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炮镗钢装甲钢——中国最新坦克使用的优质材料

 

重53吨,相当于38辆家用轿车, 125毫米的大口径滑膛炮,炮弹初速高达1800米每秒,超过音速5倍,可以轻易射穿1000毫米以上厚度的均质装甲,行驶状态中可以向5公里以外的目标开炮,命中率达到80%,这就是中国第三代外贸型主战坦克VT-4。

中国外贸型主战坦克VT-4

在内蒙古,中国兵器工业集团是中国军事工业链条中,最重要的制造企业之一。中国最新研制的外贸型坦克的炮管,正在这家军工企业里紧张的生产。

在军工企业的车间里,产品是没有品质高低之分的,这里的产品只有合格或是报废。眼前的炮钢是合金钢中强度最高的一种,当炮弹击发瞬间,炮镗内的温度会瞬间上升到3400度,压强上升到630兆帕,这相当于对指甲盖大小的面积施加6吨以上的重量。因此炮钢被称为“钢中之王”。

视频:《威武之师背后的财经密码》

陆战之王:坦克装甲篇

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在火炮总装车间里,很多人都在提醒着我们, 1958年,中国仿制前苏联T-54A坦克的100毫米线膛炮就出自这个车间,到2012年,跳动着中国心脏的第三代主战坦克VT-4终于在包头的总装车间下线。而今天这个车间能生产的第三代主战坦克上最先进的125毫米滑膛炮,这辆陆战之王手中的长矛,已经不输于世界上任何发达国家生产的坦克主炮。从零做到世界一流产品,中国军工在这个车间里,已经磨练了59年的时间。

7.2米长,53吨重的VT-4坦克以每小时71公里的速度驶过,这样的速度已经达到了世界范围内装甲车辆的最高水平,全世界能与其匹敌的只有三个国家。

VT-4坦克能够自如地加速、急刹、爬坡,甚至原地360度转弯,全靠它安装了一颗强大的心脏,和一般车辆不同的是,坦克依靠履带行进,刹车、转向都集成在动力舱内。这台VT-4坦克的动力舱高达1200匹马力,而且是一颗名副其实的“中国心脏”,这也是我国第一代自主研发的动力舱。而就在5年前,中国还不具备研发和制造坦克动力舱的能力。

新一代坦克的动力舱采取的是液力传动方式。要让一个53吨重的钢铁车身急起急停,动力部件不仅要求绝对的精度,而且每一个零件的抗压能力也是容不得半点马虎。虽然这只是一个单一军事武器的制造,但这个任务对于工业生产来说,则考量着一个国家整体工业体系完备的程度。

想要制造高品质的坦克动力系统,首要的前提,就是能生产符合特殊品质的特种钢材。这样的要求,对于已经在冶炼领域取得了多项成果的中国工业制造体系来说,并不是一个难题,强大的中国制造,今天已经能够冶炼出这辆坦克所有需要的特种材料,国家强大而完备的工业制造体系,给予了军工生产最坚实的基础。

现代装甲钢——坦克用材料特点

在一百多年的装甲钢发展史中,对钢的化学成分的探索与研究,已证实了单靠增减钢中的某些合金元素或调整其含量,已很难使抗弹性能和工艺性能有较大幅度的提高。现代装甲钢是依靠现代冶金工艺来提高钢的纯净度,以获得优于传统装甲钢的抗弹性能和工艺性能

高纯净度

对装甲钢板,要求在高硬度下,仍具有良好的塑性和韧性,在相同硬度的情况下,钢的纯净度提高后,延伸率和断面收缩率将提高50%,低温韧性可提高35%~75%。

传统装甲钢的有害杂质含量高,在高速冲击载荷下,容易产生脆性损伤,使抗弹性能限制在较低的水平,由于纯净度的提高,现代装甲钢具有了良好的强度与韧性的平衡,可以在高硬度下不出现脆性,相应地提高了抗弹性能。

高表面品质

国外标准中的表面品质分为尺寸公差与表面品质,对装甲钢来说,因避免影响临界抗弹性能,一般不允许出现厚度负公差,在测量厚度时,在每块钢板的每个长边上测量三点(两端、中间各一点),在每端应测量两点,共测十点,最后计算其平均值。

