昨天在討論我們大口徑艦炮即便造出來也晚了100年的文章中有人回復(fù)電渣重熔技術(shù)。不錯，這個技術(shù)的確是一個用來制造高強(qiáng)度炮管鋼的關(guān)鍵技術(shù)，但是并不代表所有的炮管都是用的電渣重熔鋼材制造。同時，所謂的電渣重熔技術(shù)本身是上世紀(jì)50年代俄國人在搞焊接時候搞出來的一個副產(chǎn)品，到了3/4個世紀(jì)之后咋還當(dāng)作寶呢？又一個“某某行業(yè)皇冠上的明珠”？

那么今天咱們就來聊聊電渣重熔技術(shù)的前世今生好了。

如果要聊，電渣重熔（Electro Slag Remelting，ESR）那么這件事就可好玩了。但是在當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境下，一個中國讀者如果要討論外國技術(shù)的話，就不要對著中文詞匯望文生義。這也是為什么W君在很多文章中提到了一項技術(shù)都會附帶縮寫，甚至是外文原文的原因。有時候能從源頭上知道這個詞匯的寫法就特別有助于對技術(shù)的深入理解。

畢竟咱們不是搞文學(xué)的，也就不懼“張先生跟外國人來往慣了，說話有個特征——也許在洋行、青年會、扶輪社等圈子里，這并沒有什么奇特——喜歡中國話里夾無謂的英文字。他并無中文難達(dá)的新意，需要借英文來講；所以他說話里嵌的英文字，還比不得嘴里嵌的金牙，因為金牙不僅妝點，尚可使用，只好比牙縫里嵌的肉屑，表示飯菜吃得好，此外全無用處。——《圍城》”，中牙縫中的肉屑的說法了。

電渣重熔是俄國人發(fā)揚(yáng)光大的，他們的原文是Электрошлаковый переплав直譯就是 “電-渣-重熔”，Электро-這是電力的前綴，和我們說的電車、火車、汽車中的前綴一樣是說明性質(zhì)，шлак就是爐渣，是這個詞的核心意義。-овый是一個形容詞的后綴，用來把一個名詞轉(zhuǎn)變成形容詞——表示“與…有關(guān)的”，所以說“шлаковый”就是“與爐渣有關(guān)的”。至于переплав就是“重新熔化”的意思了。

переплав

講到這項技術(shù)和前兩天焊航母的一項技術(shù)是有共同點的，這就是“電渣焊”（Электрошлаковая сварка）。

在焊接大且厚的垂直焊縫的時候，用電極融化掉焊釬，讓熔化的焊釬金屬填充材料縫隙，經(jīng)過冷卻后一條巨大的垂直焊縫就被焊接出來了。

在上世紀(jì)30年代，俄國工程師發(fā)現(xiàn)電渣焊的焊縫比母材還要結(jié)實耐用，后來試驗性的將整塊鋼錠吊在渣池里讓它慢慢往下熔，重新凝固出來的金屬竟然比原來的更干凈、更均勻。于是，這個本來是焊接副產(chǎn)品的思路，被斯捷帕諾夫一幫人盯上，正式發(fā)展成了“電渣重熔”工藝。

但是在上世紀(jì)30-50年代冷戰(zhàn)的思維下，很多事情都是保密的或者含糊其辭的。工藝中的“шлак”也就成了爐渣。到了西方社會在60年代開始導(dǎo)入俄國人的技術(shù)，由于“Электрошлаковый переплав”這個詞匯已經(jīng)約定俗成了，于是就變成了“Electro Slag Remelting”，Slag——還是指爐渣。

在冶金術(shù)語中爐渣是屬于廢棄倒掉的那一部分。

冶金工廠在丟棄爐渣

這就給了很多望文生義的人一個誤導(dǎo)，認(rèn)為電渣重熔是從爐渣里面精煉出一些特殊的鋼材。

實際上，ESR里的slag并不是冶煉剩下的垃圾，而是專門配方的高溫精煉劑。它既是加熱介質(zhì)，也是化學(xué)過濾層，能吸附金屬中的氧化物和硫化物，并隔絕空氣防止二次氧化。換句話說，這里的渣是“功能材料”，而不是在垃圾堆里撿漏。

那么這里的“渣”到底是什么？

這種渣的配方可不簡單，一般要配上CaF?（氟化鈣）、Al?O?（氧化鋁）、CaO（氧化鈣）、MgO（氧化鎂），有時還會加點SiO?、TiO?來調(diào)節(jié)溫度適應(yīng)特性、吸附率等特殊的工藝特性——這些都是粉末或顆粒狀的高熔點氧化物和氟化物。丟進(jìn)爐子里，它們在高溫下融成一鍋液態(tài)渣池。

渣池要干三件事、第一是發(fā)熱，ESR不是直接用電流燒鋼，而是先讓電流通過渣池，利用渣的電阻發(fā)熱把鋼電極慢慢熔化，熱得均勻，不會“局部烤焦”。第二是精煉：鋼液和渣接觸，渣會把鋼里的氧化物、硫化物這些非金屬夾雜吸出來，相當(dāng)于一邊熔一邊過濾。第三是阻隔空氣，渣池蓋在鋼液上隔絕空氣，防止二次氧化，還能穩(wěn)穩(wěn)地控溫，讓鋼液從下往上定向凝固，晶粒細(xì)、組織致密。

