摘要：瑞典斯德哥尔摩完成了一个大型历史遗迹保护项目，利用高强度、耐腐蚀的超级双相不锈钢螺栓对瓦萨号战舰进行了固定修复，而钼是其中一个关键的合金元素。
1628年8月10日，瑞典 “瓦萨” 号大型战舰在斯德哥尔摩港口下水起航，但其首航几乎刚开始就立刻沉没了！这一事件对当时的军事力量平衡产生了重大影响，使瑞典成为海上霸主的希望破灭，这在当时是令人震惊的重大新闻事件。
虽然瓦萨号作为一艘战船失败了并破坏了瑞典的地缘政治目标，但它在20世纪50年代被成功地打捞起来，并在斯德哥尔摩的瓦萨博物馆向全世界展出，如今已成为全球最著名的船只之一。在海底沉睡了300年，对这艘木制战船的木材和螺栓造成巨大了破坏。人们采用了大量现代化手段一丝不苟地将这一辉煌的历史文物恢复原貌。博物馆还实施了一项新的保护计划，打算将这艘沉船再保存一千年。含钼双相不锈钢使这一目标的实现成为可能。
瓦萨号沉没
瓦萨号是古斯塔夫·阿道夫国王命令建造的，是瑞典海军核心系列战舰中的第一艘。瓦萨和她的四个姐妹舰被称作 “皇家战舰”，是当时最大、最宏伟的舰船。瓦萨号的设计可搭载300名士兵和64门大炮，从一侧一次可发射227公斤以上的炮弹。不幸的是，这艘战船的巨大规模最终被证明是毁灭性的。
在建造瓦萨号的时代，造船与其说是科学，不如说是艺术。设计师依靠的是直觉和经验（以及国王的命令！）而不是工程原理。不正确的重量分布对于风暴中的船舶来说是非常危险的。船舶重心必须足够低，以防止船舶在强风中倾覆。因此，所有船舶都携带压舱物（船体底部的重量）以确保稳定性。瓦萨号的压舱物由120吨石头组成。尽管这个压舱物的重量相当大，但战舰仍然在一场不大的暴风雨中倾覆，因为其上层甲板上巨大的舰炮载荷使战舰头重脚轻。
在瓦萨号下水那天，成千上万的斯德哥尔摩市民聚集在港口。 起航时索弗林·汉森船长下令鸣响礼炮。 然后开始刮风，瓦萨号突然向左舷倾斜。虽然它慢慢恢复了平衡，但又一阵风吹来，导致较低的左舷炮口沉入吃水线以下，水进入船内。 随着海水大量涌入瓦萨号，它开始进一步向左舷倾斜，最终无法修正自己，在距离战舰下水出发地不到两公里的地方沉入了斯德哥尔摩港底部。 船长立即被捕，但随后被释放。 最终没有人为这场灾难承担官方责任。
瓦萨博物馆的模型展示了瓦萨的打捞情况 © Anneli Karlsson 瑞典国家海事博物馆
打捞瓦萨号
在瓦萨号灾难性的首航三天后，人们就试图打捞这艘失事战船，但受限于当时的技术，徒劳无功。瓦萨号就这样在海底未被打扰地沉睡了300多年，直到20世纪50年代，海洋技术人员和业余考古学家安德烈斯·弗兰泽恩开始寻找瓦萨号。他曾多次尝试定位沉船，但都没有成功。1956年，他发现了海底地形的异常，才知道这个异常原来是一个巨大的木制物体，瓦萨号就这样被找到了。
瑞典海军潜水员在沉船下方挖掘隧道，将钢缆穿过隧道，并将钢缆连接到一组趸船上，这样的安排使这艘船在两年的时间里可分阶段缓慢地浮到水面上。1961年4月24 日，在海底沉睡了3个世纪的 “瓦萨” 号终于重见光明。之后它被拖到贝克霍尔曼的一个干船坞，安置在一个混凝土趸船上。如今这艘沉没的战舰被放置在斯德哥尔摩附近 Galärvarvet 的瓦萨博物馆中永久展出。
瓦萨号是世界上唯一保存完好的17世纪战舰 ©Åke E:son Lindman
与时间赛跑
成功打捞瓦萨号是一个了不起的成就。瓦萨博物馆每年有超过一百万的游客，如何保持瓦萨号良好的状态以供几代人参观是第一要务。幸运的是，斯德哥尔摩港寒冷的咸淡水保护了瓦萨号的木材免受船蛆的侵害，船蛆是一种在水下木头中挖洞并造成广泛破坏的咸水蛤。瓦萨号面临的最重要问题是它在水中沉没的时间太长，木头被水长期浸泡，干燥会导致它收缩和开裂。修复人员支撑起船体并用聚乙二醇 (PEG) 代替木材细胞中的水来提供内部支撑并密封和保护木材，从而解决了这个问题。他们用PEG从内到外喷洒整艘船长达17年，这样木头就可以慢慢吸收它，避免开裂和收缩。然后再进行九年的缓慢干燥。
