СНАРЯД С КОРПУСОМ ИЗ ВЫСОКООСКОЛОЧНОЙ КРЕМНИСТОЙ СТАЛИ ОДИНЦОВА-БОТВИНОЙ Российский патент 2009 года по МПК C22C38/02 F42B12/20 F42B12/74 

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к материалу корпусов осколочно-фугасных снарядов.

Основная отечественная снарядная сталь С-60, по химическому составу соответствующая конструкционной стали ст.60, но имеющая расширенные пределы по фосфору и сере, обладает неудовлетворительными осколочными характеристиками. Это объясняется как низкокачественным крупным спектром, так и плохой формой осколков. Из классификационной диаграммы для результатов испытаний стандартных осколочных цилиндров RSFC (Russian Standard Fragmenting Cylinder) №12 по пат. №2025646 РФ следует, что комбинация С-60/ТНТ попадает в область неудовлетворительного дробления (класс IV) («Физика взрыва». Т.2, изд. третье, исправленное./ Под ред. Л.П.Орленко. М.: Физматлит, 2004, стр.151, рис.16.59), а основная штатная комбинация C-60/A-IX-2 (A-IX-2 - алюминизированный гексоген) находится вблизи нижних границ удовлетворительного дробления (класс III). Очень велики относительные массы крупной фракции m>4 г (для ТНТ и A-IX-2 соответственно 0,59 и 0,47).

Низкокачественная форма осколков выявляется как по данным выборки крупных (основных) осколков (аномально высокое значение удлинения λ_max=16 для A-IX-2, соответствующее классу сверхдлинных осколков), так и по характеристикам формы осколков мелкой фракции 1-2 г (параметр формы Ф=1,96, отношение миделей σ_mm=6,6).

Одними из перспективных высокоосколочных сталей являются кремнистые стали. Они относятся к классу рессорно-пружинных сталей и содержат 2-3% кремния, снижающего пластичность и повышающего хрупкость сталей.

Использование кремнистой стали 60С2 в осколочных боеприпасах защищено патентами №№2079099, 2095740 РФ. В США для производства осколочно-фугасных снарядов используется кремнистая сталь того же состава AISI-9260. Использование этой стали при изготовлении 155-мм ОФ снаряда ERFB позволило обеспечить примерно вдвое большую эффективность, чем у штатного снаряда М107 того же калибра (см. В.А.Одинцов. «Конструкции осколочных боеприпасов». Ч.II. Артиллерийские снаряды. Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002, стр.16).

По данным испытаний стандартных осколочных цилиндров кремнистая сталь 60С2 обеспечивает стабильное, хотя и не очень высокое преимущество перед сталью С-60. Обеспечивается прирост числа осколков N_0,25 для ТНТ, A-IX-2 и окфола соответственно на 17, 20 и 14%, а относительного содержания фракции (1<m≤4 г) соответственно на 23, 20 и 12%.

Тем не менее обе комбинации: 60С2/ТНТ (N_0,25=1039, µ_c=0,32) и 60С2/А-IX-2 (N_0,25=1358, µ_c=0,42) попадают только в класс III удовлетворительного дробления (N_0,25≥1000, µ_c≥0,3), т.е. не являются перспективными для применения во вновь разрабатываемых боеприпасах.

Учитывая, что кремний является недефицитным и недорогим легирующим элементом и, следовательно, кремнистые стали остаются по прежнему объектом внимания разработчиков осколочных снарядов, настоящее изобретение ставит задачу улучшить осколочные свойства кремнистой стали.

Техническое решение состоит в том, что снаряд содержит корпус, изготовленный из высокоосколочной кремнистой стали горячей штамповкой с последующей термообработкой, которая содержит 0,7-0,9% углерода и 2% кремния, при этом ее относительное сужение при разрыве составляет не менее 15%, а при испытании подрывом изготовленных из нее осколочных цилиндров RSFC №12, снаряженных ТНТ и составом A-IX-2, относительная масса средней фракции осколков 1<m≤4 г составляет соответственно не менее 0,4 и 0,45, а число осколков с массой более 0,25 г соответственно не менее 1500 и 2000.

Выбор содержания углерода, соответствующего эвтектоидному составу, определяется тем, что при этом создается перлитная структура, обеспечивающая отсутствие как перлитной сетки, ухудшающей дробление, так и цементитной сетки, приводящей к дроблению на чрезмерно мелкие осколки (образованию «пыли»).

Изготовление корпусов из предлагаемой стали производится методом горячей штамповки. Рекомендуемые способы термообработки охраняются в режиме «секрет производства» («ноу хау»). (Федеральный закон от 18 декабря 2006 года №230-ФЗ, глава 75). Основным контрольным параметром свойств стали является относительное сужение материала при разрыве, которое должно составлять не менее 15%.

