СВОЙСТВА ЛИСТОВ БРОНИ БТК-1 ПОВЫШЕННОЙ ТВЕРДОСТИ

И. И. Власова, С. И. Высоковский, Л. С. Левин, Е. М. Прибавкин,

М. И. Маресев, Ю. В. Соболев

ВБТТ. 1984. №5.

Броня танковая катаная БТК-1 повышенной твер­дости* была разработана еще в 1969 г. В середине 70-х гг. было начато ее серийное производство для броневых деталей [1-4] основного танка.

Другая отечественная хромоникельмолибденовая броня средней твердости 42СМ и 49С хорошо сва­ривается, но обладает недостаточной стойкостью против подкалиберных и кумулятивных снарядов. Задача повышения твердости противоснарядной стальной брони чрезвычайно сложна из-за необхо­димости одновременного удовлетворения высоких и порой трудно совместимых требований, таких как технологичность, свариваемость, живучесть. Ее легко решить при использовании низкоотпускаемых сталей, но для удовлетворения всего комп­лекса требований нужна высокоотпускаемая сталь, которая имеет меньшую склонность к локализации деформаций и хрупким разрушениям.

При выборе химического состава стали, обеспечи­вающего после закалки и высокого отпуска повы­шенный уровень твердости, были использованы принципы легирования как броневых, так и кор­пусных сталей для подводных аппаратов.

При обычном для брони средней твердости содер­жании углерода, лимитируемом требованиями сва­риваемости, повышение прочности высокоотпускаемой стали было достигнуто за счет упрочнения ферритной матрицы относительно большим количеством никеля и меди, а также включением в мат­рицу мелкодисперсных карбидов молибдена и ва­надия. Наряду с этим, медь и никель необходимы для обеспечения достаточного уровня хладостойкости стали.

* В работе принимали участие А. Е. Махора, Э. А. Магина, Ю. А. Старовойтов, О. Ф. Медницкая, Л. А. Егорова, Г. П. Басович, Ю. И. Безуглый, Н. В. Заря.

Броневая сталь БТК-1 отличается по химическому составу от брони средней твердости 42СМ нали­чием ванадия и меди, повышенным содержанием никеля и молибдена, отсутствием хрома, а также пониженным содержанием серы и фосфора в слу­чае выплавки стали в электродуговых печах.

В серийном производстве сталь БТК-1 выплав­ляют в 60-т мартеновских печах, раскисляют алю­минием и ферроцерием, разливают в кузнечные слитки массой до 14,5 т. Кузнечные слитки после нагрева до температуры 1 200-1 250°С подвер­гают ковке на брамы, которые нагревают до той же температуры и прокатывают на листы. Согласно ТУЗ-1019-77 толщина листов может быть в пре­делах от 20 до 160 мм.

После прокатки листы проходят специальную тер­мическую обработку, включающую замедленное охлаждение до 190-230°С и высокий отпуск при температуре 620-660°С в течение 40—50 ч. Лис­ты, предназначенные для изготовления штампован­ных бортов танка, с целью обеспечения возмож­ности правки подвергают предварительному термическому улучшению (закалке и высокому от­пуску) на твердость не выше 3,3 мм (отпечаток 10-мм шарика под давлением 29 400 МПа на прес­се Бринелля). При этом во избежание образова­ния трещин-расслоений в листах их охлаждают после отпуска на воздухе, а не в воде. Листы, предназначенные для изготовления плоских дета­лей, подвергают окончательному термическому улучшению на повышенную твердость от 3,25 до 3,05 мм. При окончательном термическом улучше­нии на повышенную твердость листов толщиной 70 мм и более, а также штампованных 85-мм заго­товок применяют двойную закалку.

В настоящее время проводятся работы по унифи­кации режимов термической обработки листов и заготовок толщиной 45-85 мм путем применения перед окончательной закалкой одной высокотем­пературной аустенизации. При изготовлении штам­пованных бортов предварительная аустенизация производится во время нагрева листов под штам­повку.

