用于制造槍、炮、坦克和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈等武器主要部件的合金結(jié)構(gòu)鋼的總稱。現(xiàn)代化的常規(guī)武器都具有火力威力大和靈活機(jī)動(dòng)性好的特點(diǎn)，對(duì)槍、炮鋼的技術(shù)要求取決于它們的射擊參量(如火炮的瞠壓，炮彈的初速度，射擊速度，射程等)和炮彈的炸裂參量(如炸片的有效數(shù)量，炸片速度等)，而坦克和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用鋼則取決于武器的自重以及從一個(gè)地方運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)地方所需要的時(shí)間。設(shè)計(jì)制造各類常規(guī)武器主要部件所選用的鋼材，必須滿足這些技術(shù)要求。
分類常規(guī)武器用鋼主要包括厚壁大口徑火炮身管用鋼、炮彈彈體用鋼、均質(zhì)裝甲鋼和導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用鋼。
厚壁大口徑火炮身管用鋼 在射擊到，火炮身管承受著很復(fù)雜的應(yīng)力。由于要經(jīng)受射擊參量(如炮彈初速度可達(dá)500～3000m/s)，高溫、高壓、高速火藥氣體對(duì)管壁的作用和沖擊，炮彈對(duì)管壁的擠壓，形成了很高的切向應(yīng)力；而且身管表面經(jīng)受著交替地快速加熱(以107℃/s的加熱速率使溫度升高到710℃以上)和快速冷卻(105℃/s)，使鋼的組織產(chǎn)生了奧氏體和馬氏體的反復(fù)相變，形成了很大的組織應(yīng)力和熱梯度。苛刻的服役條件對(duì)火炮身管用鋼提出了很高的要求，所以炮鋼應(yīng)具有如下性能：高橫向比例極限%26sigma;p或高屈服強(qiáng)度%26sigma;0.1，，在射擊時(shí)不產(chǎn)生永久變形；高橫向室溫和-40℃的低溫韌性，在射擊時(shí)不發(fā)生脆性斷裂；低裂紋擴(kuò)展速率，高的周期疲勞次數(shù)，從而具有很長(zhǎng)的使用壽命。為使身管用鋼在射擊條件下不軟化脹膛，還應(yīng)具有高的高溫強(qiáng)度。
為保證大口徑火炮身管用鋼良好的綜合性能，在合金設(shè)計(jì)上，世界各國(guó)普遍都采用鎳鉻鉬釩系列(見表1)。為保證鋼的淬透性和改善鋼的低溫韌性，都添加較高的鎳，通常為3.O％～3.5％。但從表1可看出，美國(guó)的155mm身管用鋼與175mm身管用鋼相比，在合金設(shè)計(jì)上是有差異的。155mm身管用鋼的碳含量約降低了O.05％，這有利于韌性的提高；鉻含量約降低了O.6％，有利于細(xì)化晶粒提高韌性；釩含量約增加O.10％，對(duì)韌性是不利的。
厚壁大口徑火炮身管用鋼具有高橫向比例極限一。、或高屈服強(qiáng)度吼。和良好的低溫韌性(見表2)。為保證這些性能，在熱處理工藝中，美國(guó)175mm身管用鋼和中國(guó)相應(yīng)的身管用鋼都采用高溫正火加低溫淬火加回火的熱處理工藝，使鋼的成分和組織均勻化，進(jìn)一步細(xì)化晶粒，以獲得良好的綜合力學(xué)性能。表2大口徑火炮身管用鋼的力學(xué)性能。
炮彈彈體用鋼 為保證炮彈具有很大的殺傷威力，因此炮彈彈體用鋼，通常都采用高強(qiáng)度、低韌性的鋼。在合金設(shè)計(jì)中，通常都采用高碳、高錳、高硅和其他脆性元素，使鋼中碳化物數(shù)量增加、回火脆性傾向增大、奧氏體晶粒粗大化，以保證彈體鋼具有很高的破片率，從而增大殺傷威力。彈體鋼的化學(xué)成分示于表3，力學(xué)性能示于表4。
