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巨船也有鋼鐵俠的“戰(zhàn)甲”?船舶制造中的“秘密武器”

發(fā)布時(shí)間:2024-07-13 17:30:28 來源:重慶市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì) 字號(hào): [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

你知道嗎?在那些運(yùn)輸液化天然氣(LNG)的巨型船舶背后,隱藏著一種叫做殷瓦鋼(Invar)的神奇材料。它就像鋼鐵俠的戰(zhàn)甲一樣,擁有著非凡的能力,為LNG船舶的安全航行保駕護(hù)航。

認(rèn)識(shí)殷瓦鋼

殷瓦鋼是一種鎳鋼合金,其主要成分是鐵和鎳,其中鎳含量約為36%。與普通鋼材不同,殷瓦鋼最大的特點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)極小。這意味著,即使溫度發(fā)生很大的變化,殷瓦鋼的尺寸也能保持近乎恒定。

這種神奇的特性源于鎳元素的加入。鎳原子的電子結(jié)構(gòu)與鐵原子不同,導(dǎo)致殷瓦鋼的晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,對溫度變化的敏感性大大降低。

殷瓦鋼與LNG船舶

液化天然氣(LNG)是一種清潔高效的能源,在全球范圍內(nèi)的運(yùn)輸和儲(chǔ)存都離不開LNG船舶。然而,LNG的運(yùn)輸和儲(chǔ)存對材料有著極高的要求:

低溫環(huán)境:LNG的儲(chǔ)存溫度需保持在-163℃左右,因此船舶的儲(chǔ)罐材料必須能夠承受極低的溫度。

尺寸穩(wěn)定性:在低溫環(huán)境下,儲(chǔ)罐的尺寸必須保持穩(wěn)定,以防止因熱脹冷縮引起的變形和泄漏。

耐腐蝕性:儲(chǔ)罐材料必須耐受海水和空氣的腐蝕,確保長期安全使用。

殷瓦鋼憑借其卓越的性能,完美契合了LNG船舶對材料的苛刻要求。在LNG船舶制造中,殷瓦鋼主要用于建造液貨艙圍護(hù)系統(tǒng),也就是盛放液化天然氣的核心部分。可以說,殷瓦鋼是LNG船舶制造中的“秘密武器”,為LNG的安全運(yùn)輸和儲(chǔ)存做出了重要貢獻(xiàn)。

有趣的故事

殷瓦鋼的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)偶然事件。1896年,瑞士物理學(xué)家查爾斯·愛德華·紀(jì)堯姆(Charles édouard Guillaume)在研究鎳鋼合金時(shí),意外發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象:這種合金在接近室溫時(shí),幾乎不會(huì)因溫度變化而膨脹或收縮。這一發(fā)現(xiàn)讓紀(jì)堯姆十分驚訝,他將這種材料命名為“Invar”,意為“不變的”。他于1920年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),以表彰他通過發(fā)現(xiàn)鎳鋼合金中的異常現(xiàn)象為物理學(xué)的精密測量所做的貢獻(xiàn)。

我國在殷瓦鋼領(lǐng)域的主要成就

經(jīng)過多年的努力,中國成功自主研發(fā)了殷瓦鋼,并且在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了這一特殊材料的工業(yè)化試制。打破了法國長期以來在殷瓦鋼生產(chǎn)技術(shù)上的壟斷地位。中國研發(fā)的殷瓦鋼能夠在-196攝氏度的超低溫條件下保持穩(wěn)定的性能,滿足了諸如LNG運(yùn)輸船等高端制造領(lǐng)域的需求。

殷瓦鋼因其極低的熱膨脹系數(shù)和對焊接工藝的極高要求,被譽(yù)為史上最難焊接的材料之一。我國已經(jīng)培養(yǎng)了掌握殷瓦鋼焊接技術(shù)的專業(yè)人才,雖然最初這類人才非常稀少,但隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的傳播,焊接技術(shù)逐漸得到提升,為中國造船業(yè)尤其是LNG運(yùn)輸船的建造提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。

未來展望

隨著科技的進(jìn)步,殷瓦鋼的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂@纾诤教旌娇铡⒑斯I(yè)等領(lǐng)域,殷瓦鋼也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。相信在未來,殷瓦鋼將會(huì)為人類帶來更多驚喜和奇跡。

供稿單位:重慶市無線電科普體驗(yàn)中心

審核專家:張啟義

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