При закалке, а также после основного отпуска и заключительного отпуска огнерезных кромок сталь БТК-1 охлаждают в воде. С целью снижения уров­ня внутренних напряжений и предотвращения трещин на осевой кромке деталей после промежу­точного отпуска кромок охлаждение проводят на воздухе, а после заключительного отпуска штам­пованные детали охлаждают в специальном при­способлении с выступающей над водой кромкой. При оценке излома стали БТК-1, термически обра­ботанной на повышенную твердость, требования ТУЗ-1019-77 к виду излома отличаются от требо­ваний ГОСТ В21968- 76 к броне средней твердос­ти только оценкой кондиционности излома: по всей площади излома допускается рассеянная кристал­лическая сыпь.

В отличие от брони средней твердости броню по­вышенной твердости марки БТК-1 испытывают об­стрелом не только калиберными, но и подкалиберными снарядами. Сталь БТК-1 толщиной 70, 75, 80, 85 мм испытывают дополнительно 115-мм подкалиберными снарядами под углом 68°. Кроме то­го, 85-мм сталь БТК-1 испытывают под углом 68° 125-мм подкалиберными снарядами с карбидо­вольфрамовым сердечником.

В сравнении со сталью 42СМ 70-85-мм броня БТК-1 повышенной твердости имеет большую стой­кость против калиберных 100-мм тупоголовых сна­рядов по нормали и подкалиберных 115-мм снаря­дов под углом 68° примерно на 5 % по максималь­ной скорости кондиционных поражений и на 10 % по эквивалентной толщине брони.

Технология кислородной резки брони БТК-1 и 42СМ одинакова. При сварке стали БТК-1 приме­няют серийные сварочные материалы. Из-за повы­шенной склонности к образованию горячих трещин сварочный ток при наложении корневых валиков уменьшается.

Переохлажденный аустенит стали БТК-1 обладает высокой устойчивостью в температурном интерва­ле перлитного превращения (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма изотермического распада ста­ли БТК-1 (температура аустенизации 870 °С)

В интервале бейнитного превращения устойчивость переохлаж­денного аустенита невысока. Так, при температу­рах 400 и 300 °С бейнитное превращение начинает­ся после выдержки 3 и 2 мин, а 50 % аустенита превращается в бейнит соответственно через 13 и 16 мин. Бейнитное превращение происходит при охлаждении со скоростью 10°С/мин и менее. При всех исследованных скоростях охлаждения от 1 до 60°С/мин перлитного превращения не наблюда­лось.

Рис. 2. Изменение зерна аустенита БТК-1 в за­висимости от температуры нагрева

За счет карбидов ванадия и молибдена размеры аустенитного зерна практически не изменяются при 90-1 000°С; интенсивный рост зерна наблю­дается при нагреве выше 1 050°С (рис. 2). Сталь БТК-1 имеет достаточно высокие характеристики пластичности при температурах ковки и проката (рис. 3).

Исследования показали, что за исключением температуры отпуска 250-550 °С, соответствующих от­пускной хрупкости I рода, сталь БТК-1 обладает высоким комплексом механических свойств.

Рис. 3. Механические свойства стали БТК-1 при статическом растяжении в зависимости от тем­пературы испытаний t_и:

1 – временное сопротивление δ_в; 2 – относительное су­жение ψ

В низкоотпущенном состоянии, при уровне прочности около 1570 МПа (160 кгс/мм²), она имеет удар­ную вязкость 0,75 МДж/м², относительное суже­ние 53%, относительное удлинение 12 %. При этом разрыв между пределами прочности и текучести относительно велик—около 340 МПа (~35 кгс/мм²). Вторичное твердение стали БТК-1 наблюдается при температурах отпуска от 500 до 550°С, а ин­тенсивное разупрочнение начинается при темпера­турах отпуска выше 600°С. При переходе от низ­кого отпуска к высокому разрыв в значениях пре­делов прочности и текучести уменьшается. Уменьшение скорости охлаждения стали БТК-1 с температуры отпуска вызывает некоторое сниже­ние ударной вязкости и доли волокна в изломе при положительных и отрицательных температурах ис­пытаний. Это свидетельствует о склонности стали БТК-1 к отпускной хрупкости 11 рода, несмотря на сравнительно высокое содержание молибдена. Это обстоятельство должно учитываться при на­значении режимов термической обработки. Сталь необходимо охлаждать в воде после всех отпусков. Сталь БТК-1 обладает высокой отпускоустойчивостью, что позволяет подвергать ее многократным технологическим отпускам в процессе изготовле­ния деталей. Так, при изготовлении опытного кор­пуса детали толщиной 130 мм подвергали основ­ному и технологическому отпуску с общей длитель­ностью пребывания в печах около 45 ч. При этом окончательная твердость находилась на уровне 3,10-3,15.