均質(zhì)裝甲鋼 在戰(zhàn)爭(zhēng)中裝甲鋼將受到不同距離、口徑、速度的各種彈丸的沖擊與爆炸物的轟擊，瞬間承受巨大的動(dòng)能、破片、沖擊波和聚能效應(yīng)，使裝甲鋼在高溫、高壓和高速作用下發(fā)生塑性變形、破裂、甚至部分熔化或氣化。因此要求裝甲鋼具有良好的抗彈性能。裝甲鋼的抗彈性能主要是指其抗彈丸的侵徹能力、抗沖擊能力和抗崩落能力。抗侵徹能力是指在一定裝甲厚度和彈丸著角的條件下，裝甲鋼不被擊穿的最大動(dòng)能彈著速或能抵御某種標(biāo)準(zhǔn)破甲彈的能力。一般認(rèn)為它隨著裝甲材料的硬度和彈性模量的提高而提高。抗沖能力是指在彈丸的高速?zèng)_擊下，裝甲不發(fā)生開裂和崩落等損傷的能力。它與材料的韌性和強(qiáng)度有關(guān)。所以要求裝甲鋼具有良好的抗侵徹、抗沖擊和抗崩落等能力，即要求裝甲鋼應(yīng)具有高強(qiáng)度和良好的韌性，以提高鋼的抗彈性能。在制造裝甲車輛的過程中，還要求裝甲鋼具有良好的冷熱加工性能和焊接性能。典型的均質(zhì)裝甲鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能列于表5和表6。
導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用鋼 為減輕導(dǎo)彈彈體的重量，要求殼體用鋼應(yīng)具有高的比強(qiáng)度，以增大火箭的推力；為防止低應(yīng)力破壞，要求殼體用鋼應(yīng)具有高的斷裂韌性；為降低制造成本，要求殼體用鋼應(yīng)具有良好的加工性能和焊接性能。
導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用鋼的合金設(shè)計(jì)，通常都采用中碳的鎳、鉻、鉬、釩系列(見表7)。碳可提高鋼的強(qiáng)度，但對(duì)鋼的塑性和韌性有害，在保證強(qiáng)度的前提下，其含量應(yīng)盡量低，一般為O.3％～O.4％；為保證鋼的淬透性，應(yīng)加入適量的鎳、鉻和鉬；由于鉻在鋼中能生成Cr7C3碳化物，降低了最大阻力的溫度(或二次硬化溫度)，為防止軟化的產(chǎn)生，鋼中的鉻含量應(yīng)受到限制。力學(xué)性能示于表8。從表8可以看出，在熱處理過程中，對(duì)硅、鉬含量較高的鋼種，可采用中溫回火，對(duì)硅、鉬含量較低的鋼種，可采用低溫回火。
冶煉工藝 制造現(xiàn)代化常規(guī)武器主要構(gòu)件所選用的鋼材，基本上都是高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼。這兩類鋼都易于出現(xiàn)低溫(-40℃)脆化和缺口脆化。提高鋼的純凈度，即降低鋼中的硫、磷含量，減少鋼中非金屬夾雜物和氣體含量，是減輕這兩種脆化傾向和提高鋼的韌性的有效途徑。結(jié)構(gòu)材料冶金工藝的發(fā)展，總是在解決%26ldquo;強(qiáng)度高、韌性低%26rdquo;的矛盾中前進(jìn)的。特種冶金的出現(xiàn)，適應(yīng)了這種要求。
美國(guó)175mm加農(nóng)炮身管用鋼，采用真空碳脫氧工藝冶煉。英國(guó)挑戰(zhàn)者坦克裝備的120mm線膛炮采用電渣重熔法冶煉。
20世紀(jì)50年代，采用堿性平爐雙聯(lián)法冶煉了加農(nóng)炮身管；70年代，采用電渣重熔法冶煉了加榴炮身管；80年代中期，采用堿性電爐加噴粉處理加電渣重熔法冶煉了加農(nóng)炮身管；坦克炮身管是用堿性電爐加噴粉處理加真空脫氣工藝冶煉的。超高強(qiáng)度鋼，通常采用真空感應(yīng)爐加真空白耗爐的雙真空冶煉法冶煉。均質(zhì)裝甲鋼，最近采用電爐加鋼包精煉爐冶煉，使鋼中的氧含量達(dá)到20%26times;10-6、氫含量1.5%26times;10-6、氮含量56%26times;10-6。
