Военное обозрение

Броня для «Иосифа Сталина». Расцвет советского тяжелого танкостроения

37
Война, как известно, лучший двигатель прогресса. Танковая промышленность Советского Союза всего за несколько военных лет совершила головокружительный качественный рывок. Настоящим венцом этого стали танки серии ИС.



ИС-2 направляются на Красную Площадь. Источник: waralbum.ru

Магнитогорские рецептуры


В предыдущей части истории шла речь о литой высокотвердой броне 70Л, применяемой для башен танков ИС. У разработчиков брони из ЦНИИ-48 это был далеко не первый опыт создания защиты для тяжёлых танков.

До Курской дуги, ставшей катализатором развития отечественного тяжелого танкостроения, главным объектом модернизации был танк КВ. Первоначально все работы были направлены на снижение доли дефицитных легирующих добавок в составе брони. Даже название в ЦНИИ-48 придумали соответствующее – экономнолегированная сталь. Первоначальная броня марки ФД-7954, с которой танк КВ вошел в Великую Отечественную войну, содержала по техническим требованиям до 0,45% молибдена, 2,7% никеля и хрома.

Уже к концу 1941 года группа исследователей под руководством Андрея Сергеевича Завьялова в «Броневом институте» создали рецептуру стали ФД-6633 или 49С, в которой молибдена требовалось не более 0,3%, хрома – до 2,3%, а никеля – до 1,5%. Учитывая, что танков серии КВ с о второго полугодия 1941 года до 1943 года было собрано около 4 тысяч экземпляров, можно представить объем реальной экономии легирующих металлов.


КВ-1 на британском полигоне в Бовингтоне. Источник: waralbum.ru

Секрет успеха


Секрет успеха металлургов кроется в исследовании параметров формирования волокнистого излома брони – основного параметра снарядостойкости. Оказалось, можно обойтись без существенной доли легирующих элементов, просто изменив скорость охлаждения брони при закалке. Но это на словах все просто – сколько предварительных опытов и плавок пришлось делать металлургам, рассказать смогут только засекреченные сейчас архивы.

На Магнитогорском металлургическом комбинате в 1941 году были получены первые опытные образцы стали 49С, которые не уступали традиционной «довоенной» броне. В частности, обстрелы 76-мм пушкой показали полное соответствие тактическим требованиям к танку. И с 1942 года на серию КВ шла броня только с именем 49С. Стоит помнить, расход хрома, молибдена и никеля при этом серьезно снизились.

На этом поиски новых рецептур брони для тяжелой техники не закончились. В 1942 году была «сварена» сталь ГД-63-3, напрочь лишенная дефицитного хрома и никеля. В какой-то мере никель заменили марганцем – его доля увеличилась в три с лишним раза (до 1,43%). Опытные образцы новой брони были обстреляны. И они оказались вполне пригодны для массового использования в конструкции КВ. Но вот сами танки с броней средней твердости «Клим Ворошилов» уходили на покой. А место тяжелых машин занимали машины «Иосиф Сталин» с броней высокой твердости.

Катаная броня 51С


Если броню 70Л для башни ИС-2 можно было отливать, то с корпусными деталями танка такой фокус не проходил. Здесь инженеры сталкивались сразу с двумя проблемами – созданием высокотвердой брони большой толщины и необходимостью ее сваривать в готовый корпус.

О том, какие проблемы вызвала сварка брони Т-34 уже, наверное, известно всем интересующимся – высокая вероятность трещинообразования в области сварочных швов. ИС-2 не был исключением. И его корпус первоначально предполагалось варить из окончательно термически обработанных деталей.

Отдавая себе отчет, какие трудности и опасности принесет подобное технологическое решение в войсковой эксплуатации, специалисты ЦНИИ-48 изменили цикл производства танков. В итоге в 1943 году на Уральском заводе тяжелого машиностроения и челябинском заводе №200 корпуса ИС-2 решено было варить из броневых листов, прошедших после прокатки только высокий отпуск. То есть по факту корпус тяжелого танка собирали из «сырой» стали. Это серьезно снижало дефекты от сварки на высокотвердой катаной броне 51С.