Сравнение механических свойств двух сталей (таб­лица) показывает, что броня БТК-1 в отличие от 42СМ примерно на 25 % имеет более высокие проч­ностные характеристики, а характеристики плас­тичности и вязкости близки к нижнему пределу соответствующих параметров стали 42СМ.

При статическом растяжении стали БТК-1 с пони­жением температуры испытаний от +20 до -50°С пределы текучести и прочности несколько повы­шаются, а истинное сопротивление разрыву и ха­рактеристики пластичности практически не меняют­ся. С понижением температуры испытаний (рис. 4) ударная вязкость и доля волокна в изломе стали БТК-1 меняются в меньшей степени, чем для 42СМ, несмотря на меньшую твердость последней.

Механические свойства сталей БТК-1 и 42СМ в направлении поперек прокатки

Марка стали	Временное сопротив­ление, МПа (кгс/мм2)	Предел текучести, МПа (кгс/мм2)	Относительное удлинение, %	Относительное сужение, %	Ударная вязкость при + 20 °С, МДж/м2 (кгс· м/см2)
БТК-1	1 146-1 320 (117-135)	1 080-1 275 (110-130)	10-15	35-55	0,49-0,98 (5-10)
42СМ*	961-1 020 (98-104)	814-853 (83- 87)	16-18	63-71	0,69-1,08 (7-11)

* При твердости 3,50-3,40.

Как правило, технологические пробы стали БТК-1 толщиной до 85 мм имеют в изломе при -40°С волокно, соответствующее 1 и 2 баллам по дейст­вующей шкале изломов. Эти данные, а также поло­жительные результаты испытаний обстрелом при отрицательных температурах брони БТК-1 свиде­тельствуют об ее удовлетворительной хладостойкоcти.

Рис. 4. Изменение ударной вязкости К и доли волокнистой составляющей В в изломе натурных марок БТК-1 и 42СМ из листов толщиной 70 мм в зависимости от температуры испытаний t_и (тер­мическая обработка в пробах):

1, 2, 3 – для твердости 3,20; 3,05 и 3,40

Таким образом, свариваемая стальная противосна- рядная броня БТК-1 имеет следующие отличия от брони средней твердости 42СМ:

- по химическому составу: наличие меди и вана­дия, повышенное содержание никеля и молибдена, отсутствие хрома;

- по твердости: повышение ее от 3,60—3,30 до 3,25—3,05 мм, что соответствует увеличению проч­ности примерно на 25 %;

по виду излома: допускается рассеянная кри­сталлическая сыпь по всей площади излома;

- по противоснарядной стойкости при толщине листа 70—85 мм: 5%-ное повышение максималь­ной скорости кондиционных поражений или увели­чение примерно на 10 % эквивалентной толщины;

- по технологии изготовления: применение ковки слитков перед прокаткой на листы; воздушное охлаждение после отпуска и после промежуточно­го отпуска огнерезных кромок; использование спе­циального приспособления для охлаждения штам­пованных деталей в. воде с выступающей над ней кромкой детали; двойная закалка при термической обработке на окончательную твердость;

- по свариваемости серийными сварочными ма­териалами: повышенная склонность к образованию горячих трещин, что вызывает необходимость сни­жения сварочного тока в корневых валах.

Вывод

Повышенная противоснарядная стойкость броне­вой стали БТК-1 позволяет использовать ее для изготовления деталей корпуса основных танков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Паспорт на горячекатаную броневую сталь марки БТК-1. Предприятие п. я. В-2652, 1982.
2. ТУЗ-1019-77. Сталь листовая, броневая, повышенной твердости, марки БТК-1.
3. АДУ.1.ТУ. Детали броневые, противоснарядиые, из листо­вой стали марки БТК-1.
4. АДУ.2.ТУ. Борт штампованный из стали марки БТК-1.

По теме:

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

Защищенность танков второго послевоенного поколения Т-64 (Т-64А), «Чифтейн Мк5Р» и М60

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

БТК-1 и БТК-1Ш для корпусов танков