那么需要煉制的鋼鐵在哪里呢？被做成了電極！

在通電的狀態(tài)下，電極接近了高溫的渣池末端會不斷融化，液態(tài)的合金材料就會繼續(xù)向下滲透，而渣的密度要遠(yuǎn)小于下面的“鐵水”，隨著上面的電極不斷消融下面的合金液體也不斷上升。而渣池就會懸浮在兩者之間形成過濾精煉的關(guān)鍵層。等一個電極消耗完，就可以從熔煉器中取出一塊精煉好的合金了。而更重要的就是這套設(shè)備通常在外部襯層中會通入冷卻水，由于冷卻作用的存在就不會讓合金一直處于液態(tài)。

與傳統(tǒng)技術(shù)“倒鐵水”出來再凝固成金屬錠的方式相比，少了氣液擾動，空氣中的氮元素氧元素就能避免摻雜到成品中。這就提高了合金成分的可控性。

同時，由于是液態(tài)在干鍋內(nèi)迅速結(jié)晶，ESR工業(yè)也可以提高成品的結(jié)晶特性，在控溫后是可以生成單晶金屬的。

這就是基本的ESR工藝了。

說過優(yōu)點，咱們說缺點由于電渣重熔的技術(shù)決定了在坩鍋內(nèi)總是會有一大錠固態(tài)的合金，因此每次一個坩鍋內(nèi)只能熔煉一錠高品質(zhì)合金。熔煉后取出坩鍋內(nèi)的合金（抽錠）也是一個費(fèi)時費(fèi)力的工作。

而且在抽錠的過程中，實際上ESR設(shè)備是處于停工狀態(tài)的。這個技術(shù)就不像開開高爐拼命填料，鋼水像自來水一樣源源不斷流出（連鑄連軋）的傳統(tǒng)工藝那么高產(chǎn)量。這也就是為什么ESR工藝成本高的最根本原因了。

不過，現(xiàn)在的ESR設(shè)備都是設(shè)計成旋轉(zhuǎn)鍋臺的設(shè)計。

一個電極對應(yīng)旋轉(zhuǎn)架上的多個坩鍋，生產(chǎn)效率一下子也就上了了。而且凡事別到了咱們中國人手里，任何行業(yè)規(guī)?；a(chǎn)都是中國人的一個夢想。ESR也不例外，2019年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎頒發(fā)給了這個項目“高品質(zhì)特殊鋼綠色高效電渣重熔關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用”其實就是我們的自主知識產(chǎn)權(quán)電渣重熔設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計到了前年就有60多家鋼廠用了325套，全國的產(chǎn)能早就過了百萬噸級。

而且是更進(jìn)一步迭代的新設(shè)備，“可控氣氛電渣重熔”。

原理簡單說一下，傳統(tǒng)ESR不是在結(jié)錠后可以減少空氣中的氧氮干擾嗎？但是在結(jié)錠前渣池內(nèi)呢？不是還有空氣成分嗎？這個技術(shù)就是往坩鍋里面再通入保護(hù)性氣體，保證了結(jié)錠前的合金純度。

當(dāng)然了，再升級就有真空重鑄（Vacuum Arc Remelting，VAR）

這已經(jīng)成了ESR技術(shù)的再次升級版本。通常是利用ESR的合金再在真空環(huán)境內(nèi)利用電弧再次精煉。所以說，“炮管鋼”用電渣重熔的材料放在上世紀(jì)80-90年代說聽起來比較高端，但是到了現(xiàn)在技術(shù)都升級了好幾輪了，也就沒有太多必要去強(qiáng)調(diào)炮管鋼是電渣重熔的了——畢竟也沒先進(jìn)到哪里去。

回過頭，咱們再說“炮管鋼”，這不僅僅是什么路子煉出來的什么“鋼”，還有一個重要指標(biāo)在于合金配比和后期加工工藝。例如目前世界主流的國家所使用的炮管材料都在這個表內(nèi)：

你會發(fā)現(xiàn)，基本上頂級產(chǎn)品的性能差別都已經(jīng)不是特別的大。

這件事就又回到了誰能低成本規(guī)?；a(chǎn)這個議題上，誰能產(chǎn)的多，誰就能更有優(yōu)勢。不過貌似我們談鋼鐵產(chǎn)能這件事最近20年好像沒輸過吧？

所以回到文章開頭，電渣重熔技術(shù)的確曾經(jīng)是制造高強(qiáng)度炮管鋼的重要一步，但它的高光年代早就停在了上世紀(jì)末。今天的材料體系里，ESR不過是起點，后面還有可控氣氛、真空重熔、雙重凈化乃至粉末冶金等一整套升級路線。單拎“電渣重熔”出來當(dāng)賣點，就好比汽車廣告里大談“四輪驅(qū)動”一樣——重要，但絕不是能說明一切的標(biāo)簽。

真正決定炮管性能的，不只是你用哪種工藝熔的鋼，更在于合金設(shè)計、熱處理控制、機(jī)械加工，以及能否穩(wěn)定、低成本、大批量地生產(chǎn)出同等質(zhì)量的產(chǎn)品。否則，就算技術(shù)名字喊得再響，也難掩它早已不是“皇冠上的明珠”，而只是一顆被歷史拋光過、如今光澤普通的老寶石。

那為啥“電渣重熔炮管鋼”那么讓人心醉呢？其實本質(zhì)上是大多數(shù)軍迷聽到一個詞匯就停止了，并沒有深入的去了解這門技術(shù)以及這門技術(shù)的發(fā)展趨勢。這種事情在我們老家一般叫做“眼窩子淺”。