展望 隨著現(xiàn)代冶金技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)武器用鋼得到了迅速的發(fā)展。
厚壁大口徑火炮身管用鋼服役條件非常苛刻，要承受高速、高溫、高壓、急冷急熱、反復(fù)交變載荷等的作用，因此要求身管用鋼必須具有高比例極限郎或高屈服強(qiáng)度和良好的沖擊韌性。為達(dá)到這個(gè)目的，厚壁大口徑火炮身管用鋼正向追求良好綜合性能方向發(fā)展，主要發(fā)展有兩個(gè)。一是以美國(guó)為代表．開發(fā)高強(qiáng)度身管用鋼，最高屈服強(qiáng)度%26sigma;0.1已達(dá)1240～1310MPa，但該鋼的沖擊韌性比較低，僅為8.3J；二是以中國(guó)為代表，重視開發(fā)強(qiáng)韌性匹配好的身管用鋼，把屈服強(qiáng)度適當(dāng)降低到980～1120MPa的水平。通過降低鋼中碳含量和提高鎳含量，提高了身管用鋼的韌性，獲得了良好的綜合性能，延長(zhǎng)了身管用鋼的使用壽命。
均質(zhì)裝甲鋼的最新發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。在合金設(shè)計(jì)思想上，世界各國(guó)普遍采用多元少量的合金設(shè)計(jì)方法，開發(fā)中、低碳的低合金裝甲鋼，不但改善了鋼的工藝性能，也降低了鋼的生產(chǎn)和加工成本；在鋼的冶煉技術(shù)上，普遍采用高純化冶煉技術(shù)，大幅度降低鋼中的硫和磷，如爐外精煉、噴射冶金和電渣重熔等，其中以電渣重熔法采用的最多。美國(guó)和前蘇聯(lián)采用電渣重熔法冶煉的裝甲鋼，其抗穿甲彈的侵徹能力可提高30％～40％。并已分別列入本國(guó)的軍標(biāo)中；在軋制工藝上，普遍采用控制軋制和控制冷卻技術(shù)生產(chǎn)裝甲鋼，進(jìn)一步降低了鋼的焊接碳當(dāng)量，改善了鋼的焊接工藝性，降低了生產(chǎn)成本；在裝甲類型上，普遍采用復(fù)合裝甲。作為復(fù)合裝甲重要組成部分的均質(zhì)裝甲鋼，正向中、薄板方向發(fā)展，一般使用厚度為35mm以下，最厚不超過50mm。為提高裝甲的防護(hù)水平，美國(guó)研制成功了貧鈾復(fù)合裝甲，已在美國(guó)M1A1型主戰(zhàn)坦克上應(yīng)用，具有很高的防護(hù)水平，防穿甲大于600mm，防破甲大于130mm，成為世界上最先進(jìn)的復(fù)合裝甲之一。因此，積極開展貧鈾裝甲材料的研究是裝甲鋼發(fā)展的另一個(gè)新方向。
炮彈彈體用鋼，目前正在向高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度高于1000～1400MPa)、高破片率和低韌性方向發(fā)展，以不斷提高炮彈的殺傷威力和殺傷面積。彈體鋼韌性低、脆性大，可大幅度提高有效破片率，進(jìn)而提高殺傷威力。但是，彈體鋼的低韌性也是有限度的，至少要滿足彈體在制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和安全使用等方面的要求。因此，炮彈彈體鋼的高強(qiáng)度、高破片率和低韌性的合理匹配，也是重點(diǎn)的研究方向之一。
| |
|
? 請(qǐng)關(guān)注 微信公眾號(hào): steeltuber. 轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留鏈接: http://www.zfjr198.com/Steel-Knowledge/Conventional-weapon-steel.html
|