ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 




ПОВЫШЕНИЕ ПРОТИВОСНАРЯДНОЙ СТОЙКОСТИ

ТОЛСТОЛИСТОВОЙ СЕРИЙНОЙ СТАЛИ 42СМ

С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

А. Ф. ДОВЖЕНКО, М. И. МАРЕСЕВ, акад. Б. Е. ПАТОН,

Г. А. ТРИНЕЕВ, канд. техн. наук А. К. ЦЫКУЛЕНКО

Вестник оборонной промышленности. Серия ХХ. Выпуск 63. 1976 г.

 

* В работе принимали участие сотрудники трех предприятий, в том числе тт. З. И. Максюта, д-р техн. наук Б. И. Медовар, канд. техн. наук

А. К. Проворный, канд. техн. наук В. Я. Саенко, Л. П. Стегалова, канд. техн. наук Б. К. Филорикьян и др.

 

 

Известно, что одним из путей повышения бронестойкости толстолистовой стали является дополнительное легирование, что требует времени на освоение промышленной технологии новой марки по всем операциям, включая выплавку, прокатку, резку, сварку и т. д.

Поэтому была предпринята попытка*, не изменяя технологии производства серийной стали 42СМ, повысить ее бронестойкость с помощью электрошлакового переплава (ЭШП), который, как известно, резко повышает пластические и вязкостные свойства толстолистового металла [1-5].

Данные, приведенные в работах [8, 9], свидетельствуют о том, что улучшение чистоты, изотропности, пластичности и вязкости брони увеличивает ее сопротивление растрескиванию и отколам при снарядном обстреле.

Известно, что повысить уровень противоснарядной стойкости брони [6, 7, 8] можно путем увеличения ее твердости (прочности), причем характеристики пластичности и вязкости стали, подвергнутой ЭШП, должны быть не ниже, чем у серийной ста­ли. Целесообразность такого направления в развитии производства брони подтверждается работами американских исследователей [9].

Повысить противоснарядную стойкость стали 42СМ ЭШП удалось за счет повы­шенного запаса вязкости путем увеличения твердости (прочности) при снижении тем­пературы высокого отпуска, принятой для серийной стали 42СМ.

Предварительное исследование влияния состава флюсов и варианта раскисления при переплаве на комплекс физико-механических свойств стали 42СМ показало, что наибольшей рафинирующей способностью обладает флюс марки АНФ-25, снижающий со­держание серы в металле на 30—40% по сравнению с исходной мартеновской сталью и обеспечивающий более высокие показатели ударной вязкости по толщине листа, особен­но в области минусовых температур испытания tисп (рис. 1).

При снарядном обстреле наибольший прирост противоснарядной стойкости полу­чен также на стали 42СМ ЭШП, выплавленной под флюсом АНФ-25 (табл. 1).

Одновременно установлено, что в 11-тонном слитке не обеспечивается стабильное металлургическое качество стали 42СМ ЭШП, поэтому дальнейшие исследования проводились на слитках развесом 9 тс.

Кроме того, было установлено, что для повышения бронестойкости и сохранения живучести при плюсовых температурах сталь 42СМ ЭШП должна обрабатываться на твердость по Бринеллю dотп = 3,20- 3,45 мм , в то время как серийная сталь 42СМ обрабатывается, как правило, на твердость dотп = 3,45- 3,55 мм (по техническим ус­ловиям требуется dотп = 3,3- 3,6 мм ).

 

. Влияние технологии электрошлакового переплава на ударную вязкость стали 42СМ и 42СМ ЭШП по толщине листа

Рис. 1. Влияние технологии электрошлакового переплава на ударную вязкость стали 42СМ и 42СМ ЭШП по толщине листа (вертикальные образцы; отпуск при 600°С, 3 ч): 1,2, 3 - ст. 42СМ ЭШП под флюсом АНФ-25, АНФ-6, АНФ-6 + FeCl + Al соответственно; 4 - ст. 42СМ мартеновская

Для опытно-промышленного опробования сталь 42СМ ЭШП была изготовлена под флюсом марки АНФ-25. Слитки стали 42СМ ЭШП весом 9 тс были изготовлены с верхним (11 слитков) и нижним (11 слитков) содержанием углерода.

