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舰炮是用什么钢材做的?

时间:2022-04-18 00:42 点击:68 编辑:邮轮网

现代舰炮所使用的钢材(主要是:炮管、发射药室)与陆军的火炮所用钢材牌号完全一致,不能因为它是海军炮就单独开发几个钢牌号,若是这样就太浪费了。

目前来看,各国制造火炮用钢材的化学成分都差不多,我国由于冶金设备这些年有些进步,钢材当中磷硫的含量要求反而更严格,从材质上来说比英美要略微好一些,这也反应出我国炮管用钢材的质量要比几十年前有了显著提高。

那么,舰炮的炮管是怎样生产出来的?其实不论是舰炮(加农炮范畴)还是陆军火炮所用钢材,目前的采用电弧炉+电渣重熔炉冶炼。

电弧炉是目前钢铁工业必备的冶金设备,大部分高档钢材都有它来进行冶炼,由于电能是“二次能源”

,不存在有害物质的带入,所以它冶炼出来的钢水会更加纯净。图片里就是电弧炉冶炼钢水到出钢的生产流程3D模拟图,右侧是电弧炉、中间是盛钢桶、左面是电弧炉冶炼完毕后出钢。

电弧炉冶炼完成的钢液,要浇铸成图片里的这种棒材,如果想要提高质量也可以浇铸成钢锭,再由“初轧机”开坯成圆钢坯,这样棒材的表面光滑和内部致密,更适合电渣重熔炉使用。那么为啥要制成圆钢棒材?电渣重熔炉的原理就和我们日常所看到的电焊是一样的,这根圆钢棒材就相当于“电焊条”,只不过粗一些罢了,电渣重熔炉根据二次冶炼钢锭的大小的需要,使用几十或者几百根这样的圆钢棒材。

电渣重熔炉外观就是这个样子,有三到四个电加热臂,臂的前端有卡头将圆钢棒材夹住→将圆钢棒材垂直插入电渣重熔炉中→通电开始加热、熔化→熔化的钢液一点点累积,最后形成一个大型电渣重熔钢锭。

由于需要后续的锻造工序,电渣重熔钢锭是多棱型的,这样才能便于锻造。通常情况下大口径炮管钢锭在30吨以上,只有这样大的钢锭才能经过多次锻打使内部更加致密,也只有致密的钢材制造出来的炮管,才能经受发射药的高温高压和炮弹弹丸高速摩擦。

大型锻造钢锭要经过万吨级别(至少三万吨)的锻造机进行锻压,将钢锭锻造出炮管粗坯,万吨级别锻造机是重要的工业设备,世界上只有少数几个国家可以将它制造出来,它不仅仅是锻造炮管,大型钢铁结构件、承重件、飞机主梁、大型发电机转子…都需要采用万吨级别锻造机锻造,才能精确成型。

炮管钢锭锻成粗坯后需要进行中心穿孔

,以便下一步精锻拉长。

炮管粗坯要再次使用旋转精锻机锻造拉长,

达到需要的炮管长短,旋转精锻机更是高档设备,价值上千万美元,还需要出口许可证!不是任何国家都可以购买得到的专业设备。

炮管精坯锻造完成后需要进行热处理工艺,使钢坯更加致密,到达更高的强度。

炮管精坯锻造完成需要矫直,这道工序非常重要,如果没有这一步加工出来的炮管再装到舰炮上射击精度变得很差!甚至会出现几百米的“密位”偏差!

炮管精坯锻造和热处理、矫直完成后,需要进行外表面和内部精车工序,要将氧化层切削掉。

初步精整后炮管进入到很关键的一步工序,就是“自紧工艺”

!所谓“自紧工艺”就是使用机械或者液压手段将炮管内部塑性变形,而外表仍然在弹性极限内,当“自紧”过程结束后,炮管内部产生残余压应力、炮管外部产生残余拉应力,当炮弹发射时会产生高膛压,炮管内壁的残余压应力会部分抵消发射药气体所带来的拉应力,从而改善炮管内层的金属受力状况。图片上是液压自紧机,中间那根钢棒是为了减少充液量的芯棒

自紧工艺示意图,A是自紧前,B是通过液压或者机械手段让炮管内壁挤压受力C自紧后内壁变得更加致密。

炮管自紧的技术难点就是密封,密封有两种

方式一种是静态密封多用于低压,另一种是自紧密封,内腔液体充满后随着压力的升高而自密封。

通过自紧过程后的粗加工炮管进入到内壁切削工序,就是要达到炮管壁要求的厚度,为下一步拉至膛线做准备。

进入到最后的膛线加工工序,膛线加工完全是经验积累,因为是深孔加工工艺,外面根本看不到里面的状况,只能由高级技师去观察刀杆的振动起伏、切削冷却油的温度去判断膛线是否在正常切削…每一年因为膛线加工失败而报废的炮管有上万吨之多!所以,现代火炮动辄数百万美元不是乱要价的。

通过上面这些粗略的图片说明,就能看出来舰炮(陆军火炮)的生产流程非常的繁琐和复杂,需要巨大制造设备的资金投入才能将它制造出来!这些需要上百年的国力支撑和工业化时间。

目前世界可以制造从20毫米口径→155 毫米(甚至是203毫米)口径火炮的国家不超过10个,并且仍旧是二百年前那些可以制造火炮的国家!现代以来只有一个国家通过艰苦卓绝的努力才挤进了这个队伍!

而舰炮不只是炮管这一项制造,它还需要各种各样的机械设备和电器电子设备所组成,能制造陆军火炮的国家未必就能制造舰炮,比如德国制造的陆军火炮享誉世界,但是其战舰上的舰炮是意大利制造的!所谓“技有所长”就是这个道理,而即能制造陆军火炮也可以制造舰炮的国家一定是军事科技强国!

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