故事要从年说起,这一天夜里风平浪静,美国俄勒冈州天鹅岛造船厂里刚刚完工不久的船舶安静地停靠在港口里,等待着之后的下水实验,一切显得那么的安逸和谐。
忽然,一声巨响惊醒了正在周边休息的工人,工人们来不及穿好衣服就匆匆冲上码头,他们惊讶地发现,好端端的一艘油轮,居然就这么毫无征兆地断成了两半。
是什么可怕的力量能轻松地把油轮掰成两半呢?这究竟是神*作怪?还是未知的外星力量?当时的技术水平有限,这个问题难倒了不少专家。现在,我们从现代的视角再来对其一探究竟。
油轮突然断裂,“罪魁祸首”是谁?
针对这一突发情况,专家和学者首先想到的是焊接环节出现的问题。于是叫来焊接工人一顿数落。焊接工人也是冤枉,跟上级主管反映,表示每个步骤每个环节都是严格按照生产规章手册进行的。
专家学者们一检查,还真就没发现哪个生产环节中出了漏洞。
既然不是生产环节漏洞,那就得从外部原因入手了,会不会因为傍晚海水太冷,冰冷的海水把船只给冻裂了?为此专家和学者们还专门测了一下海水温度。
但毕竟这是美国,不是白令海峡、不是北冰洋,这也是正经油轮,不是破冰船,所以海水自然没冷到能把船只冻裂的情况。
这下轮到专家学者纳闷了,这个原因也不是,那个原因也不是,正巧那几年美国频发UFO目击事件,就有人猜测难道是遭遇了外星人不成,被外星神秘力量把船一分为二了?
可这也说不通,它得有飞碟目击报告啊,结果当天是雷达也没记录,人们也没看到。与其说外星人飞碟来访,倒不如说油轮自己裂开的。
难道这油轮收了日精月华。吸收了天地之灵气,自己开裂啦?这不就越说越离谱了吗?
美国人最后查来查去才发现,问题就是出现在焊接的过程上。当时的电焊技术虽然已被广泛应用,但在焊接的过程中,也把一种危险的元素注入到了船体中,这就是氢元素。
“氢脆”是什么?
我们的金属,本身就具有良好的塑性。举个最容易理解的例子:家里的碗一摔就碎,却没听说过谁家金属盘子一摔就碎的,就是因为碗是陶瓷的,而盘子一般都是金属制成。
陶瓷的塑性很差,产生一点变形就会断裂,所以不能有效地吸收冲击。而金属则不然,它不会因为形状的丁点改变就发生断裂,这就是工业上常说的金属塑性。
而氢元素,是地球上结构最简单、体积最小的原子。它可以轻易地溶解进入到许多固体材料之中,从而改变材料的性能。
炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢,并溶解在液体金属中。当大量氢元素进入到了金属内部,氢原子就会变成氢分子,从而产生巨大的压力,这个压力就会导致断裂发生。这就造成了金属非正常的破坏和失效,这种现象就叫做氢脆。
其实早在年,英国皇家学会的科学家Johnson就发现,铁丝在酸性溶液中浸泡一段时间后,原本可以承受十多次弯曲的铁丝,只需要轻松两三下弯曲就能被折断了。他推测这很可能是铁和酸产生的化学反应,从而生成了氢,这些氢侵入到了铁内部就会使铁变脆。
由于当时焊接技术不成熟,钢板焊缝中往往残留着大量的氢。早在二战初期,英国皇家空*一架Spitpie战斗机就由于引擎主轴断裂而坠落,造成了非战斗性减员的机毁人亡。
二战结束后,焊接技术有了大幅度提高,钢的强度也有了较大的提升,是不是应该可以避免氢脆事故的发生了呢?结果却是让人失望的,先是上世纪五十年代,美国“北极星”导弹因固体燃料发动机机壳破裂而不能发射。
到了年美国芝加哥一家炼油厂,一个15CM的不锈钢突然破裂,直接引发爆炸和火灾,造成了长期的停产。
这些氢脆产生的事故,一般都是瞬间发生,事先毫无征兆,而产生的后果又严重威胁着人们生命财产的安全。所以不能不引起人们高度的重视。
这种现象在我国如何避免?
一般来说,钢的氢脆发生在-50℃~℃之间。温度过低时,氢的扩散速度太慢,一般用太高温烘烤,就能把氢“烤”出钢外,氢元素没了,自然也就不会发生氢脆了。
利用这个原理,一般在钢材完工之后,我国的工业化生产都会对金属进行一次去氢过程,在~°C的温度下,对金属加热2~4个小时,就可以将绝大部分的氢都去除掉。
当然,具体的处理温度和时间应根据零件大小、强度、镀层性质和电镀时间的长短而定。一般我国的技术工人会采用专门的烘箱,大概0.5mm厚,在~°C下烤一阵子就可以做到去氢处理。
我国炼钢工人在长期的生产劳动中发现:氢元素虽然在钢、铜等金属中容易扩散,但在铬、钛、钒等金属中却不易扩散,因此在炼钢的过程中,适当地加入这些元素,也可有效阻止氢脆的产生。
另外在满足产品技术条件要求的情况下,可采用不会造成渗氢的涂层,如加了一层达克罗涂覆层,就可以代替镀锌,不会发生氢脆,耐蚀性还提高了7~10倍,附着力好,从而不影响装配。
与此同时,牛津大学的研究小组早在年就开始了研究,如何可以生产出不会氢脆的新牌号钢。该小组正在研发一种结构,力争让氢原子在进入金属之初就能被困住。就好比钢材内部安装了能够吸收氢原子的海绵,氢原子刚一进入就被牢牢地吸收了,这样就不会对材料性能造成严重危害了。
而该研究小组也发现,使用碳和金属的混合化合物,就有可能利用碳的特性,让氢原子吸附在上面,从而降低对金属的破坏。
相信随着科学技术的不断进步,新材料新方法的不断尝试,人们一定能将氢脆问题彻底地解决,从而让我们的工业建设更加畅通无阻!