1943年1月16日晚上,一艘巨大的油轮正停泊在船库中，这艘油轮名为自由轮号，是当时美国为应对战争物资需求，快速建造的众多油轮之一。它曾在战火纷飞的战场上承担着运输重要战略物资的重任。
按理说，这样一艘“久经沙场”的船只应该非常坚固。可这艘油轮，竟然在静止不动的情况下突然断裂成两半，成了当时人们百思不得其解的一桩悬案。
看不见的敌人造船厂的工人们正忙得热火朝天。他们已经习惯了这种高强度的工作节奏——修修补补、检检修修，确保每一艘船都能在海上稳稳当当地完成任务。
就在他们对这艘“自由轮号”例行检查时，忽然听到船体发出了一声低沉的“咔嚓”声，这声响在船库中显得格外刺耳。
紧接着，巨大的钢铁结构发出一系列令人不安的呻吟声，还没等他们回过神来，这艘巨轮竟然在他们眼前断裂了。
目睹这一切的工人们惊呆了，他们从未见过这样诡异的事故，工程师们被紧急召集到现场进行详细检查。
经过深入调查，发现这并不是个例而是一个普遍现象，在二战期间，美国建造了超过2,710艘自由轮货船，其中有432艘发生了裂缝，其中95艘的裂缝深入到横梁，20艘的强度甲板完全断裂，5艘完全断成两半。
根本原因是与氢脆现象有关。氢脆现象的危害性与普通的金属疲劳或腐蚀不同，氢脆并不会给出明显的预警信号。
当金属发生氢脆时，往往是在材料承受正常应力的情况下突然断裂。这种断裂是瞬间的、不可预见的，且通常发生在最不应该发生的时刻。正因为如此，氢脆被认为是材料科学中最具挑战性的难题之一。
尤其是在工业生产的高压环境中。氢脆现象一直是一个潜在的巨大风险，例如，在炼油和化工生产过程中，氢气作为常见的化学反应介质，几乎无处不在。
全球每年由于氢脆导致的管道和设备损坏事故数不胜数，尤其是在高压环境下，钢铁管道和设备极易受到氢脆的影响。
例如1975年美国芝加哥一座大型炼油厂因管道氢脆破裂，导致了大规模的石油泄漏事故，损失超过数千万美元。
也在日常生活中氢气作为一种清洁能源，凭借其高能量密度和环保特性，在能源舞台上也占据了一席之地。
工业界为了让氢气安稳“住下”，不得不使用高压储氢罐，将氢气压缩到极高密度。这些储氢罐得承受相当于700个大气压的压力。
在这种情况下氢脆情况更为明显，因为高压加速了氢原子的渗透速率，增加了金属材料内部氢的浓度。这种情况会使得储氢罐、管道以及其他相关设备在长期使用中面临突然断裂的风险。
结果就是，储氢罐和管道等设备可能会在不经意间突然“崩溃”，而且往往没有任何预警，就像一颗定时炸弹，让人防不胜防。
当我们谈论氢脆时，很多人可能会觉得这只是一个工业问题，离普通人的生活很远。
根据国际能源署（IEA）的报告，到2030年，全球对氢的需求将超过1.5亿吨，氢能产业规模实现翻倍，达到5000亿美元。
到2050年，全球氢能需求较2022年将增长10倍，氢能产业规模也将超过2.5万亿美元。到2030-2035年，我国将实现氢能及燃料电池汽车的规模应用，燃料电池汽车保有量有望达100万辆左右。
这意味着氢气加气站、氢燃料电池家用系统等设备将会变得越来越普遍。在这样的情况下，氢脆是每一个人都应该了解的安全问题。
根据美国材料试验学会（ASTM）的研究数据，奥氏体不锈钢在高压氢气环境中可能导致其延展性降低约30%。
增加了断裂的风险。铁素体不锈钢在低温高压氢气环境下，其拉伸强度可能下降高达40%。
而马氏体不锈钢则在高压氢环境下更为脆弱，其韧性降低幅度可能超过50%。对于普通消费者来说，了解这些风险也是保障家庭安全的重要一环。
制造新的危险？由于氢脆是一种化学反应，目前没有办法彻底杜绝只能防护，而为了对付“氢脆”这个看不见的敌人，科学家们不得不想出各种“妙招”。
在材料选择上，科学家们发现，和传统钢材相比，HSLA钢在氢气环境中的表现在氢气的“围攻”下，依然能保持超过85%的强度，远远甩开普通钢材。
也同样可以通过控制焊接材料降低氢渗透的风险，焊接时，氢原子可能会趁着高温“溜进”钢材的晶格结构，给材料埋下氢脆隐患。
为了解决这个问题，科学家们发明了低氢电焊条。专门减少焊接过程中产生和渗透的氢气。
传统电焊条中含有较高的水分和其他化学成分，在高温下会分解释放出氢气，而低氢电焊条则经过特殊处理，杂质含量大幅降低，减少了氢渗透的机会。
除了电焊条，焊接温度的控制也是一大关键，高温可能让氢原子更容易“钻”进材料内部，而过快的冷却速度又可能“锁住”这些氢原子，让材料更加脆弱。
所有通常在焊接后采用缓慢冷却的方式，结合热处理，帮助释放和排除材料内部的氢气。
通过这些操作，钢材中的氢含量可以大幅降低。举个例子，传统电焊条焊接后的钢材，扩散氢含量通常在10-15毫克/百克，而采用低氢电焊条并控制温度后，氢含量可以降低到3-5毫克/百克。
还有一种主要的方法是表面涂层技术。镀镍涂层，这种涂层的核心原理在于它能够在金属表面形成一层致密的屏障，可以有效阻止氢原子的渗透。
就因为镍具有抗腐蚀、稳定性，涂层后的氢气渗透率可以减少高达90%。在海洋工程和核工业中，被应用在海底管道、船舶外壳以及核反应堆的压力容器上。
正如历史所证明的那样，科学的进步总是伴随着对未知的不断探索与克服。如今的工程师和材料科学家们，就像当年那些修船的工匠一样，正在尝试彻底解决这个“隐形敌人”。
随着人类科技的增长氢脆问题一定可以得到有效解决，让灾难远离生活！
参考资料：
国际氢能网:为什么一艘油轮好端端会断成两半？“氢脆”究竟是什么？国家材料腐蚀与防护科学数据中心:“氢脆”是什么？为什么一艘好好的油轮，会突然间断成两半？