Окончательную термообработку нагревом до закалки проводили уже на сваренном корпусе танка, предварительно укрепив его внутренними распорками. В печи корпус выдерживали в течение трех часов. А потом на специальных приспособлениях переносили в водяной закалочный бак и выдерживали в нем 15 минут. Причем температура воды в закалочном баке поднималась от 30 до 55°С. Температура поверхности корпуса после извлечения из воды составляла 100–150°С. И это еще не все.

После закалки корпус немедленно подвергали низкому отпуску в циркуляционной печи при температуре 280–320°С с выдержкой после достижения этой температуры в течение 10–12 часов. Аналогичным образом проводили низкий отпуск литых башен из брони 70Л. Интересно, что контроль трещинообразования в опытных корпусах ИС-2 длился в течение четырех месяцев, когда из ворот завода сходили первые серийные танки.


Ремонт мотора В-2 танка ИС-2 в полевых условиях. Источник: waralbum.ru

Химический состав


Что же из себя представляла катаная броня 51С, ставшая основной для ИС-2, ИСУ-122 и ИСУ-152? Это глубоко прокаливающаяся сталь для больших толщин брони, имеющая следующий химический состав (%):

С 0,18–0,24
Mn 0,70–1,0
Si 1,20–1,60
Cr 1,0–1,5
Ni 3,0–3,8
Mo 0,20–0,40
P ≤0,035
S ≤0,035.

В сравнении с литой броней 70Л в катаной стали 51С выше была доля молибдена и никеля, который гарантировал повышение прокаливаемости до 200 мм. Когда корпуса тяжелых танков обстреляли 88-мм снарядами, оказалось, что броня высокой твердости намного превосходит по стойкости своих предшественников средней твердости. Вопрос о постановке катаной брони 51С был решен незамедлительно.

«Умная» сварка


Немаловажный вклад в успешность освоения броневого производства танков серии ИС внесла автоматическая сварка стали под слоем флюса. Поскольку перевести на такую сварку весь процесс изготовления танкового бронекорпуса на начало 1944 года было невозможно, то инженеры сосредоточились на автоматизации наиболее протяженных и механически нагруженных швов.

На челябинском заводе № 200 в процессе сборки корпуса тяжелого танка ИС-2 могло быть автоматизировано только 25% от всех сварных швов. К середине 1944 года в Танкограде удалось автоматизировать 18% из всех возможных 25% сварных швов. Общая протяженность сварных швов по корпусу тяжелого танка ИС-2 составляла 410 погонных метров, из которых 80 погонных метров осуществлялась методом автоматизированной сварки.

Такой результат привел к существенной экономии дефицитных ресурсов и электроэнергии. Удалось высвободить до 50 квалифицированных ручных сварщиков (их трудозатраты в количестве 15 400 человеко-часов) и сэкономить 48 000 киловатт-часов электроэнергии. Уменьшился расход электродов (порядка 20 000 кг, аустенитных – 6 000 кг), кислорода (на 1 440 кубометра).

Значительно сократилось и время проведения сварочных работ. К примеру, приварка днища и подбашенной коробки к бортам шестнадцатиметровым швом занимала в ручном режиме 9,5 человека-часов, а со сварочным автоматом всего 2. Аналогичный по длине шов, соединяющий днище с бортами корпуса танка в автоматическом режиме требовал 3 человека-часа (в ручном сразу 11,4). При этом высококвалифицированные сварщики могли быть заменены на автоматической сварке малоквалифицированными рабочими.




ИС-2 перед Парадом Победы и возле Рейхстага. Источник: waralbum.ru

Уральские САГи


Исследователь советской танковой промышленности, кандидат исторических наук Запарий Василий Владимирович из Института истории и археологии УрО РАН в одной из своих работ очень подробно описывает агрегаты автоматической сварки, используемой на Урале для бронекорпусного производства.

Самым распространенным был автомат типа «АСС» с головкой Буштедта. Всего на Уралмаше было восемь таких установок. Скорость подачи проволоки в данном автомате зависела от напряжения в дуге. Он требовал 5 агрегатов, в том числе 3 кинематических электромотора и 1 мотор-генератор.

К середине 1943 года под нужды тяжёлых танков ИС-2 сконструировали сварочный автомат «СА-1000». Или Сварочный автомат мощностью до 1000 А.