Определение характеристик дробления стали 80С2 производилось путем подрыва стандартных осколочных цилиндров RSFC №12 (фиг.1) в камере с улавливающей средой (опилки). Цилиндры были изготовлены с помощью механической обработки. Объем заряда ВВ 200 см³, номинальная масса корпуса 2660 г. Подробное описание методики испытаний приведено в пособии «Моделирование процессов фрагментации с помощью унифицированных цилиндров». В.А.Одинцов. Изд-во МГТУ, 1991. Испытания проводились для двух видов ВВ - ТНТ (тринитротолуол) и A-IX-2 (алюминизированный гексоген). Результаты испытаний представлены в табл.1 (N_0,25 - число осколков с массой, большей 0,25 г; µ_м - относительное содержание мелкой фракции (m≤1 г, m - масса осколка), µ_c - относительное содержание средней фракции (1<m≤4 г), µ_к - относительное содержание крупной фракции (m>4 г), l₂₀ - средняя длина осколка в выборке 20 наиболее длинных осколков, λ_max - максимальное удлинение осколка (,

γ₀ - плотность стали, l, m - соответственно длина и масса осколка).

Таблица 1 Сталь 80С2 ВВ N_0,25 µ_м µ_с µ_к l₂₀, мм λ_max ТНТ 1610 0,41 0,43 0,16 41 8,3 A-IX-2 2016 0,46 0,47 0,07 38 7,7

Сравнение результатов с данными прототипа 60С2 представлено в табл.2, 3 (здесь

Q_F=µ_cN_0,25 - однопараметрический критерий хорошего дробления Q_F≥Q_F*. Согласно вышеуказанному изданию МГТУ Q_F*=900.)

Таблица 2 Снаряжение ТНТ Сталь N_0,25 µ_c Q_F 60С2 1039 0,32 332 80С2 1610 0,43 692 Отнош. 1,55 1,34 2,08

Таблица 3 Снаряжение A-IX-2 Сталь N_0,25 µ_c Q_F 60С2 1358 0,42 570 80С2 2016 0,47 947 Отнош. 1,48 1,12 1,66

Положение экспериментальных точек на классификационной диаграмме показано на фиг.2 (обозначения: □ - сталь 60С2, ◇ - сталь 80С2, - ТНТ, - А-IX-2).

Из вышеприведенных данных следует, что технический результат, т.е. улучшение качества дробления, достигнут. По критерию Q_F предлагаемая сталь превосходит прототип при снаряжении ТНТ и A-IX-2 соответственно в 2,08 и 1,66 раза. При этом комбинация 80С2/ТНТ попадает в класс II (качественное дробление), а комбинация 80C2/A-IX-2 - в класс I (высококачественное дробление). Особо следует отметить, что комбинация 80С2/ТНТ обеспечивает лучшие результаты (Q_F=692), чем комбинация 60C2/A-IX-2 (Q_F=570). Переход на снаряжение низкочувствительным ТНТ позволил бы решить весьма актуальную задачу повышения безопасности боеприпасов. Здесь уместно отметить, что в настоящее время в США происходит замена 155-мм снарядов М107, снаряженных составом «В» (сплав тротила с гексогеном) и находящихся на вооружении более 40 лет, снарядом М795, изготавливаемым из высокоосколочной стали (состав не указан) и снаряжаемым ТНТ.

Предлагаемая сталь является дешевой, не содержит дефицитных легирующих элементов, в том числе марганца, технологична в массовом производстве.

Заявленный диапазон содержания углерода позволяет обеспечить использование стали в широком диапазоне условий эксплуатации боеприпасов, в том числе условий нагружения при выстреле (пуске). Для снарядов дальнобойных форсированных орудий целесообразно изготовление корпусов с содержанием углерода на нижней границе диапазона (С=0,7%). Для снарядов орудий невысокой баллистики целесообразно изготовление корпусов с содержанием углерода на верхнем пределе диапазона (С=0,9%). Весьма перспективно использование стали с этим показателем для снарядов штурмовых орудий «Тверь» мобильных сил (пат. №2213315 РФ).

Широкое применение новая сталь может найти для производства осколочных пластин естественного дробления, применяемых в осколочных боеприпасах направленного действия.

Изобретение относится к осколочно-фугасным боеприпасам. Снаряд содержит корпус, изготовленный из высокоосколочной кремнистой стали горячей штамповкой с последующей термообработкой, которая содержит 0,7-0,9% углерода и 2% кремния, при этом ее относительное сужение при разрыве составляет не менее 15%, а при испытании подрывом изготовленных из нее осколочных цилиндров RSFC №12, снаряженных THT и составом A-IX-2, относительная масса средней фракции осколков 1<m≤4 г составляет соответственно не менее 0,4 и 0,45, а число осколков с массой более 0,25 г соответственно не менее 1500 и 2000. Повышается эффективность дробления корпуса на осколки. 2 ил., 3 табл.

Снаряд, содержащий корпус, изготовленный из высокоосколочной кремнистой стали горячей штамповкой с последующей термообработкой, отличающийся тем, что высокоосколочная кремнистая сталь содержит 0,7-0,9% углерода и 2% кремния, при этом ее относительное сужение при разрыве составляет не менее 15%, а при испытании подрывом изготовленных из нее осколочных цилиндров RSFC №12, снаряженных ТНТ и составом A-IX-2, относительная масса средней фракции осколков 1<m≤4 г составляет соответственно не менее 0,4 и 0,45, а число осколков с массой более 0,25 г соответственно не менее 1500 и 2000.