1943年1月16日,斯克内克塔迪号油轮在试航归来后,就停靠在码头上。当天天气晴朗,不远处的人们在这个晴朗的天气里眺望远处的风景。
突然,一阵金属撕裂刺耳的声音,打破了这份难得的宁静,人们顺着声音望过去,看到令他们终身难忘的一幕。
刚才停在港口好好的斯克内克塔迪号油轮,从中间开始断裂,随着裂缝越来越大,声音也越发刺耳,岸边的人们捂着耳朵,面面相觑,不可思议的看着这一幕。
这条裂缝是从船体上方开始,裂缝向下延伸到左舷和右舷,裂缝一直延伸到龙骨,造成龙骨也断裂开来。
最终裂缝扩大,整艘船断成了两截,船头和船尾向下触碰到了水底,龙骨折断的地方露出了水面。在整艘船断裂的过程中,发出巨大并且刺耳的声音,传到2公里之外。
实际上,斯克内克塔迪号油轮并不是第一次发生这样的情况,之前这种情况也发生过10多次,只不过断裂没有斯克内克塔迪号油轮这次严重,断裂没有这次彻底,完全断裂成了两截的情况。
只不过之前一直没有找到原因,为何新建造刚完工的船,停留在水面上没动,就会断裂成为两截了呢?美国方面决定要调查清楚。
油轮断裂的原因有些意外
如果是一艘旧油轮,发生这样的情况,还可以理解。但斯克内克塔迪号油轮可不是一艘老旧的船只,它是一艘新船,是一艘刚完工的油轮,靠近轮船边上,甚至能够闻到一股刚刷上的油漆味。
在调查过程中,发现斯克内克塔迪号油轮,是俄勒冈州天鹅岛造船厂建造的第一艘油轮。
整艘油轮原本计划的建造时间为8个月,然而,当时处于二战时期,这些建造的油轮都是用来运送物资,在被定下的那一刻,就已经开始为这些油轮安排了任务。
所以这些油轮的建造只能提前,而不能推后。正是在这种背景下,斯克内克塔迪号油轮的建造速度非常快。1942年7月1日龙骨才安放,船体于10月24日就下水了。
12月31日,下水不到两个月的时间,整艘船上所有的设施都已经安装到位,意味着整艘船建造6个月后,就全部完工,比计划提前了两个月时间左右。
当时美国建造速度还是非常快的,由于战争需要一年要制造数百条新船,并且还不是小船,而是大型船只或者巨型油轮。
在知道这些信息后,调查人员心中就有了自己的猜测,第一次建造油轮,并且是在赶工期提前两个月完工的情况下,那是不是电焊工,在焊接的时候马虎了,所以导致焊接没有达到要求,才会出现新油轮断成两截的情况呢?
最终经过专业人士的检验,发现焊接都没问题。最终把问题锁定在应力、气候和设计等方面。最终确定断裂原因为脆性断裂,而引发的原因是“氢”,也就是“氢脆”。
什么事“氢脆”,为何这么可怕?
氢脆现象在金属应用中非常常见,其在金属冶炼、加工、电镀和热处理过程中,都会出现这样现象。
至于为何会出现氢脆现象,目前在科学界有很大的争议,一般认为氢脆现象主要是以下几个原因导致的;
1、一些金属与氢有比较大的亲和力,在富含氢的环境中,氢原子会渗入到金属的内部,过饱和的氢会与原子形成氧化物,形成了原子团簇。
致使金属的晶格结构发生变化,这些原子团簇会占据金属内部的缝隙,形成微小的裂纹,当出现极端天气,例如天气寒冷的时候,金属性能下降,就会出现断裂的情况。
2、金属在炼制的时候,内部温度非常高,氢气会渗入金属中与碳发生反应,形成甲烷,而甲烷气泡会在金属中聚集长大,也在金属中形成一个个看不见的气泡,在极端天气下,导致金属性能下降,容易出现断裂的情况。
3、一般金属中的原子呈现规则的排列,被称为晶格,而氢原子由于其只有一个质子,所以个头相对较小,当氢原子进入到金属中的时候,会进入到晶格的缝隙之中。
而当金属受到应力的时候,由于氢原子的存在,会导致金属内部受到的应力分布不均,在材料的内部产生缺陷和微小的裂痕,导致金属材料性能下降并且裂痕会延伸,在极端天气下,这些裂痕会进一步扩大,就会发生断裂。
4、金属在凝固的过程中速度过快,由于之前与氢有过接触,这些氢没能及时释放出来,最终在金属内部扩散,并且在金属晶格中不断地凝聚,形成一个个白点,也就是微小的裂痕。
从目前对于氢脆的研究上来看,氢脆只能预防,而不能消除,一旦氢脆产生后,将会一直存在金属内部。
氢脆现象如何防范
在宇宙中,要说什么元素最多,那一定是氢元素了,一个恒星系中,重量占比最大的一定是氢元素最多。例如太阳,占据整个太阳系质量的99.8%左右,而氢元素占据了71%,氦元素占据27%,其他元素仅2%。
根据保守估计,氢元素占到整个宇宙的75%左右,至于氢元素后面的元素,都是氢元素在核聚变之后形成的。
虽然氢元素在宇宙中非常广泛,但是在地球上占比比较少,仅占到0.14%左右,这是因为氢元素比较轻,容易逃逸,一般都是以化合物的方式存在。
虽然地球上的氢元素少,但是并未没有,例如煤炭中除去碳元素外,排名第二的就是氢元素了,所以在炼制金属的时候,就不可避免的碰到了氢。
既然不可避免,那么如何防范,才能把氢元素对金属的影响降到最低,从而避免产生氢脆现象呢?
目前避免氢脆的方法,主要是改进施工工艺,在加工和锻造的过程中,尽量使用惰性气体以减少氢气的接触。
另外使用热处理和表面处理的方式,来改变金属晶粒的结构和状态。另外利用现代材料学和工程学的手段,来改变金属材料的抗氢能力,利用合金等方式,减少金属内部的晶格空间,不给氢可乘之机。
另外,在日常使用过程中,使用镀层或者是涂层,阻挡氢进入到金属内部,以增加延长金属的使用年限。
通过这些方法,可以有效的避免产生可怕的氢脆,不会再次发生刚完工的船只,停着不动就会断成两截的情况发生。
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