 

Таблица 1. Влияние технологии электрошлакового переплава на уровень противоснарядной стойкости (угол встречи α = 68°)

стали 42СМ ЭШП (толщина листа 80 мм )

 

Марка флюса

Прирост стойкости Δvпкп в сравнении

с гарантированным уровнем ст. 42СМ. %

115-мм подкалиберный сна­ряд

100-мм подкалиберный снаряд

АНФ-6

9,4

10,0

АНФ-6 +FeCl+Al

8,1

5,3

АНФ-25

10,0

12,3

АНФ-25 +FeCl+Al

9,7

10,1

 

Исследовалась связь между скоростью наплавлення слитка, глубиной шлаковой ванны и качеством металла в листе по шиферности и расслоям (рис. 2).

Полученные данные показывают:

  1. скорость наплавлення 9-тонного слитка, равная 1300-1350 кгс/ч, обеспе­чивает наиболее высокое качество толстолистовой стали 42СМ ЭШП;
  2. изменение глубины шлаковой ванны от 160 до 220 мы при скорости на плавления слитка 1350 кгс/ч не отражается на качестве металла листа.

Исследовались физико-механические свойства, химический состав, макро- и микроструктура и другие характеристики стали 42СМ ЭШП в сравнении с серийной сталью. Химический состав стали 42СМ ЭШП в результате переплава практически не изменяется за исключением содержания серы (уменьшается на 1/3-1/2.), кремния (уменьшается на 3/3) и углерода (уменьшается на 0,01-0,03% по сравнению с содержанием в ковше).

 

 

Влияние скорости наплавлення Q на качество листа стали 42СМ ЭШП

Рис. 2. Влияние скорости наплавлення Q на качество листа стали 42СМ ЭШП по расслоям  (а) и шиферности (б) при глубине шлаковой ванны h = 200-220 мм:

-Q = 1288 кгс/ч;    - Q      = 1300 кгс/ч; + - Q= 1320 кгс/ч;

-Q = 1365 кгс/ч; Δ - Q = 1500 кгс/ч; l1 -  l7 - направление

технологических проб от донной к головной части листа

 

Сравнительное металлографическое исследование показало значительную загряз­ненность серийной стали 42СМ строчечными оксидами и сульфидами, в то время как в металле ЭШП эти включения содержатся в очень незначительных количествах (табл. 2), а количественный анализ показал, что сталь 42СМ ЭШП почти в 10 раз по содержанию неметаллических включений (рис. 3) чище стали 42СМ мартеновско­го производства.

Из анализа механических свойств катаной стали следует, что при одинаковой прочности пластические характеристики δ , ψ стали 42CM ЭШП несколько выше, а ударная вязкость ан донной части листа в 1,5-2,0 раза выше, чем у серийной стали 42СМ; на образцах, вырезанных из головней части листа, показатели пластичности δ, ψ и вязкости αн повышаются в 1,4-1,7 раза.

Особенно большой прирост ударной вязкости (в 2-2,5 раза) получен на вертикальных образцах (по толщине листа) как из головной, так и из донной части листа. Коэффициент анизотропии, определенный отношением ударной вязкости вертикальных и поперечных Образцов, для стали ЭШП равен 0,83-0,88, а для серийного метал­ла - 0,55-0,58.

 

Таблица 2

Содержание неметаллических включений в сталях 42СМ ЭШП и 42СМ

Характе­ристика

плавки

Место

отбора

проб,

часть

листа

Оценка в баллах по ГОСТу 1778-62

Оксиды строчечные (ОС)

Оксиды

точечные

(ОТ)

Силикаты

хрупкие

(CX)

Силикаты пластич­ные (СП)

Силикаты недеформированне (СН)

Максималь­ный балл на стро­чечные (ОС, CX. СГІ)

Суль­фиды

(С)

ЭШП

Донная,

головная

0,3

0,6

0,8

1,1

0

0

0

0

0,8

0,7

0,3

0,6

0,5

0,8

Мартен

Донная,

головная

2,8

2,5

1,0

1,0

0

0,3

0

0

0,3

0,9

2,8

2,5

3,0

3,3

 

Размерное (а) и объемное (б) содержание неметаллических включений

Рис. 3. Размерное (а) и объемное (б) содержание неметаллических включений:

1-а стали 42СМ; 2 — в стали 42СМ ЭШП; N — количество не­металлических включений на 1 мм2 поверхности шлифа; С - объемное

содержание

 