在瓦萨暴露于氧气和潮湿环境的50年中，发生了化学和生物降解过程。港口脏水中的硫化合物以及来自炮弹和铁螺栓的数吨铁化合物已被水下的木头吸收。木材中的铁和硫与空气中的氧气和湿气结合，最终导致木材中形成硫酸。测得的pH值低于3，许多情况下甚至低至1。对木材进行中和和清洁可起到帮助作用，采用先进的气候控制系统使博物馆内的温度和湿度保持稳定也有助于船舶的保护。
钼保持瓦萨号的完整
瓦萨号被打捞两年后，安装了5500个镀锌钢或环氧涂层碳钢的新螺栓。事实证明，这些螺栓在酸性环境中耐腐蚀性不足，它们开始生锈，并向木材中释放较多的铁。
1961年瓦萨号被打捞上来后，上面安装了5000多个螺栓，它们都被固定在船上现有的螺栓孔中，原来的螺栓已经腐蚀掉了
©Anneli Karlsson 瑞典国家海事博物馆。
为了解决这个问题，工作人员再次开始更换螺栓。瓦萨号需要一种不与酸性木材发生反应、能够抵抗自然腐蚀过程的螺栓材料，并且其设计寿命至少为100年。
这些螺栓还必须足够坚固耐用，可以支撑瓦萨号900吨的船体。瓦萨号在自身重量下以每年约1毫米的速度下陷，支撑这艘巨轮的支座在重压下开始嵌入旧橡木船身。随着船体下陷，从船头到船尾也发生轻微扭曲，增加了对支座的压力。
瓦萨博物馆的工作人员研究考虑了各种不同的螺栓材料，最终选择了含钼超级双相不锈钢。它们的强度是标准奥氏体不锈钢的两倍以上，耐腐蚀性能也优越得多。另一个重要方面是它们使用便捷。选用的是山特维克公司的两个超级双相不锈钢牌号SAF 2507™和SAF 2707 HD™，钼含量分别为4%和4.8%。
山特维克SAF 2507™ 和 SAF 2707 HD™化学成分
用超级双相不锈钢新螺栓更换生锈的低碳钢旧螺栓 ©Anneli Karlsson 瑞典国家海事博物馆
浮动实验室
每个螺栓由七个或八个零件组成，尺寸不同，长度从0.3米到2米不等。新的弹簧调节空心螺栓可以随着木材的移动而移动，减少了木材上的应力。由于双相不锈钢的强度要高得多，因此可以用较轻的空心管代替实心螺栓。耐腐蚀性能较高的SAF 2707 HD™ 用于沿着整个长度与酸性木材接触的空心管，其他部分暴露在不太恶劣的条件下，主要采用 SAF 2507™。
每个不锈钢螺栓由七个或八个单独零件组成，包括管、杆、螺母、垫圈和弹簧©山特维克材料技术公司
更换过程需要使用专用工具拔出腐蚀的铁螺栓，并在清理螺栓孔后插入新螺栓。每天最多更换六个螺栓，任何一个区域只能更换三个。工程于2011年秋季开始，计划要求每年更换1000个螺栓。在更换了1000个螺栓后，团队停工一年。这是为了测量瓦萨战船安装了新螺栓后在底座中的移动情况，评估新螺栓是否成功阻止或减轻了船舶的扭曲。
不同的孔尺寸和腐蚀量要求对每个螺栓给予单独的关注 @Anneli Karlsson 瑞典国家海洋博物馆
修复工程不仅有益于瓦萨号战舰，选用含钼不锈钢也为冶金学家提供了一个独特的机会，在一个控制良好的环境中，随着时间的推移，仔细测量材料的性能。瓦萨博物馆的几乎每一个环境参数都受到精心控制和监测，以尽可能地确保瓦萨号的安全。环境的相对湿度为51–59%，温度在18°C和20°C之间。照明特意较暗以尽量减少对船舶的光化学损伤。博物馆的环境条件和项目的长期监测性质，使瓦萨号成为一个浮动实验室，以在任何其他环境下都无法达到的规模评估螺栓材料。
瓦萨号的旧螺栓重约16吨。新设计的高强度不锈钢空心螺栓可以将螺栓重量减少多达5吨。希望瓦萨号的这种“瘦身”能通过减轻船对支座的压力来缓解其下陷。
再撑1000年
尽管瓦萨号面临多个复杂的挑战，但使用含钼不锈钢可帮助确保其安全。这些不锈钢为像瓦萨这样有300年历史的国宝提供了一个独特的解决方案。修复项目帮助博物馆实现保护这艘壮观华丽的战船的目标，供数百万游客欣赏，并提供了一个绝佳的实验环境，以进一步了解含钼不锈钢。
