高壓鍋用久了會炸，所以這個國家把金屬小棒棒抓起來燒烤了40年_風聞

【本文由公眾號“把科學帶回家”提供，ID：steamforkids】

今天要講一個把金屬小棒棒們關到“煉丹爐”裏，持續燒烤了40多年的研究。

在位於東京目黑區的日本物質材料研究機構（NIMS）裏，有個15*50平方米大的房間，房間裏掛着380個類似於烤爐的儀器，這些儀器裏面日夜烘烤着一些金屬辣條。

金屬條們正在做日復一日的蠕變試驗。

什麼是蠕變試驗？

這就要從用久了會炸的高壓鍋説起了。

金屬蠕變導致的災難性後果

鋼鐵、鋁合金等金屬材料雖然已經很硬了，但也不是永遠不會損壞的物質。在高温下，金屬會像塑料那樣隨時間變形拉伸，最後破裂，這就是蠕變。當然，某些材料，比如鉛和玻璃在常温下也會發生蠕變，但是速率比較低。

火力發電站的金屬管道要承受高温高壓

火力發電廠的管道、你家的高壓鍋、渦輪葉片、核電站的容器就是這樣的高温高壓環境。為了防止這些設施設備爆炸出事故，就需要仔細研究金屬在高温和應力下的反應。

飛機噴氣引擎裏的金屬蠕變

@westmoreland mech

有人説看看教科書，用理論進行計算不就好了？

不不不。教科書上一般説，蠕變會經歷幾個階段，每個階段會如何如何，但是實證數據發現，現實和教科書有所差異。

比如，奧氏體不鏽鋼（最常見的不鏽鋼，產量約佔所有不鏽鋼的2/3，用於製造餐具，外科手術器械等）SUS316在高壓下的蠕變行為類似於教科書的描述，但是在低壓情況下的蠕變速率（單位時間的蠕變變形）卻和教科書不一致。

用途廣泛的馬氏體不鏽鋼

另外，在設計高温中運作的機械時，需要在材料的無蠕變（NC）或者可忽略蠕變（NEC）區域內進行，因此必須要提前進行測試，蠕變試驗就是這樣出現的。

聽起來蠕變測試和一般的實驗沒有什麼不同嘛。

啊不。一般來説，蠕變測試要持續2000小時（83天）以上才能得出有效數據。而想要設定高温下拉應力的標準的話，則要做10萬小時（11.4年）的測試，而全世界能夠進行10萬小時以上的蠕變測試的科研機構並不多。

一起來看看，持續了40年的蠕變測試到底是怎麼做的吧。

NIMS 的前身是日本國立金屬研究所（NRIM）。日本的材料學研究起步比歐洲晚，但是該研究所從1969年開始就在進行金屬蠕變測試。

在 NIMS 的這個測試間裏，需要經受高温考驗的材料，比如用來建造管道的金屬被製成這樣的長條狀。

然後這種金屬長條被放在恆定的高温中烘烤，同時一直被重物拉扯。

來看一下這種蠕變測試儀器。

這個儀器有一個加熱器——電氣爐，它負責製造恆定的高温環境，上下波動不超過1.5攝氏度。

金屬樣品被插入這個測試台中。在 NIMS 的實驗室裏，受測金屬包括製造蒸汽渦輪機、鍋爐、熱交換器、核反應容器的材料。

接着，要在受測金屬上掛上温度計和一個測量金屬拉伸程度的儀器。

整套裝備被塞入電氣爐中。

最後，在金屬下方掛上砝碼。這些重物會從下方拉扯金屬，對受測金屬施加恆定的拉力。

然後電氣爐開始加熱。

這個房間裏的金屬要被測試10萬小時以上。2009年6月18日，NIMS 的蠕變測試時長已經達到了348 310小時，僅次於德國西門子的記錄——356 463小時，但是西門子的相關實驗在2000年終止了。

而到了2011年2月27日，NIMS 取代了西門子，取得了世界上最久的的蠕變測試數據，實驗持續時間超過了14 853天（40.7年）。到了2015年，NIMS 的金屬蠕變測試依舊在繼續。

創下了世界紀錄的材料是含碳0.3%的鋼材，它是用來製造鍋爐和壓力容器的材料，實驗條件是400攝氏度的高温和294兆帕的高壓。

鋼材經歷40年蠕變後的結果

持續了40年的實驗數據，對於全世界的科學家和企業來説都是珍貴的資料。

歐洲蠕變合作委員會（ECCC）表示，NIMS 的蠕變測試數據是受到國際承認的金屬標準化參考依據。許多科研論文也都會參照這些數據。

比如，2016年，歐盟的一項材料標準制定研究中對歐洲壓力容器用鋼板X10CrMoVNb9-1（可以製造製造反應器、換熱器、分離器、球罐、油氣罐、液化氣罐、核能反應堆）的計算就基於 NIMS 的數據。

NIMS 的蠕變測試的數據被印發給470個日本科研單位和企業，以及超過220個海外機構。2003年4月開始，這些數據可以在線下載了。2004年，NIMS 和中科院也達成了合作。

2018年，NIMS 又更新了一波蠕變測試數據。而隨着新數據的出爐，發電站的安全標準也要進行相應的更改。比如，NIMS 的研究發現，鋼材強度隨時間的蠕變比以前的估計要大，因此實際上發電站的管道替換頻率應當提高。

所以…當年孫悟空被太上老君的煉丹爐關了七七四十九天後衝出來，大聲叫了一聲…

“我蠕變了！”