财经|我们不仅做成了世界上最大的金属呼啦圈，还解决了一个世界性难题( 二 )
但实际情况 ， 钢锭可不是说想做多大就能做多大的 。
钢水的凝固过程 ， 它是一个结晶的过程 。 就像水冷却到低温的时候 ， 它会结冰一样 。 钢水凝固的时候 ， 会有像雪花一样的树枝晶 ， 从液体当中析出 。
晶体在析出过程中有一个重要的现象 ， 叫溶质再分配 。
结晶的这个瞬间,这个晶体上的溶质含量跟母液当中的溶质含量,是存在差别的 。
就像妈妈生宝宝一样 ， 两个人的基因和长相 ， 是不可能完全一样的 。
偏析的危害
那么这种溶质再分配现象 ， 就会造成先凝固的金属和后凝固的金属 ， 在成分上存在着差别 ， 这种差别我们称之为偏析 。
那一般来讲 ， 凝固的时间越长 ， 凝固的历程越长 ， 这种偏析就越严重 。
右面两幅图中 ， 不同的颜色代表钢锭里不同元素的含量 。 可以看出来 ， 这个偏析还是很严重的 。
那么偏析 ， 宏观上表现出来的是在钢锭里面 ， 一条一条的黑道道就像一个人运动完之后 ， 脸没洗干净一样 。
一条一条的实际上是里面的元素严重地偏离了正常的水平 ， 而且还富含夹杂物 ， 这是一种冶金缺陷 。
那么这种偏析有什么危害呢？
毫不夸张地来比喻 ， 它就像人体里的癌细胞一样会破坏正常的机体组织 ， 恶化材料的性能 ， 而且最重要的是它会缩短材料的使用寿命 。
举一个例子 ， 2015年4月份的时候 ， 我们国家南方一个核电站在安装从法国进口的蒸汽发生器的顶盖大锻件的时候 ， 就发现在管嘴部位存在严重的碳超标这种现象 。
实际上就是碳偏析这个位置的力学性能 ， 显著低于预期值 。 那么这个大锻件在核电站上还能不能用 ， 国内外的专家存在着很大的争议 。
直到2019年的9月份这个电站才获批装料使用 ， 耽误了整整四年的时间 ， 每天的经济损失 ， 就高达1000万元 。
所以说这个材料的偏析危害有多大 ， 从这个数字上就能够看得出来 。 为了解决这个偏析问题 ， 国际上的众多冶金学者开展了大量的研究工作 。
他们通过改变钢水的凝固过程试图改善这种偏析 ， 但是由于这个钢锭尺寸实在是太大了 ， 凝固速度极其缓慢 ， 每个小时只能冷却一度 。
在这个极其缓慢的冷却条件下 ， 按照美国麻省理工学院弗莱明斯教授的凝固理论 ， 他认为材料是有尺寸效应的 ， 规格越大的材料它里面的偏析越严重 。
规格越小的 ， 这种偏析就越轻 。
那么按照这种理论的话 ， 这个偏析问题是一个无解的问题 。
但是工程上 ， 我们又特别需要材料里面没有偏析 ， 希望它是均匀的 。 以往我们研究团队也跟着国际上这些大牛做一些修修补补的研究工作 。
但是后来我们发现 ， 这个不能彻底解决问题 。 要想真正解决这个问题 ， 还得另辟蹊径 。
以小制大构筑成形
如果我们跳出大锻件用大钢锭制造 ， 这种以大制大思路的局限 ， 到建筑领域去看一看 ， 就能够获得一些灵感 。
所有宏伟的建筑物 ， 都不是用一块大石头雕刻而成的 ， 而是一砖一瓦地构建而成的 。
那么类似地 ， 我们这些国之重器这些大锻件是否也可以用这种方法来成形呢？
受这一思路的启发 ， 我们在国际上率先提出了一种全新的材料加工技术叫金属构筑成形技术 ， 这项技术是采用尺寸相对比较小冷速比较快的金属坯 。
这种小尺寸的金属坯作为构筑的基元就像盖房子的砖一样 ， 然后一层一层地把它叠起来 ， 叠成一个宝塔 。
然后将这个宝塔的层与层之间 ， 通过真空的方式把它封装起来 。 使层与层之间处于一个高真空的状态 。
加热到高温进行反复的大变形 ， 就像揉面一样使层与层之间的界面 ， 完全结合在一起 ， 这样就可以得到一个大尺寸的材料 。
这种材料和传统的钢锭比起来 ， 表面看起来是一样的 ， 但是内部的均匀性要好很多倍 。 这项工作是国际上前所未有的 。
通过这种以小制大构筑成形 ， 就能有望解决大锻件里面存在着偏析这样一个世界性的难题 。
显然 ， 大家最关注的是这么多层 ， 层与层之间能不能结合好啊？
一开始提出这个思想 ， 很多人反对 。
曾经有位资深专家说 ， 你这个方法界面根本没有熔化 。 它不可能很可靠地连接在一起 ， 即使连上了也是虚连 。
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