1873年，法国建成“”号战列舰，该舰已废除使用风帆的传统，成为世界海军史上第一艘纯蒸汽动力战列舰。到19世纪70年代，世界各海军强国的蒸汽装甲战列舰已达到较高的水平。蒸汽机不仅为军舰提供了推进动力，而且蒸汽还被用于操纵舵系统、锚泊系统、转动装甲炮塔系统、装填弹药、抽水及升降舰载小艇等。大型蒸汽装甲战列舰的排水量达到8000至9000吨，推进功率达到6000至8000匹马力。这时的战列舰在主甲板的中央轴线上或者舰体两侧装配了能做360度全向旋转的装甲炮塔，舰炮也都普遍采用了螺旋膛线，攻击力进一步增强。此时的战列舰大多被称作“铁甲舰”（ironclad），清朝北洋水师的定远号、镇远号铁甲舰可以称作是这一时期的战列舰代表。

【前无畏型战列舰】

1892年，英国人建造出了世界上第一艘采用全钢质舰体的战列舰――“皇家君主”号（hmsroyalsovere权级战列舰)，该舰随后成为各国战列舰设计的样板。它采用4门双联装主炮，以前后各配置一个炮塔的方式安装在舰身纵轴线上，加强了副炮群的数量及射角分配，能将所有火力集中于侧舷，战列舰的称谓名称又恢复了。此后，战列舰普遍采用钢质舰体，满载排水量可达到12000吨，采用螺旋膛线的主炮口径达到300至350毫米，舰体防护装甲的厚度达到230至450毫米，航速为16至18节。此时，舰炮威力、装甲防护力、航速和排水量等，成为各国公认的建造战列舰的四大要素。英国、法国、德国、美国、日本、意大利、俄国、奥匈帝国、奥斯曼帝国等国的海军纷纷建造或进口大批战列舰。战列舰已经成为海军强国实力的象征。

此时的战列舰大多装备两种口径的主炮，一级主炮布置在舰体纵向中轴线上，用于对抗敌方主力舰，二级主炮布置在舰体两侧，用于对抗巡洋舰及轻型军舰。动力多采用往复式蒸汽机。

【无畏舰】

1906年，一种全新的战列舰出现了。无畏舰（dreadnaught）的名字来源于英国海军的无畏号战列舰（hmsdreadnaught）。它采用了统一型号的重型火炮，以及高功率的蒸汽轮机。其设计实现了意大利著名工程师库尼贝迪上校的构想，排水量17，900吨，航速21节，装备有安装在五座炮塔内的10门305毫米主炮，24门76毫米副炮，水下鱼雷发射器5座，这比当时其它最大的装甲舰的火力还要强1倍以上；两舷，炮塔和指挥塔的装甲厚达280毫米。无畏号的下水，加快了各国海军的竞争。德国的拿骚级战列舰、美国的南卡罗来纳级战列舰及其后续舰纷纷采用无畏号的标准。此类战列舰被统一命名为“无畏舰”。其特征可以概括为：统一口径的主炮（通常口径为11至13.5英寸），主炮塔布置于舰艏和舰艉，以及交错布置于舰身舯部。排水量大多为20，000吨以上，一般使用蒸汽轮机作为动力，航速超过19节。这一时期，英国和德国展开了大规模的海军军备竞赛。到1914年第一次世界大战爆发，英国共有战列舰和战列巡洋舰73艘，德国则有52艘。

【超无畏级战列舰】

随着战列舰的主炮口径增加到13.5~15英寸，火炮有效射程不断增大，主炮炮塔都布置在舰体水平纵向中轴线上，减少或取消舯部的主炮塔，排水量增加到25，000吨以上，这种无畏战列舰通常被称为“超级无畏舰”，日本称为“超弩级战舰”。英国的猎户座级战列舰、伊丽莎白女王级战列舰、德国的巴伐利亚级战列舰、美国的内华达级战列舰、日本的扶桑级战列舰，及其后续舰都可以视为典型的超级无畏舰（post-dreadnaught）。

第一次世界大战中的1916年，英德两国海军之间爆发了人类有史以来规模最大的海战――日德兰海战。成为战列舰主宰海洋的“大舰巨炮制胜主义”理论历史顶点。根据这次海战的教训，主要的海军国家改进了无畏舰的设计。主要改进措施包括：增大主炮口径，改进炮塔、火药库等部位的防护；采取重点防护措施，加厚重要部位的装甲，减少或取消非重要部位的装甲；重视水平防护、以及水线以下对鱼雷的防护。这种无畏型战列舰通常被称为“后日德兰型战列舰”（poslandbattleship）。例如英国建造的纳尔逊级战列舰。

【条约时代】

第一次世界大战以德国及协约国的失败告终。根据1918年的停战协定，德国公海舰队向同盟国投降，并集中在英国北部奥克尼群岛的斯卡帕湾，等待作为战争赔偿分配给战胜国。但是其中的大部分军舰在1919年6月21日被德国水兵凿沉。

在战争期间，各海军强国都设计了规模和火力更强大的战列舰，主炮口径上升到16至18英寸。由于战列舰的建造和维护费用极其高昂，这种耗费高昂的军备竞赛在战争结束后显然不再是必需的了。1922年华盛顿会议期间，美国、英国、日本、法国和意大利五个海军强国签订了《限制海军军备条约》（华盛顿海军条约），限制战列舰和战列巡洋舰的吨位（35，000吨）和主炮口径（不得超过16英寸），并规定美、英、日、法、意五国海军的主力舰（战列舰和战列巡洋舰）吨位比例为10:10:6:3.5:3.5。

1930年签订的《限制和削减海军军备条约》（伦敦海军条约）对此进行了补充规定。从1922年到1936年的15年间被称为“海军假日”时代（navyholiday），各国的大型战列舰建造计划都被终止或取消，代之以对已有的战列舰的进行更新和改造。

【超级战列舰】

1936年12月31日，《华盛顿海军条约》期满作废，各海军强国重新开始战列舰的建造工作。英国建造了五艘乔治五世国王级战列舰。美国海军建造了两艘北卡罗来纳级战列舰、四艘南达科他级战列舰、四艘依阿华级战列舰。德国海军建造了两艘俾斯麦级战列舰，日本海军建造了两艘大和级战列舰，即“大和”和“武藏”号战列舰，是世界上最大的战列舰，满载排水量为72，800吨，最高航速27节，舰上装有三联装460毫米主炮9门，炮弹重达1460公斤，还有12门三联装155毫米副炮和12门双联装127毫米平高两用炮。“武藏”号在1944年10月24日，“大和”号在1945年4月7日，先后被美军飞机击沉。法国、意大利也建造了新型的战列舰。这一时期的战列舰大多采用15或16英寸甚至18英寸口径主炮，航速达27节以上，甚至30节以上。

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