A hajópáncél egy kellően nagy szilárdságú védőréteg, amelyet arra terveztek, hogy megvédje a hajó egyes részeit az ellenséges fegyverek hatásaitól.
A páncélt az ókori római flotta quinqueremjein , majd a koreai teknőshajókon is alkalmazták , azonban a tüzérség fejlődésével gyakorlatilag használhatatlanná vált a védelmük. A 19. század elejéig a hajóépítésben bizonyos egyensúlyt tartottak fenn a védelmi és támadási eszközök között. A vitorlás hajókat sima csövű torkolattöltő fegyverekkel szerelték fel, amelyek kör ágyúgolyókat lőttek. A hajók oldalát vastag faréteg borította, ami elég jól védett az ágyúgolyókkal szemben.
Egyes vélemények szerint a hajótest fémpajzsokkal való védelmét először a brit feltaláló , William Congreve javasolta , miután 1805. február 20-án publikálta cikkét a London Timesban, de még 1782-ben, Gibraltár ostroma alatt . a spanyolok vasrudakkal burkolták be az úszó akkumulátorok tetejét és oldalát [1] , és az első hajó, amely 1761-ben rézbevonatot kapott , a Nagy-Britannia Királyi Haditengerészetének HMS Alarm fregattja volt . Hasonló javaslatot tett az USA-ban 1812-ben John Steveno, a New Jersey állambeli Hobokenből. 1814-ben a francia Henri Peksant is beszélt a hajófoglalás szükségességéről . Ezek a publikációk azonban nem keltették fel a figyelmet [2] .
Az első ekkor megjelenő vashajók [kb. 1] - A brit flotta számára 1845-ben épített „Birkenhead” és „Trident” gőzfregattokat a tengerészek meglehetősen hidegen fogadták. Vashüvelyük rosszabbul védett a lövések ellen, mint egy ugyanilyen súlyú fa [3] .
A status quo változásai a tüzérség és a kohászat fejlődésével összefüggésben következtek be.
Még 1819 -ben Peksan tábornok feltalált egy robbanógránátot, amelyet közvetlen tüzelésű ágyúból lehetett kilőni, ami felborította a védelem és a lövedék között kialakult egyensúlyt, mivel a fából készült vitorlás hajókat súlyosan megsemmisítették az új fegyverek robbanó és gyújtó hatásai. Igaz, annak ellenére, hogy 1824-ben meggyőzően demonstrálták az új fegyver pusztító tulajdonságait a régi, kétszintes Pacificator csatahajó próbalövése során , az ilyen típusú fegyverek bevezetése lassú volt. De az 1849-es Ekern-fjordi csatában és 1853-ban a sinop-i csatában elért fenomenális sikerei után a kétségek még a legnagyobb kritikusai közül is eltűntek [4] [5] .
Közben páncélhajók építésére vonatkozó ötletek születtek. Az USA-ban John Stevens és fiai saját költségükön kísérletsorozatot végeztek, amelyben tanulmányozták az atommagok vaslemezeken való áthaladásának törvényeit, és meghatározták a lemez minimális vastagságát, amely szükséges az ismert tüzérség elleni védelemhez. darab. 1842-ben Stevens egyik fia, Robert bemutatta a kísérletek eredményeit és az úszó akkumulátor új tervét a Kongresszusi Bizottságnak. Ezek a kísérletek nagy érdeklődést váltottak ki Amerikában és Európában [2] [4] .
1845-ben a francia Dupuy de Lom hajóépítő a kormány utasítására kidolgozott egy páncélozott fregatt projektet. 1854-ben letették a Stevens úszóüteget. Néhány hónappal később négy páncélozott üteget helyeztek le Franciaországban, néhány hónappal később pedig hármat Angliában [2] . 1856-ban három francia üteget - a "Devastation", "Lave" és "Tonnate" -t, amelyek nem voltak sebezhetőek a tüzérségi tűzben, sikeresen használták a kinburni erődök ágyúzására a krími háború alatt . Ez a sikeres alkalmazás késztette a vezető világhatalmakat - Angliát és Franciaországot - páncélozott, tengerre alkalmas hajók építésére [3] .