В целях освоения выпуска бронекорпусов для нового челябинского тяжелого танка ИС-3, инженерами завода в 1944 году был сконструирован аппарат «СГ-2000». Данная машина была рассчитана для работы с малоуглеродистыми сварочными проволоками повышенного диаметра (6–8 мм) и нашла свое применение в ходе изготовления башни ИС-3. Установка имела дозатор для введения в раздел шва специального состава (различные ферросплавы) с целью раскисления (восстановления) металла в нем. Всего на принципе саморегуляции сварочной дуги на УЗТМ к 1945 году было создано 9 автосварочных установок трех типов: «СА-1000», «СГ-2000», «САГ» («Сварочная автоматическая головка»).

Краше немецкой брони


Итогом всей истории с бронированием тяжелых танков ИС стала удивительно оперативная разработка рецептуры стали, превосходящей по своим тактическим свойствам немецкую броню. В ЦНИИ-48 получили прокаливаемую 120-мм сталь, толщину которой в случае необходимости можно было увеличить до 200 мм.

Это и стало основным фундаментом для разработки послевоенного семейства тяжелых советских танков.
Автор:
37 комментариев
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.

Уже зарегистрированы? Войти

  1. Антифриз
    Антифриз 26 ноября 2020 18:05
    +27
    Сегодня прямо "танковый вечер" smile
  2. Вождь краснокожих
    Вождь краснокожих 26 ноября 2020 18:12
    +18
    В очередной раз благодарю автора за интересную статью. Надеюсь он ещё не раз порадует нас чем то подобным.
  3. polpot
    polpot 26 ноября 2020 18:22
    +24
    Великие были люди, вечная память , спасибо за статью.
  4. Откат
    Откат 26 ноября 2020 18:57
    +5
    Спасибо за интереснейший материал!
    Героям - Слава!
  5. Гончар
    Гончар 26 ноября 2020 19:10
    +17
    Спасибо, очень интересно. На ВО, к сожалению, редки статьи с хорошим техническим содержанием.
  6. Горный стрелок
    Горный стрелок 26 ноября 2020 19:19
    +10
    Как быстро разрабатывали столь сложные вещи - как броневая сталь! Это же не в пробирках варили. В мартенах...и каждая такая плавка - это же время, металл, присадки, испытания... Когда они вообще спали в те годы?
  7. paul3390
    paul3390 26 ноября 2020 19:23
    +18
    Странно - а набольший вещает что Советский Союз ничего сложнее галош не делал... recourse
    1. Дядя Ваня Сусанин
      Дядя Ваня Сусанин 26 ноября 2020 20:29
      0
      Странно - а набольший вещает что Советский Союз ничего сложнее галош не делал... recourse


