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“氫脆”真的有這麼可怕?剛完工的巨型油輪,停着沒動斷成了兩截

作者:5樓的男人

1943年1月16日,斯克内克塔迪号油輪在試航歸來後,就停靠在碼頭上。當天天氣晴朗,不遠處的人們在這個晴朗的天氣裡眺望遠處的風景。

突然,一陣金屬撕裂刺耳的聲音,打破了這份難得的甯靜,人們順着聲音望過去,看到令他們終身難忘的一幕。

剛才停在港口好好的斯克内克塔迪号油輪,從中間開始斷裂,随着裂縫越來越大,聲音也越發刺耳,岸邊的人們捂着耳朵,面面相觑,不可思議的看着這一幕。

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這條裂縫是從船體上方開始,裂縫向下延伸到左舷和右舷,裂縫一直延伸到龍骨,造成龍骨也斷裂開來。

最終裂縫擴大,整艘船斷成了兩截,船頭和船尾向下觸碰到了水底,龍骨折斷的地方露出了水面。在整艘船斷裂的過程中,發出巨大并且刺耳的聲音,傳到2公裡之外。

實際上,斯克内克塔迪号油輪并不是第一次發生這樣的情況,之前這種情況也發生過10多次,隻不過斷裂沒有斯克内克塔迪号油輪這次嚴重,斷裂沒有這次徹底,完全斷裂成了兩截的情況。

隻不過之前一直沒有找到原因,為何建立造剛完工的船,停留在水面上沒動,就會斷裂成為兩截了呢?美國方面決定要調查清楚。

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油輪斷裂的原因有些意外

如果是一艘舊油輪,發生這樣的情況,還可以了解。但斯克内克塔迪号油輪可不是一艘老舊的船隻,它是一艘新船,是一艘剛完工的油輪,靠近輪船邊上,甚至能夠聞到一股剛刷上的油漆味。

在調查過程中,發現斯克内克塔迪号油輪,是俄勒岡州天鵝島造船廠建造的第一艘油輪。

整艘油輪原本計劃的建造時間為8個月,然而,當時處于二戰時期,這些建造的油輪都是用來運送物資,在被定下的那一刻,就已經開始為這些油輪安排了任務。

是以這些油輪的建造隻能提前,而不能推後。正是在這種背景下,斯克内克塔迪号油輪的建造速度非常快。1942年7月1日龍骨才安放,船體于10月24日就下水了。

12月31日,下水不到兩個月的時間,整艘船上所有的設施都已經安裝到位,意味着整艘船建造6個月後,就全部完工,比計劃提前了兩個月時間左右。

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當時美國建造速度還是非常快的,由于戰争需要一年要制造數百條新船,并且還不是小船,而是大型船隻或者巨型油輪。

在知道這些資訊後,調查人員心中就有了自己的猜測,第一次建造油輪,并且是在趕工期提前兩個月完工的情況下,那是不是電焊工,在焊接的時候馬虎了,是以導緻焊接沒有達到要求,才會出現新油輪斷成兩截的情況呢?

最終經過專業人士的檢驗,發現焊接都沒問題。最終把問題鎖定在應力、氣候和設計等方面。最終确定斷裂原因為脆性斷裂,而引發的原因是“氫”,也就是“氫脆”。

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什麼事“氫脆”,為何這麼可怕?

氫脆現象在金屬應用中非常常見,其在金屬冶煉、加工、電鍍和熱處理過程中,都會出現這樣現象。

至于為何會出現氫脆現象,目前在科學界有很大的争議,一般認為氫脆現象主要是以下幾個原因導緻的;

1、一些金屬與氫有比較大的親和力,在富含氫的環境中,氫原子會滲入到金屬的内部,過飽和的氫會與原子形成氧化物,形成了原子團簇。

緻使金屬的晶格結構發生變化,這些原子團簇會占據金屬内部的縫隙,形成微小的裂紋,當出現極端天氣,例如天氣寒冷的時候,金屬性能下降,就會出現斷裂的情況。

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2、金屬在煉制的時候,内部溫度非常高,氫氣會滲入金屬中與碳發生反應,形成甲烷,而甲烷氣泡會在金屬中聚集長大,也在金屬中形成一個個看不見的氣泡,在極端天氣下,導緻金屬性能下降,容易出現斷裂的情況。

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3、一般金屬中的原子呈現規則的排列,被稱為晶格,而氫原子由于其隻有一個質子,是以個頭相對較小,當氫原子進入到金屬中的時候,會進入到晶格的縫隙之中。

而當金屬受到應力的時候,由于氫原子的存在,會導緻金屬内部受到的應力分布不均,在材料的内部産生缺陷和微小的裂痕,導緻金屬材料性能下降并且裂痕會延伸,在極端天氣下,這些裂痕會進一步擴大,就會發生斷裂。

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4、金屬在凝固的過程中速度過快,由于之前與氫有過接觸,這些氫沒能及時釋放出來,最終在金屬内部擴散,并且在金屬晶格中不斷地凝聚,形成一個個白點,也就是微小的裂痕。

從目前對于氫脆的研究上來看,氫脆隻能預防,而不能消除,一旦氫脆産生後,将會一直存在金屬内部。

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氫脆現象如何防範

在宇宙中,要說什麼元素最多,那一定是氫元素了,一個恒星系中,重量占比最大的一定是氫元素最多。例如太陽,占據整個太陽系品質的99.8%左右,而氫元素占據了71%,氦元素占據27%,其他元素僅2%。

根據保守估計,氫元素占到整個宇宙的75%左右,至于氫元素後面的元素,都是氫元素在核聚變之後形成的。

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雖然氫元素在宇宙中非常廣泛,但是在地球上占比比較少,僅占到0.14%左右,這是因為氫元素比較輕,容易逃逸,一般都是以化合物的方式存在。

雖然地球上的氫元素少,但是并未沒有,例如煤炭中除去碳元素外,排名第二的就是氫元素了,是以在煉制金屬的時候,就不可避免的碰到了氫。

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既然不可避免,那麼如何防範,才能把氫元素對金屬的影響降到最低,進而避免産生氫脆現象呢?

目前避免氫脆的方法,主要是改進施工工藝,在加工和鍛造的過程中,盡量使用惰性氣體以減少氫氣的接觸。

另外使用熱處理和表面處理的方式,來改變金屬晶粒的結構和狀态。另外利用現代材料學和工程學的手段,來改變金屬材料的抗氫能力,利用合金等方式,減少金屬内部的晶格空間,不給氫可乘之機。

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另外,在日常使用過程中,使用鍍層或者是塗層,阻擋氫進入到金屬内部,以增加延長金屬的使用年限。

通過這些方法,可以有效的避免産生可怕的氫脆,不會再次發生剛完工的船隻,停着不動就會斷成兩截的情況發生。