Stahl – und Panzer- Platten – Stalowe i pancerne płyty

SONY DSC
Fot. 01. Widok wycinka płyty o grubości 80 mm poddanej próbnemu ostrzałowi.

 

 

Ekran 0002
Fot. 02. Płyta o grubości 80 mm poddana próbnemu ostrzałowi. Plastyczność płyty wyeliminowała zjawisko odprysków pancerza przy przebiciu konwencjonalnym pociskiem przeciwpancernym.

 

Ekran 0004
Fot. 03. Płyta o grubości 80 mm poddana próbnemu ostrzałowi. Widok od strony ostrzału.

 

Ekran 0006
Fot. 04. Płyta poddana próbnemu ostrzałowi. Widok wypływki po uderzeniu konwencjonalnego pocisku przeciwpancernego.

 

Grubość pancerza jednorodnego [mm]

Wytrzymałość na rozciąganie Rm [N/mm2] Twardość, mierzona metodą Brinella [HB]
30 – 80 1070 320
 80 – 120 965 290
120 – 200 930 280

Tabela 01. Wytrzymałość na rozciąganie i twardość płyt pancernych  produkowanych przez Dortmund-Hörder Hüttenverein.

 

 

Płyta, jako podzespół, stosowana jest powszechnie w  konstrukcjach o przeznaczeniu militarnych, niezbędna  przy produkcji statków lub czołgów. Płyta ze strzelnicą (niem. Schartenplatte) została podstawowym pancerzem chroniącym stanowiska bojowe w niemieckiej fortyfikacji stałej na przełomie lat trzydziestych i czterdziestych zeszłego stulecia. Badania balistyczne, przeprowadzone w latach trzydziestych miały na celu optymalizację właściwości fizycznych płyt. Najwyższą oporność na przebicie konwencjonalnym pociskiem przeciwpancernym osiągały płyty wykonane z wysokostopowych stali. Ich skład chemiczny  zawierał takie składniki jak chrom, nikiel i molibden w odpowiednich proporcjach. Koszt wykonania takiego pancerza był wyższy niż ze stali niestopowych. Decydował o tym bardziej skomplikowany proces technologiczny oraz wysokie ceny składników stopowych. Po 1939 roku pojawił się dodatkowy problem związany z dostępnością surowców do uszlachetniania stali [01]. Standardowy skład chemiczny stali i staliwa do produkcji pancerzy był kilkukrotnie korygowany.

Ze względów ekonomicznych podjęto decyzję o produkcji pancerzy wykonanych ze stali niestopowych i wysokostopowych w zależności od ich przeznaczenia. W fortyfikacji niemieckiej, płyty ze strzelnicą (niem. Schartenplatte), chroniące stanowiska bojowe, wykonane ze stali niestopowych poprzedzono określeniem „stalowe” (niem. Stahl- Schartenplatte) a wykonane z wysokostopowych stali poprzedzono określeniem „pancerne” (niem. Panzer – Schrartenplatte). Zgodnie z przyjętymi zasadami powszechnie stosowaną płytę 7P7, wykonaną ze stali niestopowej, nazywano stalową płytą ze strzelnicą a płytę 6P7 określano jako pancerną. Była wykonana ze stali wysokostopowej.


Płyty i pancerze jednorodne.

Pancerzami jednorodnymi określano płyty posiadające niezmienne właściwości fizyczne i chemiczne w całym przekroju poprzecznym. Mogły być produkowane jako płyty stalowe i pancerne zgodnie z niemiecką nomenklaturą [02]. Były najmniej zaawansowanym technologicznie produktem ale powszechnie stosowane w fortyfikacji stałej.

W przypadku płyt pancernych, istnienie składników stopowych pozwalało na przeprowadzenie zabiegu ulepszania cieplnego. Odpowiednia zawartość molibdenu eliminowała zjawisko kruchości przy odpuszczaniu cieplnym. Nikiel, jako składnik stopowy, poprawiał plastyczność, gdyż warunkiem krytycznym dla wszystkich pancerzy w epoce konwencjonalnego pocisku pancernego była  ich wytrzymałość na rozciąganie i udarności.

