СНАРЯД С КОРПУСОМ ИЗ ВЫСОКООСКОЛОЧНОЙ КРЕМНИСТОЙ СТАЛИ ОДИНЦОВА-БОТВИНОЙ
PROJECTILE WITH BODY FROM HIGH-FRAGMENTATION SILICEOUS STEEL OF ODINTSOV-BOTVINA

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).
max
mm
Низкокачественная форма осколков выявляется как по данным выборки крупных (основных) осколков (аномально высокое значение удлинения λ=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=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).
0,25
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 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%.
0,25
c
0,25
c
0,25
c
Тем не менее обе комбинации: 60С2/ТНТ (N=1039, µ=0,32) и 60С2/А-IX-2 (N=1358, µ=0,42) попадают только в класс III удовлетворительного дробления (N≥1000, µ≥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%.
3
0,25
м
c
к
20
max
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 см, 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 - число осколков с массой, большей 0,25 г; µ - относительное содержание мелкой фракции (m≤1 г, m - масса осколка), µ - относительное содержание средней фракции (1<m≤4 г), µ - относительное содержание крупной фракции (m>4 г), l - средняя длина осколка в выборке 20 наиболее длинных осколков, λ - максимальное удлинение осколка (,
0
γ - плотность стали, l, m - соответственно длина и масса осколка).
Таблица 1
Сталь 80С2
ВВ
N<sub>0,25</sub>
µ<sub>м</sub>
µ<sub>с</sub>
µ<sub>к</sub>
l<sub>20</sub>, мм
λ<sub>max</sub>
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
F
c
0,25
F
F
F
Q=µN - однопараметрический критерий хорошего дробления Q≥Q*. Согласно вышеуказанному изданию МГТУ Q*=900.)
Таблица 2
Снаряжение ТНТ
Сталь
N<sub>0,25</sub>
µ<sub>c</sub>
Q<sub>F</sub>
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<sub>0,25</sub>
µ<sub>c</sub>
Q<sub>F</sub>
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).
F
F
F
Из вышеприведенных данных следует, что технический результат, т.е. улучшение качества дробления, достигнут. По критерию Q 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=692), чем комбинация 60C2/A-IX-2 (Q=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.