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19世紀中葉之後,隨著科學技術和造船工業的發展,風帆動力戰列艦逐漸讓位給蒸汽動力戰列艦,戰列艦進入以蒸汽機為動力的鋼鐵軍艦時代。1849年,法國建造出世界第一艘以蒸汽機為輔助動力裝置的戰列艦——“拿破侖”號,成為海軍蒸汽動力戰列艦的先驅。它裝有蒸汽機為主動力,但仍掛有作為輔助動力的風帆。1853年至1856年的克裡米亞戰爭,奠定了蒸汽裝甲戰列艦在近代海軍艦隊中舉足輕重的統治地位。1859年,法國建造了排水量5630噸的“光榮”號g年,英國建造了排水量9137噸的“勇士”號hsarrior)戰列艦。這兩艘軍艦外面包覆鐵質裝甲,被視作世界上最初的兩艘蒸汽裝甲艦。“勇士”號也掛有輔助的風帆,戰艦上的風帆直到20年後才逐漸消失。在美國南北戰爭期間,美國北方海軍的小型裝甲炮艦“莫尼特”號ussonitor)首次採用了封閉的迴旋式炮塔。它與南方邦聯海軍的“弗吉尼亞”號裝甲艦cssvirginia)之間發生了首次近代意義上的海上炮戰——1862年的漢普敦海戰。
1862年,法國建造了第一艘裝有旋轉炮塔的戰列艦“阿爾貝王子”號,由於炮塔式艦炮可向任何方向,排成一線縱隊的戰列戰術似乎過時了,所以在一段時期裡裝甲艦的稱謂取代了戰列艦。
1873年,法國建成“蹂躪”號戰列艦,該艦已廢除使用風帆的傳統,成為世界海軍史上第一艘純蒸汽動力戰列艦。到19世紀70年代,世界各海軍強國的蒸汽裝甲戰列艦已達到較高的水平。蒸汽機不僅為軍艦提供了推進動力,而且蒸汽還被用於操縱舵系統、錨泊系統、轉動裝甲炮塔系統、裝填彈藥、抽水及升降艦載小艇等。大型蒸汽裝甲戰列艦的排水量達到8000至9000噸,推進功率達到6000至8000匹馬力。這時的戰列艦在主甲板的中央軸線上或者艦體兩側裝配了能做360度全向旋轉的裝甲炮塔,艦炮也都普遍採用了螺旋膛線,攻擊力進一步增強。此時的戰列艦大多被稱作“鐵甲艦”ironcad),清朝北洋水師的定遠號、鎮遠號鐵甲艦可以稱作是這一時期的戰列艦代表。