A páncél és a lövedék közötti interakció folyamata meglehetősen összetett, és egymásnak ellentmondó követelmények vonatkoznak a páncélzatra. Egyrészt a páncél anyagának elég keménynek kell lennie ahhoz, hogy a lövedék becsapódáskor összetörjön. Másrészt kellően viszkózusnak kell lennie ahhoz, hogy ütközéskor ne repedjen meg és ne nyelje el a megsemmisült lövedék töredékeinek energiáját. A legtöbb kemény anyag eléggé törékeny ahhoz, hogy páncélozásra alkalmatlan legyen . Ezenkívül az anyagnak meglehetősen általánosnak kell lennie, nem drága és viszonylag könnyen előállítható, mivel nagy mennyiségben volt szükség a hajó védelmére [2] .
Akkoriban az egyetlen alkalmas anyag a kovácsoltvas és az öntöttvas volt. A gyakorlati tesztek során kiderült, hogy az öntöttvas, bár nagy keménységű, túlságosan törékeny. Ezért a kovácsoltvasat [2] választották .
Az első páncélozott hajókat többrétegű páncélzattal védték - 100-130 mm (4-5 hüvelyk) vastag vaslemezeket erősítettek a 900 mm vastag fagerendákra. Európában nagyszabású kísérletek kimutatták, hogy az ilyen többrétegű védelem súlyát tekintve hatékonyság szempontjából rosszabb, mint a tömör vaslemezek. Az amerikai polgárháború idején azonban az amerikai hajók többnyire többrétegű védelemmel rendelkeztek, ami a vastag vaslemezek gyártásának korlátozott technológiai lehetőségeivel magyarázható [2] .
Az első tengerre alkalmas páncélozott hajók a francia „ La Gloire ” csatahajó voltak 5600 tonna vízkiszorítással és a „Warrior” angol fregatt 9000 tonna vízkiszorítással [3] . A " Warriort " 114 mm vastag páncél védte. Egy akkori 206,2 mm-es löveg 482 m/s sebességgel lőtt ki egy 30 kg-os ágyút, és csak 183 méternél kisebb távolságból hatolt át az ilyen páncélzaton [5] .
A kemény felületű és viszkózus szubsztrátumú páncéllemez beszerzésének egyik módja a páncélkeverék feltalálása volt. Megállapították, hogy az acél keménysége és szívóssága a benne lévő széntartalomtól függ. Minél több a szén, annál keményebb, de törékenyebb is az acél. A páncéllemez keverék két réteg anyagból állt. A külső réteg keményebb, 0,5-0,6%-os széntartalmú acélból, a belső réteg pedig gömbgrafitosabb, alacsony széntartalmú kovácsoltvasból állt [2] . Az összetett páncél két részből készült: vastag vasból és vékony acélból.
Az összetett páncél készítésének első módszerét Wilson Cammel javasolta . Öntödei kemencéből származó acélt öntöttek egy kovácsoltvas lemez felmelegített felületére. Egy másik lehetőséget Ellis-Brown ( Eng. Ellis-Brown ) javasolt . Módszere szerint az acél- és vaslemezeket Bessemer acéllal forrasztották egymáshoz. Mindkét eljárásnál a födémeket járulékosan hengerelték [2] . A lövedék típusától függően az összetett páncélok hatékonysága változott. A leggyakoribb öntöttvas lövedékekkel szemben a 254 mm-es összetett páncél 381–406 mm-es (15–16 hüvelyk) vaspáncélzatnak felelt meg. De az akkor megjelent, erős acélból készült speciális páncéltörő lövedékekkel szemben az összetett páncél csak 25%-kal volt erősebb, mint a kovácsoltvas – egy 254 mm-es összetett lemez megközelítőleg egy 318 mm-es (12,5 hüvelyk) vasnak felelt meg. lemez [2] [6] .