      Что такое набольший???
    2. Tochilka
      Tochilka 27 ноября 2020 11:30
      +4
      Ему просто не доложили. А пургомету оно и не надо знать. Статья отличная. Мне как технологу весьма интересная.
  8. Вольный ветер
    Вольный ветер 26 ноября 2020 19:26
    +5
    Ничего себе сварочник в 1000 ампер. Я с 300 амперами электроды наплавочные использовал 6 мм. А на 1000 можно наверное лом в дерьмо окунуть и варить. Ну хотя прогревочники и были.
  9. красноярск
    красноярск 26 ноября 2020 20:25
    +10
    С интересом и удовольствием прочитал статью. Автору спасибо.
  10. lucul
    lucul 26 ноября 2020 20:38
    +4
    Основательно . Статье плюс однозначно . И главное - политически нейтральная статья . )))
    Радует , что резервы были , и при необходимости броню могли нарастить со 120 мм до 200мм.
  11. Авиатор_
    Авиатор_ 26 ноября 2020 20:41
    +13
    На ВО много технических дилетантских заметок, а Фёдоров - один из немногих авторов, который аргументированно и доступно пишет о том, что сам знает. Респект автору! А будет продолжение о послевоенной технике?
    1. Евгений Федоров
      27 ноября 2020 07:17
      +7
      Спасибо. С послевоенной броней сложнее - материалы не полностью открыты. Но найти, думаю, можно.
      1. Авиатор_
        Авиатор_ 27 ноября 2020 08:49
        +1
        Понимаю, что 70-е годы и ближе, конечно, под грифом. Но 50-е, когда была лишь гомогенная броня, может, уже рассекречена?
        1. Евгений Федоров
          27 ноября 2020 09:51
          +5
          Частично да. Например, можно пособирать информацию в "Вестнике бронетанковой техники"
          1. volodimer
            volodimer 28 ноября 2020 15:41
            +1
            Евгений, мы на Вас надеемся, цикл просто великолепен. good Так что продолжение требуется! Спасибо за труд. hi
  12. Undecim
    Undecim 26 ноября 2020 21:01
    +11
    Секрет успеха металлургов кроется в исследовании параметров формирования волокнистого излома брони – основного параметра снарядостойкости.
    Автор пишет отличные статьи, но пытаясь максимально информативно осветить вопрос, углубляется в тонкости технологии и получает иногда обратный эффект.
    Излом не может быть параметром снарядостйкости. Излом - это поверхность разрушения металла. Изучая излом, можно выявить качество металла и причины его пониженных свойств (например, неправильная термическая обработка, скопление неметаллических включений). В ряде случаев по излому можно сделать верное заключение о характере и причинах поломки или аварии. Наука, которая занимается описанием типов и видов изломов,называется фрактография.
    Волокнистое строение — название условное. При больших увеличениях (более 30—50 крат) в волокнистом изломе выявляется ямочный микрорельеф. С увеличением вязкости матери­ала глубина ямок увеличивается.
    То есть исследуя полученный волокнистый излом, можно определить такую характеристику стали, как ударная вязкость, которая является важным показателем протвоснарядной стойкости.
  13. 911sx
    911sx 26 ноября 2020 21:17
    +10
    Интересная статья. Спасибо. В студенческие годы, на кафедре стали ,я задавал вопросы преподавателям о химсоставе брони. В 80-е годы это была секретная информация и никто толком о ней сказать не мог, можно было догадываться ,что основные легирующие элементы брони это никель, хром , марганец. Зная, что в годы войны славилась именно уральская броня, мне на курсовом проекте подбросили какое то (не помню) уральское месторождение. Выяснилось - серьезное содержание в руде ванадия. Даже после доменной переработки, у меня выходило приличное содержание ванадия в чугуне, ну и соответственно в стали. В стали его могло быть на уровне 0,1 -0,3 %. Знаю, что ванадий дает хорошую прокаливаемость на поверхности ... Ну это мои догадки и домыслы...
  14. Momotomba
    Momotomba 26 ноября 2020 21:55
    +3
    Статья отличная! Я бы не отказался почитать подобные произведения про изготовление корпусов ПЛ. Наверняка там тоже хватало проблем и интересных решений.
    1. Leha667
      Leha667 26 ноября 2020 23:17
      +5
      Корпуса лодок 667бдр изготавливались из стали АК29.
      Мне, как эксплуатанту, этих знаний было достаточно)
      1. Абзац Эпитафьевич Ы.
        Абзац Эпитафьевич Ы. 26 ноября 2020 23:48
        0
        Цитата: Leha667
        Корпуса лодок 667бдр изготавливались из стали АК29.
        Мне, как эксплуатанту, этих знаний было достаточно)

        Отличный ответ!))
      2. Momotomba
        Momotomba 27 ноября 2020 09:56
        +1
        Интересно получается, Вы как эксплуатант не интересуетесь процессом изготовления своего железа, внутри которого ныряете, а про изготовление танковой брони читаете...
        1. Leha667
          Leha667 28 ноября 2020 00:48
          +3
          В училище металловедение преподавали хорошо. Диаграмму Железо-углерод даже сейчас помню)
          Технологию изготовления сталей и сплавов нам не преподавали. И правильно делали. Мы не на завод шли работать после училища. При заводских ремонтах знания технологии производства сталей тоже не нужны.
          1. Momotomba
            Momotomba 28 ноября 2020 19:05
            +1
            Приятно беседовать с человеком, который помнит про линии солидус и ликвидус и знает различия между первичным и вторичным аустенитом hi
  15. Al_lexx
    Al_lexx 26 ноября 2020 22:19
    +1
    Спасибо. Оч интересно.
  16. штурм
    штурм 26 ноября 2020 23:57
    +4
    При "повелителе калош" за 20 лет правления не поставили в войска ни одной серийной арматы....
    Во времена Сталина таких травили нафталином.....
  17. svp67
    svp67 27 ноября 2020 05:31
    +4
    Если броню 70Л для башни ИС-2 можно было отливать, то с корпусными деталями танка такой фокус не проходил.
    Ещё как проходил... Первоначальный вариант со "ступенчатым носом" у танков ИС , носовая часть была литая, после "спрямления" носа эту часть уже делали в двух вариантах,
    и так оно и есть встречаются танки с литой носовой частью...