Zastosowanie procesu ulepszania cieplnego miało na celu podniesienie twardości pancerza w całym jego przekroju (warunek jednorodności). W efekcie uzyskiwano wyższą odporność na przebicie pociskiem przeciwpancernym. Obróbka cieplna polegała na wygrzaniu pancerza w piecu w temperaturze 9000 C i gwałtownym schłodzeniu w wodzie. Ta cześć procesu określana jest mianem harowania. Pancerz cechowała wysoka twardość i udarność. Pożądane właściwości uzyskiwano po przeprowadzeniu procesu odpuszczania cieplnego. Pancerz nagrzewano do temperatury  6000 C i wygrzewano przez określony czas. Następnie schładzano go powoli do temperatury otoczenia. Zwiększenie temperatury odpuszczania cieplnego skutkowało obniżeniem twardości pancerza i wytrzymałości na rozciąganie.

Przyjęto zasadę, że twardość ulepszanych cieplnie pancerzy maleje wraz ze wzrostem ich grubości. Tabela 01 określa wytrzymałość na rozciąganie i twardość Brinella płyt pancernych o różnej grubości, produkowanych przez Dortmund-Hörder Hüttenverein.

Proces ulepszania cieplnego stosowano z powodzeniem dla staliwnych pancerzy. Produkowane przez Dortmund-Hörder Hüttenverein kopuły odlewane były z chromowo-molibdenowego staliwa [03]. Były pancerzami jednorodnymi o twardości  rzędu 830 HB, co odpowiada wytrzymałości na rozciąganie rzędu Rm=830 N/mm2.


Płyty niejednorodne.

Prace ukierunkowano na opracowaniu pancerza o wysokiej odporności na przebicie oraz wyeliminowanie powstawania odprysków w miejscu uderzenia konwencjonalnego pocisku przeciwpancernego. W wyniku przeprowadzonych badań i prób uzyskano płytę monolityczną o wysokiej twardości w części zewnętrznej (od strony ostrzału), czyli odpornej na przebicie. Druga strona płyty posiadała niższą twardość, przez co zachowano jej plastyczność, zdolność do odkształceń. Nie występowało zjawisko rozety – powstawania odprysków pancerza, rażących załogę czołgu lub obsadę stanowiska bojowego. Zadowalający wynik prezentuje Fot. 02. Twardość pancerza malała w odległości od zewnętrznego czoła tak aby w rdzeniu osiągnąć wartość zbliżoną do występującej na wewnętrznym czole płyty. Efekt ten firma Friedrich Krupp AG uzyskiwała przez obróbkę cieplno-chemiczną. Polegała ona na zwiększeniu zawartości węgla w wierzchniej warstwie (w procesie nawęglania) płyty. Po wykonanym zabiegu hartowania i odpuszczania cieplnego uzyskiwano płytę jednostronnie utwardzoną.

Firma Dortmund-Hörder Hüttenverein zwiększaną jednostronnie twardość płyty pancernej uzyskiwała przez hartowanie powierzchniowe. Zastosowany proces dawał zadowalające wyniki dla płyt o grubości do około 80 mm. Dla grubości przekraczających 80 mm warstwa utwardzana był zbyt cienka, aby uzyskać zadowalający wynik przyrostu odporność na przebicie. Płyty pancerne powierzchniowo utwardzone stosowano powszechnie jako elementy opancerzenia czołgów. W przypadku płyt pancernych o grubości 50 mm, największą odporność na przebicie osiągano przez jednostronne hartowanie powierzchniowe do twardości 580 HB. Ten sposób obróbki cieplnej jednocześnie gwarantował zachowanie typowej dla pancerzy twardości rzędu 320 HB , na wewnętrznej stronie płyty.

 

Fot. 05. Widok wycinka płyty o grubości 80 mm z góry.

 

[01] Skład chemiczny stali do produkcji płyt pancernych do 1939 roku:  nikiel – 4,5% , chrom – 0,5%, molibden – 0,5%, zawartość węgla (C ) uzależniona od grubości płyty. Zawartość procentowa węgla (C) malała wraz ze wzrostem grubości płyty. Dla płyty o grubości 80 mm zwartość węgla wynosiła około 0,4%.
Typowy skład chemiczny płyt pancernych z 1944 roku : chrom – 1,5%, mangan – 0,8%, krzem – 0,3%, fosfór – 0,03%. Dla płyty o grubości 80 mm zwartość węgla wynosiła około 0,4%.

[02] W polskiej fortyfikacji stałej nie zaistniał podział na płyty stalowe i pancerne. W przypadku pancerzy skład chemiczny stali lub staliwa określały Instrukcje Fort. Temat szerzej omówiony w artykule o kopule obserwacyjnej z 1936 roku (więcej >>>).

[03] Dane dotyczą produkcji w 1939 roku.