Az összetett páncélzattal nagyjából egy időben jelentek meg az acélpáncélok. 1876-ban az olaszok versenyt rendeztek, hogy páncélzatot válasszanak Dandolo és Duilio csatahajóik számára . A Spice-i versenyt a Schneider & Co. nyerte, amely lágyacél lemezeket kínált. A széntartalom körülbelül 0,45% volt. Előállításának folyamatát titokban tartották, de ismert, hogy a lemezt egy 2 méter magas tuskóból nyerték ki a kívánt vastagságúra kovácsolva. A lemezek fémét Siemens-Marten nyitott kemencékben szerezték be. A födémek jó védelmet nyújtottak, de nehéz volt velük dolgozni [2] [6] .
A következő 10 évet az összetett és az acélpáncélzat közötti verseny jellemezte. Az acélpáncél széntartalma általában 0,1%-kal alacsonyabb volt, mint az összetett páncél elülső részének - 0,4-0,5% versus 0,5-0,6%. Ugyanakkor a hatékonyságuk összehasonlítható volt – úgy vélték, hogy a 254 mm (10 hüvelyk) vastagságú acélpáncél 318 mm (12,5 hüvelyk) vaspáncélnak felel meg [2] [6] .
Végül az acélpáncél érvényesült, amikor a kohászat fejlődésének eredményeként elsajátították a nikkellel történő acélötvözetet. A Schneider használta először 1889-ben. A 2-5%-os nikkeltartalmú mintákon végzett kísérletek során kísérletileg 4%-os nikkeltartalmat választottam. Ütőterhelés hatására a nikkelacél lemezek kevésbé voltak hajlamosak a repedésre és a repedésre. Ezenkívül a nikkel megkönnyítette az acél hőkezelését - az edzés során a lemez kevésbé vetemedett [2] .
Kovácsolás és normalizálás után az acéllemezt a kritikus hőmérséklet fölé hevítettük [kb. 2] , és kis mélységig olajba vagy vízbe merítjük. Az oltás után alacsony hőmérsékletű temperálás történt [2] .
Ezek az újítások lehetővé tették a szilárdság további 5%-os növelését – 254 mm-es (10 hüvelyk) nikkel acéllemez és 330 mm-es (13 hüvelyk) vaspáncélzattal [2] [7] .
Schneider szabadalma szerint a Bethlehem Iron és a Carnegie Steel részt vett a nikkelpáncélok gyártásában az Egyesült Államokban . A gyártásuk páncélzatát a "Texas", "Maine", "Oregon" csatahajók építésénél használták. Ennek a páncélnak az összetétele 0,2% szenet, 0,75% mangánt, 0,025% foszfort és ként, valamint 3,25% nikkelt tartalmazott [2] .
A fejlődés azonban nem állt meg, és az amerikai G. Harvey 1890-ben a karburálási eljárást használta az acélpáncél szilárd elülső felületére. Mivel az acél keménysége a széntartalom növekedésével növekszik, Harvey úgy döntött, hogy csak a lemez felületi rétegében növeli a széntartalmat. Így a lemez hátoldala az alacsonyabb széntartalom miatt viszkózusabb maradt [2] .
A Harvey-eljárás során egy faszénnel vagy más széntartalmú anyaggal érintkező acéllemezt olvadáspontjához közeli hőmérsékletre melegítettek, és két-három hétig a kemencében tartották. Ennek hatására a felszíni réteg széntartalma 1,0-1,1%-ra emelkedett. Ennek a rétegnek a vastagsága kicsi volt – azokon a 267 mm-es (10,5 hüvelykes) lapokon, amelyeken először használták, a felületi réteg 25,4 mm (1 hüvelyk) vastag volt [2] .
Ezután a lemezt teljes vastagságában keményítették, először olajban, majd vízben. Ebben az esetben a cementezett felület szuperkeménységet kapott. Még jobb eredményeket értek el az angol Tressider által 1887-ben szabadalmaztatott keményítési módszer alkalmazásakor, amikor kis vízpermeteket fújtak nagy nyomás alatt a felmelegített lemezfelületre. A gyors hűtésnek ez a módja jobbnak bizonyult, mivel egyszerűen vízbe merítve a főzőlap és a folyadék között gőzréteg jelent meg, ami rontotta a hőátadást. Edzett felületű nikkelacél, olajban edzett és vízpermettel edzett, és a "Harvey páncélja" nevet kapta. Ez az amerikai gyártmányú páncél körülbelül 0,2% szenet , 0,6% mangánt és 3,25-3,5% nikkelt tartalmazott [2] .