    так со сворной катанной

  18. BAI
    BAI 27 ноября 2020 09:19
    +2
    Все хорошо, но обезличено, как будто все само собой делалось. А люди где? Вот инженер Данилевский, разработчик брони КВ. Великолепный специалист, но как всегда его посадили. И в 1943 после Сталинграда, довольный Сталин спрашивает на совещании "В чем нуждается танковая промышленность"? И зам министра - директор Челябинского Кировского завода (это Кировский завод из Ленинграда перевезли) Зальцман встает и говорит: "Танковая промышленность нуждается в инженере Данилевском". И Данилевского освободили. А в броне ИСов использовались и наработки Данилевского, броня не с пустого места создавалась. Да и другие люди не менее интересные участвовали.
    1. mat-vey
      mat-vey 28 ноября 2020 11:50
      +2
      Что никак?


      3 августа 1942 года - осужден на 15 лет лагерей (г. Нижний Тагил) с поражением в правах (статья 58.7).
      Из очерка Ю. Фрумкина-Рыбакова "Броня России":
      В мае 1942 года Олег Федорович Данилевский был арестован органами НКВД и 3 августа 1942 года был осужден городским трибуналом г. Горького по статье 58-7 к заключению в ИТЛ на 15 лет с поражением в правах.
      Его обвинили во вредительстве, на том основании, что он подписал карты отклонения на выплавку брони.
      Кроме того, ему вспомнили, что он сын царского генерала. Отец Данилевского, Данилевский Федор Степанович,
      получил звание генерал-майора на первой мировой войне, после революции стал красным военспецом и умер от тифав Баку в 1922 г.
      Иосиф Аронович Фрумкин был первым, кто встал на защиту Данилевского. Он вызвал на завод Красное Сормово
      из Свердловска Анастасию Михайловну Бодиско, инженера-металловеда, работника ЦНИИ-48, первого броневого института страны, где директором был Андрей Сергеевич Завьялов.
      Анастасия Михайловна Бодиско приехала из Свердловска в Горький без пропуска, на свой страх и риск.
      Фрумкин и Бодиско, по вызову заместителя наркома танковой промышленности М.Н. Попова, выехали в Москву.
      Иосиф Аронович рассказывал мне, что в Москве, у Попова, он поручился за Олега Федоровича, написав в Заявлении на имя Наркома танковой промышленности о полной невиновности Данилевского и готовности разделить ответственность за брак,если его наличие будет подтверждено документально. Было решено написать Заявление на имя прокурора СССР о создании экспертной технической комиссии, которая должна была разобраться в существе дела.
      Анастасия Михайловна, тщетно пыталась передать Заявление в Прокуротуру, там были огромные очереди, а ей надо было возвращаться в Свердловск,( она выехала из Свердловска, в военное время, без документов, т.к. времени на оформление командировки на завод «Красное Сормово» у неё не было), к тому же были серьезные опасения, что Заявление затеряется в канцелярии Прокуратуры.
      В этой ситуации Попов позвонил Наркому тяжелой промышленности.
      Николай Степанович Казаков, Нарком тяжелой промышленности СССР, бывший директор Ижорского завода, лично знавший
      Олега Федоровича позвонил прокурору СССР и попросил его проследить, чтобы Заявление не затерялось.
      Решением Президиума Верховного суда СССР была создана экспертная Комиссия в порядке надзора за обоснованностью вынесения приговора Данилевскому.
      Фрумкин, как начальник мартеновского цеха, предоставил материалы по выплавке брони, которая, якобы, была ненадлежащего качества. Эти материалы он передал Анастасии Михайловне Бодиско.
      Кроме того, что Анастасия Михайловна была талантливым металловедом,она любила Олега Федоровича. У них был роман.
      Инженер Бодиско, по материалам, представленным Иосифом Ароновичем Фрумкиным, собрала документы по всем плавкам, на которые Данилевский подписал отклонения.
      Она проследила, из какой плавки прокатывался броневой лист, какие танки и на каких аводах были изготовлены из этой брони.Все эти данные она передала в Москву в Наркомат танковой промышленности.Начальник 3 Главного управления Наркомата танковой промышленности Артемий Александрович Хабакпашев разыскал эти танки на фронтах ВОВ и затребовал материал о том, как эти танки показали себя в боях. Когда все материалы были обработаны, выяснилось, что у фронтовиков никаких нареканий по качеству брони к этим машинам нет.Соответствующим образом оформленные документы были переданы в Экспертную Комиссию,которая должна была дать техническое заключение по существу обвинения.
      Все то время, пока Данилевский находился в лагере, Фрумкин посылал семье Данилевского:жене Людмиле Васильевне Пурцеладзе, сыну Владимиру и падчерице Шуре, от имени Олега Федоровича
      денежное содержание, а с оказией и продукты…
      25 марта 1943 года Президиумом Верховного суда СССР было вынесено Постановление за № 6/м о прекращении дела в отношении Данилевского Олега Федоровича. Данилевский был полностью реабилитирован.
      3 июня 1943 г. - освобожден и полностью реабилитирован за отсутствием состава преступления.
      Начальник 2 отдела исправительно –трудовой колонии “Тагилстрой”, при расставании с Олегом Федоровичем сказал:“Повезло вам, это первый случай в моей работе”.
      Данилевскому были выданы справка об освобождении, проездные документы до Свердловска, он направлялся в распоряжение НИИ-48, где его ждала работа и Анастасия Михайловна Бодиско, которая стала гражданской женой Олега Федоровича.
  19. Аристарх
    Аристарх 27 ноября 2020 12:41
    +4
    Большое спасибо за статью! Мой дед работал в закрытом КБ на ЧТЗ и до самой пенсии. Говорил, что ИС-3 на тот момент самый лучший танк был. И вообще, его слова, "мы готовы были выполнить любую задачу, которую перед нами поставят".
  20. DrEng527
    DrEng527 27 ноября 2020 14:20
    +2
    Автору спасибо! очень интересно!
  21. Кonstanty
    Кonstanty 27 ноября 2020 15:14
    0
    КВ-1 на британском полигоне в Бовингтоне


