馬娟娟

不起眼的小鉚釘釀大禍

1912 年4 月10 日，巨輪“泰坦尼克”號(hào)開始了它的首航。4 月14 日深夜11 點(diǎn)，“泰坦尼克”號(hào)撞上冰山。2 小時(shí)40 分鐘后，這艘號(hào)稱“永不沉沒”的巨輪裂成兩半，沉入了冰冷的大西洋，1 500 多名乘客葬身海底。是什么造成了“泰坦尼克”號(hào)的悲劇？

人們根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這場(chǎng)災(zāi)難竟然是因小小的鉚釘而起——為了讓船體的螺絲更輕便，制造者在連接的鉚釘里添加了碳元素。結(jié)果巨輪撞上冰山以后，船體非常容易脆裂，造成海水大量涌入，加速了巨輪的沉沒。

通過小小的鉚釘，我們可以看出材料的重要性，也引出了我們小石頭家族的重要成員——鐵！

鋼、鐵的來源

說起鐵，同學(xué)們一定不會(huì)陌生，“鋼鐵俠”還是一些同學(xué)的偶像。地球的內(nèi)部蘊(yùn)藏著豐富的鐵，那你們知道鐵是從哪里來的嗎？鐵來自浩瀚的太空。像太陽(yáng)這么大的恒星，在氦燃燒殆盡后，核心不再有足夠的溫度進(jìn)行下一步的聚變。對(duì)于質(zhì)量更大的恒星，核心的聚變會(huì)繼續(xù)進(jìn)行下去，直到形成核聚變的最終產(chǎn)物——鐵。

同學(xué)們有沒有想過，為什么人們經(jīng)常把“鋼”和“鐵”放在一起說？其實(shí)，加了碳的鐵就是鋼。所以，鐵和鋼算得上是母子關(guān)系——鐵礦石媽媽通過精煉，可以“生出”鋼小弟，而鐵礦石媽媽的另一個(gè)孩子叫生鐵，兄弟倆的區(qū)別就在于含碳量的不同。

自古以來，鐵與鋼就是重要的軍事戰(zhàn)略資源。春秋時(shí)期，人們就掌握了冶鐵和煉鋼技術(shù)，距今已有2 500 多年歷史。古羅馬人靠著鐵和鋼打造出船只和刀劍，由此建立了古羅馬帝國(guó)。工業(yè)革命時(shí)，歐洲也大量制造鑄鐵，用來建造鐵路、橋梁、艦船等。鋼與鐵同人類社會(huì)的發(fā)展真的密不可分！

巨大的鋼鐵用量

人們喜愛用“鋼鐵巨獸”來稱呼“海上霸主”航空母艦（以下簡(jiǎn)稱“航母”），而航母也確實(shí)代表了人類研究和利用鋼鐵的最高水平。

航母是名副其實(shí)的海上“鋼鐵俠”，其建造所使用的鋼材種類繁多，而且用量驚人。比如，航母結(jié)構(gòu)用鋼要占航母滿載排水量的一半。例如，美國(guó)最后一艘尼米茲級(jí)航母“布什”號(hào)滿載排水量為10.2 萬(wàn)噸，完工后，艦體的結(jié)構(gòu)用鋼重4.7 萬(wàn)噸;英國(guó)伊麗莎白女王級(jí)航母滿載排水量為6.5 萬(wàn)噸，建造中原材料鋼板采購(gòu)了4 萬(wàn)噸。相比而言，載重量15 萬(wàn)噸的民用散裝貨船主船體結(jié)構(gòu)用鋼僅在1.5 萬(wàn)噸以下，甚至比首艘國(guó)產(chǎn)航母山東艦大5 倍的“ 海上浮動(dòng)油庫(kù)”——載重量30.8 萬(wàn)噸的超級(jí)油輪，主船體結(jié)構(gòu)鋼也不超過4 萬(wàn)噸。通過以上數(shù)據(jù)對(duì)比，我們不難看出軍用艦船更加具備堅(jiān)硬的“錚錚俠骨”。

