軍艦結冰後,鋼板會變脆,像雞蛋殼一碰就碎?這可不是危言聳聽

在五年前的2014年12月,由崔瑩號導彈驅逐艦和天地號補給艦組成的韓國海軍巡航訓練艦隊抵達俄羅斯海參崴,進行為期4天訪問活動。由於氣溫突降,再加上韓國海軍防凍措施缺失,導致艦體大面積結冰。

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軍艦結冰是一種嚴重的事故,對戰艦的作戰性能有著較大的影響。現代軍艦都有寒區防凍設計,海軍也有規範的禦寒措施,主要設備採取加熱、保溫或塗油措施,防止氣溫劇降導致艦體結冰,所以,戰艦在正常保養下,通常不會結冰。

於是,很多人都關心,戰艦在結冰的情況下,鋼材的性能是否會發生改變,據說鋼材在冰凍情況下,誰變得很脆,是這樣麼?

鋼鐵這種人類使用最為廣泛的金屬有許多令人頭疼的特質,比如說熱脹冷縮,又比如說不同溫度環境下的性質變化。熱脹冷縮是一個經常被人們所提到的物理現象,許多人應該都聽說過以前的鐵路鐵軌會留出一定的縫隙來應對熱脹冷縮的故事,又或是電線杆上的電線彎直的問題。而不同溫度下的性質變化就更好理解了:超過1538攝氏度,鐵就會融化成鐵水;而低溫環境下,摻雜有雜質磷的鋼鐵就會明顯變脆。


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金屬在低溫下內部分子活性降低會變得愈發鬆弛,從而產生一種內部應力,而這種應力一旦超過了金屬熱脹冷縮的極限,內部結構就會碎裂,從而金屬內部瓦解而強度劇減,我們經常說在南極鋼鐵一敲就碎,就是這麼個道理。那麼軍艦上的鋼鐵材料會不會這麼不扛凍呢?

軍艦在低溫環境下所要面臨的問題,尤其是俄羅斯的軍艦,更是其中的代表。毫無疑問,在極地環境下,軍艦這樣一坨重達上千噸上萬噸的鋼鐵,肯定會受到嚴重的影響。在七八十年前,結冰的艦體強度確實有可能出現一些下降,變脆也不是不可能,只要磷含量超過0.03%。那時候造船用的鋼材,材質性能趕不上現代鋼材,容易出現磷超標的現象,著名的泰坦尼克號遊輪,與冰山相撞後很快沉沒,也與船體鋼材的低溫脆性有一定關係,根據打撈出來的鋼材分析,泰坦尼克號遊輪鋼板的磷含量居然達到了0.09%以上。


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但是,低溫不代表軍艦一定會出現嚴重的艦身物理性質的變化。現如今已經有了很多的應對方法:比如說在鋼鐵本身的性能上下功夫,對鋼鐵成分進行不斷的摸索,最終尋找出一種受溫度影響形變較小的合金材料來製造軍艦艦身;或者是利用適合的焊接技術來焊接艦身各個部位,確保溫度所帶來的形變處在可控範圍內。這些方法都有助於確保艦體強度不會出現太明顯的變化,進而確保軍艦可以順利完成每一次的任務,而不會因為艦體強度下降而崩裂。

現代軍艦的鋼材已經解決了變脆的問題,首先要儘量降低鋼鐵中的磷含量,這有助於減輕艦身在低溫下變脆的程度;其次要尋找適宜的金屬配方,用低溫下不易變脆的合金材料來建造軍艦。雖然說起來似乎很簡單,但是實際上,材料問題一直是困擾著全世界海軍進步的一個重要問題。

鋼鐵的變脆主要是由於原生鐵礦石中磷元素的存在,所以在鍊鋼之初必須進行脫磷,一般民用船隻鋼材的磷含量要求在0.045%以下,而軍艦用鋼則規定在 必須在0.02%以下。


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其次是提高鋼材的屈服強度,這樣就可以更加有效的應對熱脹冷縮所帶來的形變。軍艦用鋼一般都是加入了多種稀土元素的高屈服度合金鋼,一般軍艦用鋼的屈服強度最少都要求在300MPA以上,而航母在500Mpa,潛艇更是要求在600MPA以上。


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美國阿里伯克級導彈驅逐艦也照樣結冰,需要水兵用鐵鏟人工除冰。

經過了這樣的處理加工後,只要不是零下100度以下的極限低溫,對軍艦的金屬結構強度基本上沒有什麼影響。戰艦結冰,影響最大的還不是鋼材的強度,最容易凍壞的是軍艦上寶貴的電子元器件工作,比如雷達、衛星信號接收器、光電觀瞄設備等等。結冰還會影響設備的機械運轉,例如主炮、副炮、旋轉雷達、垂髮蓋被凍死了,那麼可以說這艘軍艦基本就喪失戰鬥力。嚴重的結冰,會對 軍艦的行動能力帶來影響,如果結冰分佈的不均勻,將帶來艦艇重心不穩,在惡劣海況下,容易傾覆。


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除了常年活動在低溫海區的軍艦外,一般各國軍艦不會配置除冰機,所以在戰艦結冰的情況下,多是依靠水兵人工除冰,很累的。環北極圈國家做的好一些。例如俄羅斯在航母上配備了用航空發動機改裝的AIST-5TM吹雪除冰車,用來清除甲板上的積雪和結冰,這種設備利用航空燃油燃燒,向甲板噴射扇形高壓熱風來達到清雪除冰的效果。


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