的钢材,中国是如何打破西方垄断的?

徒手撕开手撕钢

除了超薄,手撕钢还有很多令人叫绝的特性。

从力学特性来看,手撕钢的晶粒度(金属中晶粒大小)达到9级,属于超细级别。

晶粒越小,代表着强度和硬度越高,延展性和韧性更强。

对于制造柔性屏而言,手撕钢柔若绢丝,可连续20万次翻折而不断。

从光学特性来看,手撕钢表面非常光滑,甚至能与日常使用的镜面相媲美,用来生产柔软、弯折、粘贴的平面镜刚好合适,可取代玻璃平面镜。

手撕钢本身是不锈钢,还具有耐弱腐蚀、耐高温、抗氧化的性质,对电磁波也有良好的屏蔽作用。

具有多种卓越特性的手撕钢,被广泛应用在包括航空航天、汽车制造、电子设备等高端制造业中,日常生活用品和建筑装饰领域里也随处可见手撕钢的身影。

比如航天器的太阳能电池板,在地上的时候是折叠的,到太空中才打开。

太空条件下的材料选择,耐腐蚀、抗氧化、耐冷热是基本要求,重量轻、可折叠就有点难度了,外加需要屏蔽电磁波——这么综合考虑下来,手撕钢是当仁不让的最理想衬底材料。

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在太空中展开的太阳能电池板(示意图

因为耐高温、强度高,在航空航天领域,手撕钢可作为制造喷气式发动机燃烧室叶片的重要组成材料,避免因高热环境对发动机工况产生不利影响。

在军事领域中,需要屏蔽电磁波的电子设备非常多,手撕钢无疑是不二之选。

在民用领域,手撕钢的用处也不少。

比如高级的电池,储能的包裹层要求有一定的耐腐蚀性,还要兼容强度和韧性,以及轻便性,手撕钢自然成为首选材料。

当下最流行的折叠屏手机,之所以屏幕能承受几十万次的折叠且不变形不断裂,就是在衬底中使用了手撕钢做掩膜版,增加了折叠性,减轻了机身重量。

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折叠屏手机

手撕钢作为核心材料,在计算机、医疗器械、家装五金、建筑、桥梁、机械制造等领域的高新科技产品中也有很多应用。

手撕钢无处不在,已经成为不可缺少的材料。

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手撕钢虽好,但也不是想造就能造出来的。

过去近30年间,西方一直垄断着手撕钢的制造技术,中国想要,只能买。

2012年之前,我国只能轧出0.1-0.5毫米厚的钢板,对0.05毫米的低成本、高质量手撕钢需求量很大,占全球市场八成。

一片普通A4纸大小的手撕钢,进口价约400元,我国每年要花费大量外汇储备购买手撕钢。

而且,当时先进的0.02毫米手撕钢制造技术被日本和德国等几个国家牢牢掌握,为了扼制我国在这一领域的发展,这些国家还对我国禁售高端产品

那么,用厚厚的钢板制造出薄如蝉翼的钢箔,难度究竟在哪里呢?

