探秘海上“钢铁侠”

马娟娟

不起眼的小铆钉酿大祸

1912 年4 月10 日，巨轮“泰坦尼克”号开始了它的首航。4 月14 日深夜11 点，“泰坦尼克”号撞上冰山。2 小时40 分钟后，这艘号称“永不沉没”的巨轮裂成两半，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”号的悲剧？

人们根据调查发现，这场灾难竟然是因小小的铆钉而起——为了让船体的螺丝更轻便，制造者在连接的铆钉里添加了碳元素。结果巨轮撞上冰山以后，船体非常容易脆裂，造成海水大量涌入，加速了巨轮的沉没。

通过小小的铆钉，我们可以看出材料的重要性，也引出了我们小石头家族的重要成员——铁！

钢、铁的来源

说起铁，同学们一定不会陌生，“钢铁侠”还是一些同学的偶像。地球的内部蕴藏着丰富的铁，那你们知道铁是从哪里来的吗？铁来自浩瀚的太空。像太阳这么大的恒星，在氦燃烧殆尽后，核心不再有足够的温度进行下一步的聚变。对于质量更大的恒星，核心的聚变会继续进行下去，直到形成核聚变的最终产物——铁。

同学们有没有想过，为什么人们经常把“钢”和“铁”放在一起说？其实，加了碳的铁就是钢。所以，铁和钢算得上是母子关系——铁矿石妈妈通过精炼，可以“生出”钢小弟，而铁矿石妈妈的另一个孩子叫生铁，兄弟俩的区别就在于含碳量的不同。

自古以來，铁与钢就是重要的军事战略资源。春秋时期，人们就掌握了冶铁和炼钢技术，距今已有2 500 多年历史。古罗马人靠着铁和钢打造出船只和刀剑，由此建立了古罗马帝国。工业革命时，欧洲也大量制造铸铁，用来建造铁路、桥梁、舰船等。钢与铁同人类社会的发展真的密不可分！

巨大的钢铁用量

人们喜爱用“钢铁巨兽”来称呼“海上霸主”航空母舰（以下简称“航母”），而航母也确实代表了人类研究和利用钢铁的最高水平。

航母是名副其实的海上“钢铁侠”，其建造所使用的钢材种类繁多，而且用量惊人。比如，航母结构用钢要占航母满载排水量的一半。例如，美国最后一艘尼米兹级航母“布什”号满载排水量为10.2 万吨，完工后，舰体的结构用钢重4.7 万吨;英国伊丽莎白女王级航母满载排水量为6.5 万吨，建造中原材料钢板采购了4 万吨。相比而言，载重量15 万吨的民用散装货船主船体结构用钢仅在1.5 万吨以下，甚至比首艘国产航母山东舰大5 倍的“ 海上浮动油库”——载重量30.8 万吨的超级油轮，主船体结构钢也不超过4 万吨。通过以上数据对比，我们不难看出军用舰船更加具备坚硬的“铮铮侠骨”。

科技满满的航母甲板

航母不仅是钢铁巨甲，更集成了铸造巨甲钢铁材料的各种前沿科技。

大家关注过航母的甲板吗？灰突突的甲板貌似普通，却是航母舰体结构的关键部位。

航母也被称为“海上移动机场”，飞行甲板需要承受舰载机在起飞和降落过程中产生的强烈冲击和高摩擦力，所以甲板钢材既要有很高的强度，还要有很强的韧性。与此同时，甲板钢材还要具有低磁性、耐高温、耐腐蚀，以及良好的焊接性。钢板经过特殊技术焊接在一起，不能留一丝缝隙，焊接过程中也不能出现任何裂纹。

最早的航母甲板采用的是木制飞行甲板，后来改为钢木混合甲板，之后发展成钢制甲板。今天，航母甲板主要采用的是复合材料制作的钢板，并涂覆特种材料涂层，起到增加摩擦、耐高温、防腐蚀等保护作用。看似坑坑洼洼的涂层其实蕴含了很多“黑科技”，科技实力不强的国家根本造不出来。

如果甲板钢材不过关，舰载机着舰时就可能通过阻拦索将甲板掀起来。航母甲板如果出现任何问题，就会导致舰载机无法正常起降，从而让航母失去制空权，后果很严重。

很多人认为，为提高航母的抗打击能力，航母飞行甲板的钢材一定特别特别厚。其实在第二次世界大战之后，随着技术的不断升级，航母飞行甲板钢板厚度现在一般只有5～8 厘米，和一本《新华字典》差不多。但是，钢板的强度和性能却比过去高得多，这说明近几十年，材料学方面的研究与应用进展有多么迅速。

因为要同时满足如此多的苛刻要求，所以航母用甲板钢的性能超过了其他任何一种军用舰船的钢材品质。全世界仅有美国、俄罗斯、日本、德国、中国等几个国家可以生产真正用于航母建造的甲板用特种钢，相关热处理技术和元素配比等都属于国家机密。

我国在航母钢材的研制上也经历了一个曲折的过程。我国虽然在20 世纪70 年代初就建造出了核潜艇，但是所用钢材与当时的美国、苏联还有较大差距。在修复辽宁舰16 号的前身“瓦良格”号航母之前，我国还难以生产出与“瓦良格”号航母相同的高强度低合金钢，这也是“瓦良格”号买回之后数年才开始修复的重要原因，中间的数年就是在解决航母的用钢问题。

经过艰苦攻关，我国终于完全掌握了高强度低合金钢的冶炼和焊接工艺，从而保证了“瓦良格”号的修复、改造，使其成为中国第一艘航母训练舰，为首艘完全国产化航母的建造积累了大量宝贵的经验。

我国自主研制的航母山东舰17 号的成功服役，进一步彰显了我国的综合国力和军事实力，也为我国营造了更加有利、和平的国际环境。