Таким образом, подтверждено, что электрошлаковый переплав уменьшает содер­жание неметаллических включений и вредных примесей, повышает пластические и вязкостные характеристики и обеспечивает получение практически изотропного металла. Так как электрошлаковый переплав не изменяет критических точек Aс1 и Ас3 и химического состава стали по основным легирующим элементам в пределах марочного состава образцы из стали 42СМ ЭШП закаливались по режимам, принятым для серийной стали 42СМ. Режимы высокого отпуска задавали таким образом, чтобы обес­печить твердость в пределах dотп = 3,2- 3,45 мм с получением 1-2 балла по волок­ну. Изломы технологических проб оценивались по шкале изломов, принятой для серий­ной стали 4 2CM.

Снарядному обстрелу были подвергнуты 34 карточки толщиной 70, 80 и 85 мм (табл. 3).

Анализ экспериментальных данных показывает, что фактическое превышение бронестойкости карточек из стали 42СМ ЭШП по минимальным значениям по сравнению с гарантированным уровнем противоснарядной стойкости серийной стали 42CM составляет от 1,7 до 14,7% при удовлетворительной живучести.

С помощью методов математической статистики, с привлечением элементов теории вероятностей была проанализирована вся совокупность имеющихся данных по всем значениям для серийной стали и стали 42CM ЭШП, Установлено, что сталь

42СМ ЭШП при толщине 70, 80 и 85 мм имеет преимущество перед серийной сталью 42СМ как при малых, так и при повышенных скоростях обстрела.

 

Таблица 3. Повышение (%) противоснарядной стойкости

стали 42СМ ЭШП по сравнению с серийной сталью

Толщина

брони, мм

Угол встречи α, град

Подкалиберный 115-мм снаряд

Подкалиберный 100-мм снаряд

68

70

68

70

70

7,0-7,5

5,5-5,8

7,3-14,0

_

80

2,6-13,0

8,0

5,8-10,0

7,6

85

1,7-3,2

3,4-5,8

4,0-10,0

-

 

Испытания стали 42CM ЭШП снарядным обстрелом при минусовых температу­рах (–40° С), проведенные в лабораторных (12 карточек) и натурных (5 карточек) условиях, показали, что для обеспечения удовлетворительной живучести как при плю­совых, так и при минусовых температурах сталь 42СМ ЭШП необходимо обрабаты­вать на твердость dотп ~ 3,35- 3,45 мм . С учетом полученных результатов были из­готовлены из стали 42СМ ЭШП и испытаны 8 штампованых бортов толщиной 75, 80 и 85 мм .

Результаты снарядного обстрела бортов по штампованой части (табл. 4) показывают, что:

  1. борты толщиной 75 мм (2 шт.) с твердостью dотп = 3,3- 3,4 мм не удо­влетворяют нормам технических условий на 85-мм борты из серийной стали 42СМ;
  2. борты толщиной 80 мм (2 шт.) с твердостью dотп = 3,35- 3,4 мм удовле­творяют нормам ТУ на 85-мм борт из серийной стали, превышая нормы ТУ по минимальным значениям на 3,4-4,5%;
  3. борты толщиной 85 мм (4 шт.) с твердостью dотп = 3,3- 3,4 мм удовлетво­ряют нормам ТУ на 85-мм серийный борт, причем фактическое превышение норм ТУ по минимальным значениям составило 4,7%.

 

Таблица 4. Повышение (%) противоснарядной стойкости (α = 70 ) штампованых

бортов из стали 42СМ ЭШП по минимальным значениям в сравне­нии с штампованым бортом из серийной стали толщиной 85 мм

 

Толщина листа для борта, мм

Количество испытанных бортов, шт

Твердость по Бринеллю dотп,

мм

Подкалиберный 115-мм снаряд

Подкалиберный 100-мм сна­ряд

75

2

3,30

3,35-3,40

3,5

1,5

80

2

3,35

3,40

3,4

4,5

85

4

3,30

3.35

3.35

3,35-3,40

4,7

4,7

 

Приведенные данные свидетельствуют о принципиальной возможности замены штампованого борта танка Т-64А толщиной 85 мм из серийной стали 42СМ бортом из стали 42СМ ЭШП толщиной 80 мм , что должно привести к повышению тактико-технических характеристик танка Т-64А.

Предварительные исследования показали, что технология сварки стели 42СМ ЭШП не отличается от серийной, принятой для стали 42СМ.