关于表面品质,欧美等国家略有不同,如美国标准规定,装甲钢板的表面应无轧痕、折叠、裂纹、氧化皮、机械擦伤和分层等缺陷,但允许采用打磨的方法清除表面轻微缺陷,打磨后钢板的实际厚度不小于厚度公差规定值,允许存在深度不超过0.38 mm 的麻点。

而欧洲标准允许表面长度不大于20 mm 和公称厚度值在95%以内的结疤和氧化铁皮等缺陷存在,亦可不予清理。

优异的机械性能

装甲钢是抗弹材料,硬度是其机械性能中的重要参数。由于布氏硬度的压痕面积较大,可以减少材料不均质的影响,数据波动较小,同时对试样表面光洁度的要求低,便于在线采用,所以在硬度检验中广为使用。

在测量时,应将表面的脱碳层打磨掉,同一块钢板或试样的布氏压痕直径数值之差应控制在0.15 mm以内。

装甲钢的硬度范围并没有统一的划分,随用途及生产国家的不同,划分标准各异,通常分为三大类:

1、高硬度装甲钢一般用于抗中、小口径穿甲弹攻击,布氏硬度值在450HBW 以上;

2、中硬度装甲钢兼有抗中口径穿甲弹和抗冲击作用,布氏硬度在240HBW~450HBW之间;

3、低硬度装甲钢能够抗爆轰冲击,布氏硬度值一般低于240HBW。

上世纪80年代前,世界各国对装甲钢的验收标准中基本上都不要求做全面的机械性能测定,近年来均提高了性能检验标准,如在美国,除硬度必检外,还将装甲钢的低温韧性列为必检项目,一般规定对40mm~60 mm厚的中高硬度装甲钢板,在调质状态下-40℃横向冲击功大于30 J。

但低温冲击值只能是反映钢板品质的一个定性指标,并不能反映与抗弹性能之间的定量关系,通过大量的实弹射击试验证明,降低靶板的温度等同于提高了应变速率,即降低了抗弹极限值,但找不到温度和抗弹极限之间的定量规律,因此低温冲击试验并不能代替抗弹试验。

抗枪弹损伤

装甲钢板抵抗各种打击物体侵人的能力,称为抗弹性能,打击物体包括:枪弹、火炮发射的普通穿甲弹、长杆形穿甲弹、破甲弹、预制破片弹、自锻破片弹以及地雷等。装甲受到攻击后其形状、尺寸或结构完整性出现任何变化的,都叫做损伤。

一般用于评价装甲板抗弹性能的最关键指标为抗弹极限速度,是指装甲在某个规定的厚度和倾角的条件下,随着弹丸速度的增加,由部分击穿向完全击穿转变的过程中,完全击穿的几率为某一特定值时的弹丸着靶速度,当穿透几率为50%时,称为V50。

装甲被穿透时可能出现5种基本形式的破坏,在每种穿透形式下,在装甲的正面和背面都可能出现不同形式的损伤,归纳起来可能出现的损伤见表1。在未穿透的情况下,正面各种损伤亦存在,背面损伤仅有凸起和在背凸处有未透裂纹。


装甲损伤的结果评定不仅取决于损伤类型及其大小,而且要按照装甲类型、材料、结构、抗弹能力的技术要求以及试验弹种等因素综合考虑。一般来说,塑性损伤属于合格损伤范畴,脆性损伤是应极力避免的。

▲被反坦克导弹和穿甲弹击中的坦克

在一个工业制造大国的生产链条中,强大国防给予这个国家的,更多是一种守望和平的实力。战争年代的苦难,今天的人们只能在博物馆的展品中,寻找到点滴直观的印象,而保卫家园,捍卫和平的使命,在一代又一代的军工人心中,始终在坚韧的传承。拥有着这份基础,今天的人们才能更好的守望这份来之不易的幸福,也正是因为有着这份力量,一个民族才能更踏实更稳健地去创造未来。

END

章来源:军民两用新材料大会

 

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