科技滿滿的航母甲板

航母不僅是鋼鐵巨甲，更集成了鑄造巨甲鋼鐵材料的各種前沿科技。

大家關(guān)注過航母的甲板嗎？灰突突的甲板貌似普通，卻是航母艦體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。

航母也被稱為“海上移動(dòng)機(jī)場(chǎng)”，飛行甲板需要承受艦載機(jī)在起飛和降落過程中產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊和高摩擦力，所以甲板鋼材既要有很高的強(qiáng)度，還要有很強(qiáng)的韌性。與此同時(shí)，甲板鋼材還要具有低磁性、耐高溫、耐腐蝕，以及良好的焊接性。鋼板經(jīng)過特殊技術(shù)焊接在一起，不能留一絲縫隙，焊接過程中也不能出現(xiàn)任何裂紋。

最早的航母甲板采用的是木制飛行甲板，后來改為鋼木混合甲板，之后發(fā)展成鋼制甲板。今天，航母甲板主要采用的是復(fù)合材料制作的鋼板，并涂覆特種材料涂層，起到增加摩擦、耐高溫、防腐蝕等保護(hù)作用?？此瓶涌油萃莸耐繉悠鋵?shí)蘊(yùn)含了很多“黑科技”，科技實(shí)力不強(qiáng)的國(guó)家根本造不出來。

如果甲板鋼材不過關(guān)，艦載機(jī)著艦時(shí)就可能通過阻攔索將甲板掀起來。航母甲板如果出現(xiàn)任何問題，就會(huì)導(dǎo)致艦載機(jī)無法正常起降，從而讓航母失去制空權(quán)，后果很嚴(yán)重。

很多人認(rèn)為，為提高航母的抗打擊能力，航母飛行甲板的鋼材一定特別特別厚。其實(shí)在第二次世界大戰(zhàn)之后，隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，航母飛行甲板鋼板厚度現(xiàn)在一般只有5～8 厘米，和一本《新華字典》差不多。但是，鋼板的強(qiáng)度和性能卻比過去高得多，這說明近幾十年，材料學(xué)方面的研究與應(yīng)用進(jìn)展有多么迅速。

因?yàn)橐瑫r(shí)滿足如此多的苛刻要求，所以航母用甲板鋼的性能超過了其他任何一種軍用艦船的鋼材品質(zhì)。全世界僅有美國(guó)、俄羅斯、日本、德國(guó)、中國(guó)等幾個(gè)國(guó)家可以生產(chǎn)真正用于航母建造的甲板用特種鋼，相關(guān)熱處理技術(shù)和元素配比等都屬于國(guó)家機(jī)密。

我國(guó)在航母鋼材的研制上也經(jīng)歷了一個(gè)曲折的過程。我國(guó)雖然在20 世紀(jì)70 年代初就建造出了核潛艇，但是所用鋼材與當(dāng)時(shí)的美國(guó)、蘇聯(lián)還有較大差距。在修復(fù)遼寧艦16 號(hào)的前身“瓦良格”號(hào)航母之前，我國(guó)還難以生產(chǎn)出與“瓦良格”號(hào)航母相同的高強(qiáng)度低合金鋼，這也是“瓦良格”號(hào)買回之后數(shù)年才開始修復(fù)的重要原因，中間的數(shù)年就是在解決航母的用鋼問題。

經(jīng)過艱苦攻關(guān)，我國(guó)終于完全掌握了高強(qiáng)度低合金鋼的冶煉和焊接工藝，從而保證了“瓦良格”號(hào)的修復(fù)、改造，使其成為中國(guó)第一艘航母訓(xùn)練艦，為首艘完全國(guó)產(chǎn)化航母的建造積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

我國(guó)自主研制的航母山東艦17 號(hào)的成功服役，進(jìn)一步彰顯了我國(guó)的綜合國(guó)力和軍事實(shí)力，也為我國(guó)營(yíng)造了更加有利、和平的國(guó)際環(huán)境。