16 января 1943 года в Портленде новенький танкер «Скенектади» стоял у причала после ходовых испытаний. Около 23:00 раздался грохот, который услышали за полтора километра. Корпус надломился посередине.

Шторма не было. На улице стоял небольшой мороз около −3 °С.

Трещина прошла через палубу, борта и внутренние перегородки. Судно согнулось, его середина поднялась из воды. Обе части удерживали вместе уцелевшие листы днища.

Похожие аварии происходили и с другими судами военной постройки. При этом сталь обычно проходила положенные проверки. Как же из годного металла получались корабли, которые могли сломаться в тихой гавани?

Танкер „Скенектади“ после аварии в январе 1943 года. Корпус надломился у причала, но уцелевшие листы днища удержали обе части вместе

Во время Второй мировой войны союзникам требовались тысячи транспортных судов. Немецкие подлодки топили корабли с продовольствием, топливом и техникой, а американские верфи старались восполнять потери. С 1941 по 1945 год в США построили 2710 сухогрузов типа «Либерти».

Работу ускорили за счёт крупных секций: разные части будущего судна готовили одновременно, а затем соединяли на стапеле. Вместо трудоёмкой клёпки всё шире применяли сварку.

Сборка „Либерти“ на верфи в Балтиморе, 1943 год. Части будущего судна готовили одновременно, чтобы сократить время строительства

В ноябре 1942 года сухогруз «Роберт Пири» спустили на воду через 4 дня и 15 часов после закладки. Правда, это был специально подготовленный рекорд. Секции начали делать заранее, а после спуска корабль ещё достраивали.

По сходной технологии собирали танкеры Т2, к которым относился «Скенектади». В марте 1943 года ещё один такой танкер, «Эссо Манхэттен», разломился у входа в нью-йоркскую гавань при умеренном волнении.

Американская комиссия рассмотрела данные о 4694 сварных торговых судах военной постройки. У 970 обнаружились трещины — примерно у каждого пятого. Большинство повреждений не означало гибели корабля: в эту статистику вошли аварии разной тяжести. Но объяснять всё отдельными неудачами уже не получалось.

Подозрение пало на сварку. Верфи быстро расширялись, нанимали новичков, и многие осваивали профессию прямо на производстве.

Сварщица на строительстве сухогруза „Фредерик Дуглас“ в Балтиморе. Сварка ускоряла работу верфей, но потребовала по-новому оценивать свойства корабельной стали.

У «Скенектади» действительно нашли дефектный шов. Он находился на палубе, там, где особенности конструкции создавали повышенные напряжения. С этого места и началось разрушение. Однако плохой шов объяснял лишь появление трещины. Почему она прошла через весь корпус?

Исследования шли и в США, и в Великобритании. В Кембридже этой задачей занималась Констанс Типпер, специалист по поведению металлов под нагрузкой.

Констанс Типпер исследовала, как температура меняет поведение стали с надрезом. Её испытания помогли разобраться, почему прочный металл мог внезапно стать хрупким.

Типпер испытывала стальные пластины с надрезом: их растягивали при разных температурах и смотрели, как они разрываются. Одни образцы заметно деформировались, прежде чем разрушиться. Другие ломались почти без растяжения. Метод позволял определить, при какой температуре конкретная сталь становилась опасно чувствительной к надрезу. Позже его назвали тестом Типпер.

Прежние требования учитывали прочность металла и его способность удлиняться перед разрывом. Но обычное испытание на растяжение не давало полного ответа на другой вопрос: что произойдёт с холодным листом, в котором уже появилась трещина?

Перед растущей трещиной металл может растягиваться и менять форму. На это уходит энергия, поэтому разрушению труднее распространяться.

При охлаждении некоторые стали резко теряют способность к такой деформации. Тогда трещина бежит быстро, а металл ломается почти без предварительного изгиба или растяжения. Инженеры называют это переходом от вязкого разрушения к хрупкому.

Для всей стали нет единой температуры, ниже которой она обязательно расколется. Многое зависит от состава металла, его внутреннего строения, толщины листа, формы дефекта и скорости приложения нагрузки. Некоторые корабельные стали становились чувствительными к надрезу даже при плюсовой температуре. Сильный мороз для аварии не требовался.

Сварной корпус добавлял свою проблему. Соединённые листы образовывали почти непрерывную оболочку, по которой трещина могла переходить из одного участка в следующий. В клёпаном корпусе границы между отдельными листами чаще останавливали её.

Получалось, что сталь, годами служившая в клёпаных судах, могла оказаться неподходящей для сварных. Способ сборки изменился, а требования к металлу не успели за ним.

Даже в спокойной воде корпус испытывает нагрузку. Двигатели, оборудование и груз распределены по длине неравномерно. Вода тоже поддерживает разные участки с разной силой. Длинное судно работает как балка: в одних местах металл растягивается, в других сжимается.

Добавляются напряжения, оставшиеся после сварки. Нагретый металл при остывании стремится сжаться, но соседние участки мешают ему свободно менять размеры. Часть этих внутренних напряжений сохраняется и в готовом корпусе.

Особенно опасны места, где напряжения сосредоточены на небольшом участке: дефекты швов, надрезы, острые углы отверстий. Простой бытовой пример — пакетик с соусом. Целый край бывает трудно разорвать, зато от маленького надреза упаковка расходится легко.

У американских кораблей такими уязвимыми местами стали углы прямоугольных грузовых люков. Оттуда могла начаться трещина, которая затем уходила далеко за пределы самого люка.

Для тяжёлой аварии хватало сочетания нагрузки, небольшого дефекта и стали, плохо сопротивляющейся росту трещины при этой температуре. Шторм усиливал нагрузку, но иногда корпус разрушался и без него.

Исправления начали вносить ещё во время войны. Углы люков скругляли, качество сварки проверяли строже. В корпусах применяли клёпаные соединения и усиливающие полосы, которые помогали остановить распространение трещин.

Менялись и требования к стали. Для проверки её поведения под ударом использовали испытание Шарпи. Небольшой брусок с надрезом разбивают тяжёлым маятником и измеряют, сколько энергии ушло на разрушение. Повторяя опыт при разных температурах, можно проследить, когда металл становится хрупким.

Установка для испытания Шарпи. Маятник разбивает образец с надрезом, а прибор позволяет определить, сколько энергии потребовалось для разрушения. Фото 2009 года.

Но аварии продолжались и после войны. 27 ноября 1954 года у берегов Уэльса в шторм разломился танкер «Уорлд Конкорд». Температура была около +12 °С.

На этот раз серьёзных дефектов сварки расследование не обнаружило. Разрушение вызвало сочетание больших нагрузок и недостаточной стойкости стали к распространению трещины. Обе половины остались на плаву, люди выжили. Судно восстановили, и под другим именем оно работало до 1974 года.

Эта и другие аварии помогли изменить правила. В 1957 году Регистр Ллойда, организация, устанавливающая требования к безопасности судов, ввёл обязательные минимальные показатели для корабельной стали при испытаниях по Шарпи.

Такие проверки нужны и для мостов, трубопроводов, котлов. Металл должен выдерживать нагрузку и сопротивляться росту трещин при тех температурах, в которых ему предстоит работать.

А «Скенектади», с которого началась эта история, отремонтировали. Через несколько месяцев после ночного грохота у причала танкер снова вышел в море.