1943年1月16日晚上,一艘巨大的油輪正停泊在船庫中，這艘油輪名為 自由輪號 ，是當時美國為應對戰爭物資需求，快速建造的眾多油輪之一。它曾在戰火紛飛的戰場上承擔著運輸重要戰略物資的重任。
按理說，這樣一艘「久經沙場」的船只應該非常堅固。可這艘油輪，竟然在靜止不動的情況下突然斷裂成兩半，成了當時人們百思不得其解的一樁懸案。
看不見的敵人
造船廠的工人們正忙得熱火朝天。他們已經習慣了這種高強度的工作節奏——修修補補、檢檢修修，確保每一艘船都能在海上穩穩當當地完成任務。
就在他們對這艘「自由輪號」例行檢查時，忽然聽到船體發出了一聲低沈的「哢嚓」聲，這聲響在船庫中顯得格外刺耳。
緊接著，巨大的鋼鐵結構發出一系列令人不安的呻吟聲，還沒等他們回過神來， 這艘巨輪竟然在他們眼前斷裂了。
目睹這一切的工人們驚呆了，他們從未見過這樣詭異的事故，工程師們被緊急召集到現場進行詳細檢查。
經過深入調查，發現這並不是個例而是一個普遍現象，在二戰期間，美國建造了超過2,710艘自由輪貨船，其中有432艘發生了裂縫，其中95艘的裂縫深入到橫梁，20艘的強度甲板完全斷裂，5艘完全斷成兩半。
根本原因是與 氫脆現象 有關。氫脆現象的危害性與普通的金屬疲勞或腐蝕不同，氫脆並不會給出明顯的預警訊號。
當金屬發生氫脆時，往往是在材料承受正常應力的情況下突然斷裂。這種斷裂是 瞬間的、不可預見的，且通常發生在最不應該發生的時刻 。正因為如此，氫脆被認為是材料科學中最具挑戰性的難題之一。
尤其是在工業生產的高壓環境中。氫脆現象一直是一個潛在的巨大風險，例如，在煉油和化工生產過程中， 氫氣作為常見的化學反應介質，幾乎無處不在。
全球每年由於氫脆導致的管道和裝置損壞事故數不勝數，尤其是在高壓環境下，鋼鐵管道和裝置極易受到氫脆的影響。
例如1975年美國芝加哥一座大型煉油廠因管道氫脆破裂，導致了大規模的石油泄漏事故，損失超過數千萬美元。
也在日常生活中
氫氣作為一種清潔能源，憑借其高能量密度和環保特性，在能源舞台上也占據了一席之地。
工業界為了讓氫氣安穩「住下」，不得不使用高壓儲氫罐，將氫氣壓縮到極高密度。這些儲氫罐得承受相當於700個大氣壓的壓力。
在這種情況下氫脆情況更為明顯，因為高壓加速了氫原子的滲透速率，增加了金屬材料內部氫的濃度。這種情況會使得儲氫罐、管道以及其他相關裝置在長期使用中面臨突然斷裂的風險。
結果就是，儲氫罐和管道等裝置可能會在不經意間突然「崩潰」，而且往往沒有任何預警，就像一顆定時炸彈，讓人防不勝防。
當我們談論氫脆時，很多人可能會覺得這只是一個工業問題，離普通人的生活很遠。
根據國際能源署（IEA）的報告，到2030年，全球對氫的需求將超過1.5億噸，氫能產業規模實作翻倍，達到5000億美元。
到2050年，全球氫能需求較2022年將增長10倍，氫能產業規模也將超過2.5萬億美元。到2030-2035年，中國將實作氫能及燃料電池汽車的規模套用，燃料電池汽車保有量有望達100萬輛左右。
這意味著氫氣加氣站、氫燃料電池家用系統等裝置將會變得越來越普遍。在這樣的情況下，氫脆是每一個人都應該了解的安全問題。
根據美國材料試驗學會（ASTM）的研究數據，奧氏體不銹鋼在高壓氫氣環境中可能導致其延展性降低約30%。
增加了斷裂的風險。鐵素體不銹鋼在低溫高壓氫氣環境下，其拉伸強度可能下降高達40%。
而馬氏體不銹鋼則在高壓氫環境下更為脆弱，其韌性降低振幅可能超過50%。對於普通消費者來說，了解這些風險也是保障家庭安全的重要一環。
制造新的危險？
由於氫脆是一種化學反應，目前沒有辦法徹底杜絕只能防護，而為了對付「氫脆」這個看不見的敵人，科學家們不得不想出各種「妙招」。
在材料選擇上，科學家們發現，和傳統鋼材相比，HSLA鋼在氫氣環境中的表現在氫氣的「圍攻」下，依然能保持超過85%的強度，遠遠甩開普通鋼材。
也同樣可以透過控制焊接材料降低氫滲透的風險，焊接時，氫原子可能會趁著高溫「溜進」鋼材的晶格結構，給材料埋下氫脆隱患。
為了解決這個問題，科學家們發明了低氫電焊條。專門減少焊接過程中產生和滲透的氫氣。
傳統電焊條中含有較高的水分和其他化學成分，在高溫下會分解釋放出氫氣，而低氫電焊條則經過特殊處理，雜質含量大幅降低，減少了氫滲透的機會。
除了電焊條，焊接溫度的控制也是一大關鍵，高溫可能讓氫原子更容易「鉆」進材料內部，而過快的冷卻速度又可能「鎖住」這些氫原子，讓材料更加脆弱。
所有通常在焊接後采用緩慢冷卻的方式，結合熱處理，幫助釋放和排除材料內部的氫氣。
透過這些操作，鋼材中的氫含量可以大幅降低。舉個例子，傳統電焊條焊接後的鋼材，擴散氫含量通常在10-15毫克/百克，而采用低氫電焊條並控制溫度後，氫含量可以降低到3-5毫克/百克。
還有一種主要的方法是表面塗層技術。鍍鎳塗層，這種塗層的核心原理在於它能夠在金屬表面形成一層致密的屏障，可以有效阻止氫原子的滲透。
就因為鎳具有抗腐蝕、穩定性，塗層後的氫氣滲透率可以減少高達90%。在海洋工程和核工業中，被套用在海底管道、船舶外殼以及核子反應爐的壓力槽上。
正如歷史所證明的那樣，科學的進步總是伴隨著對未知的不斷探索與克服。如今的工程師和材料科學家們，就像當年那些修船的工匠一樣，正在嘗試徹底解決這個「隱形敵人」。
隨著人類科技的增長氫脆問題一定可以得到有效解決，讓災難遠離生活！
參考資料：
國際氫能網:為什麽一艘油輪好端端會斷成兩半？「氫脆」究竟是什麽？
國家材料腐蝕與防護科學數據中心:「氫脆」是什麽？為什麽一艘好好的油輪，會突然間斷成兩半？