    Отчеты об испытаниях Т-34 и KW-1 на американском полигоне в Абердене достаточно хорошо известны, а есть ли отчеты Бовингтона о советских танках?
  22. Ros 56
    Ros 56 28 ноября 2020 09:10
    0
    Тема интересная. А ведь на заре юности нас звали в МИСИС, но мы же молодые гордые, на хрена нам черная металлургия, нам авиацию подавай и только истребительную. Сейчас, на склоне лет смех разбирает, но все равно не жалею ни о чем. hi
  23. Alien From
    Alien From 28 ноября 2020 17:52
    +1
    Спасибо автору, всегда интересно читать!)
  24. DemikSPb
    DemikSPb 1 декабря 2020 23:59
    0
    Забавно. Предполагается, что отпуск (высокий, средний, низкий) - это операция термической обработки после закалки. До закалки называется отжиг.
  25. SarS
    SarS 1 января 2021 10:52
    0
    Броня КВ, судя по рытвинам и пробоинам от мелкокалиберных снарядов вообще не была броневой.
    Проблемы со сваркой и термообработкой ИСов, судя по рассыпанию щучьих носов ИС-3, тогда окончательно решены не были.
    Морда ИС-2 изготавливалась литьевым способом. Не понял автора по поводу башни, как ее литье влияло на прочность? Что сварных швов просто не было?
    Внутренние напряжения в сварочных швах снимается высоким отжигом корпуса (650-720 градусов, остывание вместе с печью).
    Закаливать весь корпус? Не изучал это вопрос, но не верится. Зачем иметь заколеное дно и корму.
    А главное при таком способе Броня закаливается с наружней и внутренней стороны. Что чревато для экипажа поражением от осколков брони.