Окончательная оценка бронестойкости стали 42СМ ЭШП, а также прочности сварных соединений и сварных швов производилась на трех сварных макетах и одном сварном бронекорпусе танка Т-64А. В этих конструкциях штампованные борты толщи­ной 85 мм и лобовые детали толщиной 80 мм были изготовлены из стали 42СМ ЭШП.

Результаты испытаний обстрелом показали, что противоснарядная стойкость кор­пуса танка Т-64А из стали 42СМ ЭШП несколько ниже противоснарядной стойкости макета носовой части корпуса из той же стали, но превышает гарантированный уро­вень стойкости серийной стали 42СМ на 6-9%. Это, по-видимому, можно объяснить различием в содержании углерода в стали 42СМ ЭШП для макета (0,33% С) и кор­пуса (0,28% С).

По прочности сварных швов сталь 42СМ ЭШП равноценна стали 42СМ, хотя скорости испытания сварных швов металла ЭШП примерно на 10% были выше, нем мартеновского металла. Было исследовано 22 промышленных плавки стали 42CM ЭШП. Бронестойкость корпуса танка Т-64А превысила гарантированный уровень противоснарядной стойкости серийной стали 42СМ на 6-9%. Вместе с тем было установлено, что необходимо повысить противоснарядную стойкость сварных швов и живучесть свар­ных соединений из стали 42СМ ЭШП.

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения электрошлакового переплава для улучшения броневой защиты отечественных машин.

Другие материалы по теме брони:

ВЛИЯНИЕ ТВЕРДОСТИ СТАЛЬНОЙ БРОНИ НА ЕЕ ПРОТИВОСНАРЯДНУЮ СТОЙКОСТЬ

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННЫХ БРОНЕВЫХ ОТЛИВОК 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТИВОКУМУЛЯТИВНОЙ СТОЙКОСТИ БРОНИ ЯЧЕИСТОГО ТИПА

ОЦЕНКА ПРИРОСТА ПРОТИВОКУМУЛЯТИВНОЙ СТОЙКОСТИ НАБОРНЫХ ПРЕГРАД

О ПУТЯХ ПОВЫШЕНИЯ ПРОТИВОСНАРЯДНОЙ СТОЙКОСТИ КАТАНОЙ СТАЛЬНОЙ БРОНИ ДЛЯ ТАНКОВ (БТК-1)   

О НЕКОТОРЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПРЕГРАД ПРИ ОБСТРЕЛЕ СПЛОШНЫМИ ОПЕРЕННЫМИ БРОНЕБОЙНО-ПОДКАЛИБЕРНЫМИ СНАРЯДАМИ

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Медовар Б. И. и др. Электрошлаковый переплав, М., Металлургиздат, 1963.
  2. Mедовар Б. И. и др. Электрошлаковый переплав открывает новые возможности повышения прочности стали. – "Специальная электрометаллургия", вып. 9, 1970.
  3. Патон Б.Е., Медовар Б.И. и др. Улучшение качества толстолистовой стали марок 09Г2С, 16ГНМ, 18Х2М путем ЭШП. – "Специальная электрометаллургия", вып. 19, 1973.
  4. Патон Б.Е., Медовар Б. И., Цуканов Г. Э. Электрошлаковый переплав в производстве стального листа. Рафинирующие переплавы. Киев, "Наукова думка", 1974, с. 51-61.
  5. Филорикьян Б. К. и др. Влияние електрошлакового переплава на свойства толстолистовых заготовок из Cr-Ni-Mo и Cr-Ni-Si-Mn конструкционных сталей. Труды Ш Всесоюзной конференции по ЭШП. Киев, 1969.
  6. Некоторые вопросы применения электрошлаковой броневой стали в танковом произ­водстве. Отчет ИЭС, инв. № 662, 1971.
  7. Цыкуленко А. К. Повышение противопульной и противоснарядной стойко­сти броневых сталей на основе электрошлакового переплава. Автореф. дисс., Киев, ИЭС, инв. №529, 1971.
  8. Филорикьян Б. К. и др. Влияние электрошлакового переплава на свойства катаной броневой стали,-"Вестник бронетанковой техники", 1966, № 3.
  9. Маnganello J. and Abbott К. H. Metallurgical factors affecting the ballistic behavior of steel tangets. „Journal of materials”, 1972, V. 7, М2 .

 





 



ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