100 мм в немецком тылу, или как Krupp советской броне позавидовал
Расследование Krupp AG
Одним из неприятных открытий немцев в Советской России стали тяжелые танки КВ. В первую очередь, их впечатляющая защита. Дело дошло до того, что гитлеровские металлурги вынуждены были исследовать трофейную технику на предмет заимствования удачных решений. Современные архивы хранят множество свидетельств подобных событий. Например, осенью 1943 года после разгромной для рейха Курской битвы на полигон в немецком Хиллерслебен привезли 100-мм кусок брони с фронта. Стоит подчеркнуть, что полигон был вермахта, поэтому с большой долей вероятности можно предположить танковое происхождение брони.
Судя по всему, немцам в руки попался сравнительно редкий экземпляр КВ-85, так как ни один другой отечественный танк не мог похвастаться подобной защитой. КВ-1 имел не более 90 мм в маске пушки, а ИС-1 начали выпускать только осенью 1943 года, когда крупповцы уже изучали трофейный артефакт.
Удивляет, насколько быстро образец танковой брони попал в руки немцев. Первые серийные КВ-85 пошли в войска на южных участках фронта в сентябре 1943 года и достаточно успешно противостояли немецким 88-мм снарядам. Именно это и заинтересовало металлургов врага. Судя по программе испытаний, в руки немцев попал как минимум один КВ-85, и случилось это уже в октябре, то есть спустя 4–5 недель после появления машины на фронте. Инженеры Kpupp AG забрали для исследования образец трофейной брони из Хиллерслебена в конце октября 1943 года.
КВ-85 был редкостью на фронте и представлял собой переходную модель к серии ИС
В первую очередь занялись изучением химического состава стали. И здесь противник испытал жгучую зависть: концентрация никеля и хрома были впечатляющие — 2,28 % и 2,41 % соответственно. К тому времени немцы уже ощущали на себе дефицит легирующих элементов и ни при каких условиях не могли себе позволить такое расточительство. А это очень важные компоненты брони. Никель отвечает за ударную вязкость, хром — за твердость и прокаливаемость. Советским металлургам удалось удержать низкую концентрацию фосфора (0,024 %), что избавляло броню от излишней хрупкости. Результаты германских исследований однозначно указывают на марку брони 71Л, из которой отливали башню танка КВ-85.
Трофейный образец 100-мм брони на испытаниях в Германии
Следующим этапом исследования стали механические испытания — из плиты вырезали стандартные образцы, часть вдоль направления прокатки металла, часть поперёк (свойства прокатанной стали, как правило, несколько различаются по этим двум направлениям из-за вытянутой в процессе прокатки микроструктуры), и подвергли их растяжению на разрывной машине. Такое испытание позволяет определить два ключевых показателя прочности: предел текучести — то напряжение, при достижении которого металл начинает пластически, то есть неупруго, необратимо деформироваться, и предел прочности — максимальное напряжение, которое образец способен выдержать перед окончательным разрушением.
Предел прочности обозначился в 149 кг/мм² — это огромная величина для броневой стали того времени. При этом сталь сохраняла достаточно высокую пластичность — удлинение 11–12 %, сужение 36–44 % — то есть металл не был запредельно хрупким, несмотря на экстремально высокую прочность. Это идеальное, труднодостижимое сочетание характеристик для брони: чем прочнее сталь, тем, как правило, она более хрупкая (склонная к растрескиванию и выкрашиванию при попадании снаряда), и наоборот. Найти баланс между прочностью и вязкостью — вечная проблема броневой металлургии.
Советский мартенсит
Спустя месяц после первых исследований брони немцы озаботились технологией производства. Металлурги подозревали, что в СССР появились прогрессивные технологии обработки легированной стали. В одном из документов внутренней переписки Krupp AG можно встретить такое:
Es liegt uns daran, die Vergütungsart der Panzerplatte festzustellen (Normal- oder Warmbadhärtung?) Wir bitten Sie, entsprechende Gefügeuntersuchungen vorzunehmen. (Нам важно установить способ термообработки броневой плиты (обычная закалка или закалка в тёплой ванне?). Просим Вас произвести соответствующее исследование микроструктуры).
