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在现代化高度发展的今天，各种战争武器从原来的皮实耐用的战争消费品逐渐转为经久耐用且性能优良的艺术品，如何尽可能的提高单位战争武器的效费比是目前世界军事发展的主流问题。这使得武器越来越向着精细化、可靠化发展。坦克作为战争之王，作为陆军机械化部队的重点发展对象，近年来也越发呈现出高科技精细化的特征。 ▲ （图为精准的德国工艺豹豹AAAA） 对于坦克来说，最直接的提升战斗力的方法就是提高火炮的战斗能力。现代第三代主战坦克的坦克炮相比第一代主战坦克的坦克炮有着质的飞跃，这种提升不仅仅是口径和身管上的提升，更是弹药和火炮制造工艺飞速发展的成果。在火炮制作工艺中，有这样一个名词常居热搜榜首位，它就是著名的电渣重熔技术。 ▲ （本期节目最惨当家，2A46） 电渣重熔技术，英文名为Electroslag Remelting简称ESR技术。严格来说是属于一种特殊的冶金技术，主要用于高精度规整钢构结晶体的制造工作。这么说来可能有些麻烦，而且听不懂，那么我给大家简单的介绍一下吧。 对于常规的钢铁冶炼来说，我们先用高炉将铁矿石炼化为钢水，然后将钢水冷却制作出钢铁的粗胚，再利用这个钢铁的粗胚进行二次加工。这种粗胚一般采用直接冷却锻压式制造，晶体结构不规整，且会出现缝隙以及断裂层的情况。即使这种钢板可以进行常规工业制品的制作（然而实际使用时，一般没有人用粗胚，需要进行二次精炼和去渣熔渣等工艺），但对于精益求精的军工品来说是远远不够格的。 ▲ （电炉转平炉冶钢，目前最广泛使用的炼钢技术） 而在钢铁制造当中有一个非常重要的组成成分叫做渣，这个渣一般指的是钢铁中一些特殊的组成成分，比如硫磷钙等特殊元素，这些会影响钢铁的酸碱度和粘度，而一些特殊的添加成分，会使得钢铁拥有特殊的性质。例如，在电渣重熔技术当中，电渣重熔渣的主要成分是氟化钙，氧化钙和氧化镁。 而电渣重熔技术则是在炼铁的过程当中进行的一个精炼操作。电渣重熔是指常规平炉转电炉的钢铁作为一个电极，另一极位于水冷电渣池的底部。将两极通电，产生的大量热量将钢铁融化，金属液滴在电流的作用下向渣池底部运动，在渣池底部会形成一个由内而外凝固的钢锭。这个钢锭的外形和层次以及内部金相结构都是可控的，而且质地均匀纯度极高，是目前可获得的工业用钢中纯度最高、结构和性质最稳定的。 这么一讲，可能大家会有些懵，那我就拿大家最常见的和泥巴来抽象解释一下。 常规的钢铁冶炼可以理解为，将大量的泥巴和水形成半流体状，再把这种半凝固的泥巴塑造成自己想要的形状并晒干，这就成了最早期的泥巴胚。这种泥巴胚看似很结实，但实际上如果进行二次加工，他的单位结构强度是非常非常低的。就好像我们在用泥巴做一个陶器时如果泥巴的质量不好，壁厚必须要非常厚，否则就非常容易断裂。 而电渣重熔技术可以理解为，我们将泥巴放在水中搅拌，在去除杂质之后将上清液不断撇除，最后得到位于底部的质地较为均匀且密实的泥巴，这种泥巴的整体结构强度非常好，可以用来制作一些较为精美的陶器。当然，这种比喻比较简单粗暴，跟专业相比仍有一定的差距，但却能较好的形容出电渣重熔的根本原理。 而电渣重熔技术为什么能够显著提高火炮的身管强度呢？ 我们之前说到，电渣重熔技术获得的钢材纯度高，非金属杂质少，含硫度低，钢胚表面光滑密致，金属金相和化学成分极为稳定。严格意义上讲，电渣重熔技术形成的钢胚属于铸造件，但它的实际金属性能要远超同类的锻造件，不需要进行二次热处理就会获得非常良好的金属规格。 ▲ （某工厂单相电渣炉） 常规的坦克炮钢高耐腐蚀性钢材，一般来讲采用镍铬钼钒复合钢材，需要有较高的横向比例极限和极高的屈服强度。而现在坦克炮由于需要承受极高的膛压和极高温度，在具体采用钢材时需要拥有比常规厚壁大口径火炮钢材更高的力学性能。也正因为如此，常规的锻造武器钢已经无法满足现代坦克炮的需要。 在20世纪50年代，世界发展第一代主战坦克时，火炮的炮钢用的是碱性平炉双联冶炼法。而现代的电渣重熔技术，从20世纪70年代才开始发展，最早应用于大口径加农榴弹炮的铸造，后来应用于第二代主战坦克的火炮。