手撕钢实在太薄,单从厚度和精度上看,制造标准必须控制在0.02毫米以内,误差则不能超过千分之一毫米。

所以,普通钢材如果要变薄,那种像打金箔一样的锻打工艺就不行了,因为无法保证厚度的均一,只能利用精密控制的带钢轧机,将钢材轧制成手撕钢。

这是手撕钢工艺的关键。

心急吃不了热豆腐,轧制钢材也一样,需要使用专门的二十辊可逆式冷轧机组进行,把较厚的钢板一点一点摊薄,最后轧制到0.02毫米厚度。

我国轧制钢箔基本也是一样的思路,但当钢板的厚度被轧到0.05毫米左右时,对机器的要求就更高了。

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二十辊可逆式冷轧机组工程示意图

到这个厚度时,每轧制一遍,机器上的20个辊子必须重新配备,保证精密的互相配合。

在这个精度下,整套工序当中所有的轧辊共计有几万种不同的变化,而正确答案却只有一个。

还要考虑到钢箔这时候已经很薄了,仍然需要不停地退火加热,拉伸矫直,稍不注意就会撕裂断开。

这么冷热交替精密控制的轧钢过程,至少还得来几回。

这就好比一些网络游戏中的兵器锻造,每次锻造都冒着极大的风险,一旦出现问题,则前功尽弃。

显然,能经受考验的钢材也绝非“凡胎”,铝、镁、氧、硫这些不良杂质都必须尽力去除,否则成品率极低。

这就对钢材的冶炼提出很高要求。

在轧制过程中,手撕钢的表面也不能留下任何肉眼可见的划痕,以及印记、花纹、褶皱或卷曲,这就要求相对无尘的生产条件。

因为实在太薄,生产过程中混入的任何微小颗粒,都有可能导致废品率提高。

由于以上这些制造难点,手撕钢迟迟无法实现国产。

我国每年进口的手撕钢,每吨平均价格接近500万,是国际市场标价的两倍。

我国曾考虑引进日本生产线,但被日方一口回绝,他们还嘲笑道:中国永远无法制造手撕钢。

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面对西方国家的技术封锁,我们除了迎难而上,别无选择。

这次还是国家队出手!

2016年初,山西太钢成立了15人的“手撕钢”创新研发团队,历时2年多的时间,经过711次试验失败——相当于平均每天都要经历一次试验失败——终于攻克了175个设备难题和452个工艺难题,从4万多种轧辊排列组合中选出一种成功的轧制方法。

整套工艺包括5到6个轧程,每个轧程需要20多道工序,一百多道工序中,不允许丝毫出错。

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山西太钢不锈钢精密带钢有限公司的生产车间

2018年初,团队成功生产出厚度为0.02毫米,宽幅达到640毫米的手撕钢,不仅在厚度上打破西方原有的垄断,还把从前400毫米的宽幅超越了,直接促使国外同类产品的大幅降价。

0.02毫米手撕钢成功投产后,太钢的研发小组并未解散,反而继续招兵买马。

2020年8月,太钢的手撕钢技术又一次刷新世界纪录,最薄厚度达到0.015毫米。

太钢成为当时世界上唯一可批量生产宽幅软态不锈钢箔材产品的企业。

2023年,据公司研发中心主任介绍,手撕钢的厚度已经能做到0.012毫米。

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0.015毫米厚的手撕钢

技术突破的同时,太钢还积极实现设备国产化。

2023年5月,太钢3号轧机项目顺利通过验收,开始试生产,这可是一条国产轧机生产线,零部件国产率超过90%,轧机牌坊、背撑轴承、测厚仪均为我国自主研发。

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太钢精带3号轧机

其中,作为轧机“大脑” 的PLC控制系统,采用宝武集团宝信软件公司自主研发的产品,可实现高速轧制,高精度轧制,一举打破国外垄断。

针对轧制过程中产生的油雾、废水、噪声和固体废弃物污染等问题,新产线采用国内外先进的治理技术和措施,整套设备在能耗、环保等方面均达到国际先进水平。

不光有太钢,福建青拓科技有限公司在2023年11月也宣布成功使用国产化设备轧制出0.015毫米厚、600毫米以上宽度的手撕钢。

可以手撕的钢材,中国是如何打破西方垄断的?

青拓公司手撕钢厚度实测 截图来源:福安新闻

我国手撕钢生产有了双保险,再也不用担心卡脖子难题了。

手撕钢技术的突破,不但造就了钢铁行业的高附加值神话,也带动了下游领域的发展。

手撕钢原材料只要两万元一吨,经过加工后,价格只有进口的一半,成品也可卖到200多万元一吨,科技附加值非常高。

手撕钢的价格被打下来,各行各业也愿意尝试着用其来开发新产品。

比如医疗设备行业,利用手撕钢研制出更柔韧的导管和手术器械;储能电池也大大普及了手撕钢,同样体积的电池,使用0.015毫米手撕钢,电池容量能够增加17%。

可以预见,手撕钢技术带来的革新浪潮还将持续扩散。

我愿意把手撕钢国产化视为一种宣言:

只要下功夫,再难的技术都可以“撕破”!

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