Речь идёт о принципиально разных подходах к термообработке легированной стали:
Обычная закалка — классический метод: сталь нагревают до температуры аустенизации, затем быстро охлаждают (обычно в воде или масле), получая твёрдую, но хрупкую структуру мартенсита, после чего проводят отпуск при умеренной температуре, чтобы снять внутренние напряжения и повысить вязкость за счёт небольшой потери твёрдости. Это надёжная, проверенная, но не самая совершенная технология — мартенсит, даже отпущенный, всегда остаётся относительно хрупким по своей природе.
Закалка в тёплой ванне, или изотермическая (бейнитная) закалка — гораздо более сложная и прогрессивная технология, известная в англоязычной металлургии как austempering. Вместо резкого охлаждения до комнатной температуры сталь выдерживают некоторое время в расплавленной соляной или металлической ванне при промежуточной температуре (обычно 250–400°C), что позволяет аустениту превратиться не в мартенсит, а в бейнит — структуру, которая при сопоставимой твёрдости обладает существенно более высокой ударной вязкостью и меньшей склонностью к растрескиванию. На языке немецких документов это называется буквально «закалка через промежуточную ступень» — это и есть бейнит, промежуточная структура между мартенситом и перлитом.
Как немцы отличали мартенсит и бейнит в броне? Для такого исследования из образца плиты вырезали небольшой кусочек, полученную поверхность тщательно шлифовали и полировали до зеркального блеска. Следующим шагом было травление — обработка слабым раствором азотной кислоты в спирт, — которое неравномерно растворяет различные структурные составляющие металла, выявляя тем самым границы зёрен и внутреннюю кристаллическую архитектуру, невидимую на нетравлёной, идеально гладкой поверхности. После травления образец помещали под металлографический микроскоп и исследовали при значительном увеличении — вплоть до 500-кратного. Это позволяло разглядеть тончайшие детали структуры, скрытые от невооружённого глаза.
Непрофессионалу сложно отличить мартенсит от бейнита (внизу)
Немецкие металлурги, увидев необычно высокие показатели советской брони — высокую прочность в сочетании с приемлемой пластичностью, — заподозрили, что советские инженеры применили именно эту прогрессивную, труднодостижимую технологию. Логика подозрения понятна: получить одновременно очень высокую прочность (149 кг/мм²!) и приемлемую вязкость через обычную мартенситную закалку сложнее, чем через бейнитную структуру, которая как раз «специализируется» на этом сочетании свойств. Если бы подозрение подтвердилось, это означало бы, что советская танковая промышленность обладает технологическим преимуществом в области термообработки брони — а значит, немцам стоило бы срочно перенимать этот опыт.
В немецком архиве хранится документ с результатами кристаллографического исследования танковой брони из СССР
Надо отметить, немцы долго исследовали советскую броню — целых два месяца. Только 20 декабря 1943 года появился итоговый отчет металлургов. Никакой горячей ванны в производстве не было. Под увеличением в структуре советской броневой плиты был обнаружен самый обыкновенный, классический отпущенный мартенсит — то есть металл прошёл через совершенно стандартную, известную всему миру технологию обычной закалки в воде или масле с последующим отпуском.
Несмотря на то, что немцы явно испытали определенное разочарование (знали бы они, в каких условиях приходилось выплавлять советскую броню), исследование трофея навело их на новую мысль. А что, если оставить прежний химический состав, соответствующий литой броне 71Л, а термообработку устроить прогрессивную, то есть по формату горячей ванны? Удалось это немцам или нет, история умалчивает. С учетом нарастающего дефицита легирующих элементов в Третьем рейхе подобные опыты могли иметь сугубо научный интерес. Ни о каком серийном исполнении и речи быть не могло.
Информация