作為最終極的身管武器,炮在戰場上可以說是無處不在。
而如何製造一門炮的炮管正是很多軍迷特別感興趣的事情。
製造一門大炮簡單地說就是經過這麼幾個步驟:
- 取一塊優質鋼並加熱到可以鍛造的狀態 —— 今天講這塊
- 鍛造成桶狀,會比最終尺寸大
- 將鍛造好的桶狀鋼進行加工,將中心加工成幾乎正確的直徑大小
- 將硬化塞穿過中心以對炮管施加預應力
- 將內炮管加工成正確的尺寸並新增膛線
- 將外部尺寸加工成正確的大小
- 新增後膛配件
- 測試炮管以確保其符合標準
詳細說說,在早期,炮管並不是使用特殊鋼材來製作,“取一塊優質的鋼”在一戰甚至二戰的時候都是指取一塊完整的沒有裂紋的鋼坯。這個東西在很多國家都是可以生產的。
並不是一定需要電弧爐來熔鍊的特種鋼材才可以製造炮管。原因很簡單,電弧爐的成本太高了。
人類在鍊鋼的技術上的發展其實是相當緩慢的,例如我們現在比較熟悉的向鋼水裡面插入一根管子吹氧氣的操作是在1948年才由瑞士發明出來的,而真正形成生產規模則是在1960年的事情了。在此之前的70多年時間裡,只是知道得往鋼爐裡通入氧氣(頂吹法),氧氣也就只能停留在鋼水錶面而已,但是並不會影響鋼的品質——這主要是由於鋼水中有攪拌裝置不斷的翻動鋼水。甚至早期的轉爐甚至連攪拌裝置都沒有,只是透過爐子底部向上通入高壓空氣而已。
其實也沒有什麼炮彈鋼或者炮管鋼的說法,因為這些東西都是合金鋼,製造炮管的鋼材唯一需要的指標就是含磷量要低。通常鋼材內部的含磷量要小於0.015%,現在我國生產的用於製造炮管的鋼材最優質的可以做到含磷量小於0.007%。這個指標已經足以了,過多的磷會導致鋼材結構疏鬆變脆,難以承受過大的壓力。磷是鋼材中的有害雜質,對於目前生產的鋼材其實都嚴格控制了磷的含量,就連我們很常用的45鋼在現代生產環節中不斷最佳化就含磷量來說也是足夠低的,可以勝任炮管的製造。
當然了,45鋼還有自己的缺點,就是它的錳含量相對較低。錳的事情回頭再說,還繼續說普通鋼。最早的鋼是中國生產的,古代的中國人將打得極其薄的熟鐵片層層的疊在一起,再利用碳火加熱,反覆錘打,不斷地重複這個過程,就生產出來了鋼。看到這裡有人就會說了這不就是打造刀劍的過程嗎?沒錯!
在很長一段時間內,人們並不能得到液態的鋼水,只能依靠鍛打加熱的方式去除掉鐵內的含有磷的雜質而直接得到固態的鋼。
直到1740年,英國的亨茨曼利用耐高溫材料製造坩鍋,才第一次讓人類得到的液態的鋼水,咱們在前面說的鋼胚才真正的成為人類文明中的存在。
而人們製造鋼,起初主要用途就是用來製造槍管和炮管的!當年用作其他領域也沒有什麼太大的意義。
從1740年人類第一壺鋼水出爐之後,歐洲的冶金技術就有了不斷的發展,直至130年後的1870年,德國的克虜伯鋼廠開發出了巨大的坩鍋可以生產出巨大的鋼錠,這時候用於製造大口徑火炮的鋼才真正的出現。
這也是為什麼在19世紀克虜伯炮這麼聞名於世的最主要原因。
當然了,當年的克虜伯炮用的鋼比起咱們現在看不起的45鋼還要差。
別看不起,就是用了上面的火炮,普魯士打贏了法國,世界上才有了德意志帝國。
克虜伯炮雖然厲害,但是在咱們大清朝還是出了兩個烏龍,當年三萬兩白銀一門買來的120mm大炮,有兩枚卡殼了,炮彈就硬生生的卡在了炮膛裡面。
有的人說是德國人賣給大清的炮是偽劣產品,W君也相當同意這樣的看法,放在現在看這就是妥妥的偽劣產品,用來做大炮的鋼中猛含量太低,以至於在開炮的時候炮膛的磨損會特別嚴重。
克虜伯知不知道這件事呢?當然知道了,人家把炮彈標上序號,要按照由小到大的次序來打,只不過大清的炮兵沒文化,直接塞了個大號炮彈進去,於是卡殼了。
這種事情,一直到第一次世界大戰之前的二十幾年才真正有解,這就是咱們之前提到的錳。
1882年英國的一個神棍兼鍊金術士將剛剛發現不久的錳元素加入到鋼水中。這時候他發現當加入了足夠量的錳之後,鋼材的耐磨特性就會翻天覆地的增強,這個人叫羅伯特·哈德菲爾,它做的這種鋼材叫做哈德菲爾合金,俗稱“錳鋼”,當然了,他也因為這項成就成了大英帝國的院士。
最初這個哥們用這種超級耐磨的鋼做有軌電車的軌道和車輪,經過5年改進後在1887年申請了相關的專利。更有敏銳的頭腦的克虜伯買入了這個專利的使用權,用來製造更加耐磨的大炮,以至於在1905年以後生產的克虜伯炮都是利用錳鋼來製造的。這裡面就有我們熟悉的克虜伯 75mm野戰炮和大家津津樂道的88mm高射炮了。
從那個時候起,火炮都是用錳鋼製造的了,這個配方100多年都沒有變化過。
隨著第一門錳鋼炮克虜伯 75mm野戰炮的成功,世界列強開始跟風,不斷地將自己的火炮都改用錳鋼製造。
至於很多人說的電弧爐鍊鋼來製造火炮,這件事本身是和事實有出入的。
電弧爐只是現代鍊鋼裝置之一,並不是什麼特別高大上的裝置,只不過將熱源由燒焦碳轉化為了用電。不過電弧爐的產量並不大,主要用來精煉和次級冶煉。由於能耗高產出少,更主要的是用來冶煉更高檔的合金鋼。直接用來煉錳鋼有點大材小用。
有這種說法的一個原因是德國的Rh-120火炮的製作過程給大家誤導了。德國的這款坦克炮的炮管部分是利用電渣重熔技術來製造的。
這個技術並不是冶煉鋼材的一個普遍技術,生產坦克炮鋼材胚料的裝置只有這麼大:
一爐只能做出一根炮管,加工時間和成本都極高。當然了,這裡一定是有好處的:
好處就是用這種電渣重鑄的方法可以讓金屬在其中逐步熔化、沉積、凝固而成鑄錠,在金屬凝固過程中,能造成有利的結晶方向,使鑄件的效能有很大提高。說白了這種製作方式就是製造單晶合金。通常都會用在飛機發動機葉片的製造上。
坦克炮用這個方法自然有優勢,但並不是必須的,只是德國人做了一個有益的嘗試,是一根特例而已。
而目前大多數的火炮其實都不用這種方法來做,所以說是什麼爐子煉出來的鋼並不重要。關鍵就是看成分,高錳低磷的鋼都是製造炮管的合適材料。
預告:下篇文章會給大家講講鋼胚是如何做成“炮筒子”的。