然而从20世纪80年代开始，坦克炮炮钢采用碱性电炉喷粉处理+真空脱气工艺冶炼+电渣重熔，工艺之复杂让我这个工科生脑袋直蒙圈。 电渣重熔技术从20世纪50年代开始发展并在20世纪80年代成为主流。在这个过程当中，苏联的电渣重熔技术是走在最前线的。如今很多欧美国家以及其他工业强国，包括法国、德国和日本、南非等国的电渣重熔技术均来自苏联。而世界上独立自主研制出电渣重熔炉技术的只有中国和英国。而更令人意想不到的是，这么厉害且工艺要求极高的技术居然是中国在上个世纪50年代的艰苦条件下，偶然间发现的。并在今天依旧保持着在电渣重熔冶金领域的技术领先。 在1958年6月，冶金部建筑研究院电查组在进行电渣焊接机的焊接工作时为了消除无法避免的热裂纹而采用的一种独特的粉末电极式焊接。在焊接时将涂抹了铁合金粉末的低碳钢板作为自耗电极并进行电焊。焊接效果十分出色，冶金部研究院根据这次偶然的发现进行了小规模的实验。最终在1959年11月，北京钢铁学院与冶金部合作开发的第一个150公斤级电渣重熔炉。也正从此时开始，中国钢铁冶金行业开始使用并广泛应用这种先进的冶金方式。而这种有极高纯度和金属性能的钢铁很早就被运用到了武器研发上，并且在加工工艺上精益求精。 正是在这种精益求精的工艺要求下，坦克炮才有了如今的发展。电渣重熔对于坦克炮性能数据上的提升是显而易见的。 以我们最为常见的最弱三代坦克（苏联老大哥，你死得惨呐！）的2a46火炮为例，这款火炮采用的工艺是最常见的武器炮钢+深孔加工工艺。虽然在火炮设计理念上采用了非常先进的小药室高膛压设计理念。但无奈在金属冶炼，尤其是电渣重熔技术上并没有应用，因此2a46火炮的数据非常难看。在同时期，2a46火炮的药室容积为13.4升，炮管长度为6.35米，可惜最大膛压仅为452MPa。这导致火炮发射3VBM20尾翼稳定脱壳穿甲弹有效穿甲深度仅为300MM/60°。这个数据连个苏联人都看不下去了，在西方坦克发展的同时进行了改进。其中最主要的改进就是采用了自己的电渣重熔技术，生产了2a46m5型火炮，在保证要是容积不变的情况下，改进了发射药和最高膛压，火炮穿甲深度骤增至700mm/60°（3VBM23），一雪前耻。 而西方的三代主战坦克，大部分采用北约标准的莱茵金属公司（精准的德国工艺）Rh-120火炮。很可惜，这款火炮的德国制造版并没有采用电渣重熔技术，而是采用技术难度更高的复杂工艺。但这款火炮的美国造版本m256型火炮采用的则是电渣重熔技术，因此我们使用美国人的数据。m256型火炮药室容积为9.8升，炮管长度为5.28米，常规发射膛压为570MPa。 从数据上就可以简单看出，西方第三代主战坦克的120毫米火炮，在保证药室容积和炮管长度以及口径均不如俄制坦克炮的同时拥有极高的坦克炮膛压，因此它在发射120毫米尾翼稳定脱壳穿甲弹的时候拥有更高的炮口速度。例如美国人使用的m829型120mm尾翼稳定脱壳穿甲弹炮口初速高达1670米每秒，有效穿甲深度为540mm/2000m。而美国人目前使用的最新的m829a4弹药的有效穿甲深度据推测接近恐怖的750毫米，炮口动能高达12.7兆焦，不得不说现代工程师真的是厉害（我是个假的）。 至于中国的主战坦克炮管技术，我就不在此多赘述了（我怕进去）。不过根据目前的资料公布而言，中国主战坦克目前使用的98式125毫米坦克炮采用了目前中国最为先进的电渣重熔和身管自紧工艺，其多项数据非常好看，不仅给苏联人扣了一顶大大的绿帽子，还拿着厚厚一摞好看的数据，狠狠的打了西方人的脸。尤其是在我国弹药技术获得突破，主战坦克采用了三期钨合金穿甲弹的情况下拥有超过西方XX%（20）以上的穿甲深度。在采用特种合金穿甲弹的情况下，甚至可以达到说都不敢说的地步。至于有多么可怕，大家看这张图就知道了。 而这只是对电渣重熔对火炮膛压部分的提高，电渣重熔技术对火炮最大的提高不仅仅是膛压，对于火炮的重量和寿命也有着极大的提高，这就是另一个故事了。关于火炮寿命及重量的故事，我会在下一期身管自紧工艺的介绍当中给大家详细介绍，敬请期待。 |
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