Azt is megállapították, hogy a szilárdságot pozitívan befolyásolja a lemez végső kovácsolása alacsony hőmérsékleten, ami 10-15%-kal csökkenti a vastagságát. Ezt a "kettős kovácsolási" módszert a Carnegie Steel szabadalmazta [2] .
A Harvey-páncél azonnal kiszorította az összes többi páncélt, mivel 15-20%-kal jobb volt, mint a nikkelacél – a 13 hüvelykes Harvey-páncél körülbelül 15,5 hüvelykes nikkelacél páncélnak felelt meg [2] [7] .
1894-ben Krupp krómot adott a nikkelacélhoz. Az így kapott páncél a "soft Krupp" vagy "Qualitat 420" elnevezést kapta, és 0,35-0,4% szenet, 1,75-2,0% krómot és 3,0-3,5% nikkelt tartalmazott. Hasonló kompozíciót használt még 1889-ben a "Schneider" cég [8] . Krupp azonban nem állt meg itt. Bevezette a páncél bebetonozásának folyamatát. A Harvey-eljárással ellentétben gáznemű szénhidrogéneket használt – gyújtógázt (metánt) vezettek át a tűzhely forró felületén. Ez megint csak nem volt egyedi jellemző – ezt a módszert 1888-ban használták a Harvey-módszer előtt a betlehemi amerikai üzemben [2] és a francia Schneider-Creusot üzemben. Krupp páncélját az edzés módszere tette egyedivé [9] .
Az edzés lényege az acél kritikus hőmérsékletre hevítése - amikor a kristályrács típusa megváltozik és ausztenit képződik . Éles hűtéssel martenzit képződik - kemény, erős, de törékenyebb, mint az eredeti acél. A Krupp módszernél az acéllemez egyik oldalát és a végeit alumínium-oxiddal vonták be, vagy nedves homokba merítették. A lemezt a kritikus hőmérséklet fölé melegített kemencébe helyezték. A födém elülső oldalát a kritikus hőmérséklet fölé melegítettük, és megindult a fázisátalakulás. A hátoldal hőmérséklete alacsonyabb volt, mint a kritikus. A fázistranszformációs zóna az elülső oldalról kezdett eltolódni a födém mélységébe. Amikor a kritikus hőmérsékleti szint elérte a lemezmélység 30-40%-át, kihúzták a kemencéből és csepegtető hűtésnek vetették alá [2] [9] . Ennek a folyamatnak az eredménye egy „leeső felületi keménységű” lemez – körülbelül 20%-os mélységig nagy keménységű volt, a következő 10-15% -nál meredeken csökkent a keménység (ún. sípálya ), a lemez többi része pedig nem volt kemény és viszkózus [8] .
127 mm vastagság felett Krupp cementezett páncélja körülbelül 15%-kal hatékonyabb volt, mint Harvey páncélzata – Krupp 11,9 hüvelykes páncélja 13 hüvelykes Harvey páncéljának felelt meg [2] . 10 hüvelykes Krupp-páncél pedig 24 hüvelykes vaspáncélnak felelt meg [7] .
Ezt a páncélt először a Brandenburg osztályú német csatahajókon használták . A sorozat két hajója - "Elector Friedrich Wilhelm" és a "Wörth" 350 ... 400 mm-es összetett páncélzattal rendelkezett. A másik két hajón pedig - Brandenburgon és Weissenburgon - Krupp páncélból készítették az övet és ennek köszönhetően a vastagsága 225 mm-re csökkent a páncélvédelem romlása nélkül [10] .
A gyártási folyamat bonyolultsága ellenére a Krupp páncélok kiváló tulajdonságainak köszönhetően minden más páncéltípust felváltottak, és a következő 25 évben a páncélzatok nagy része csak Krupp cementezett páncél volt [2] .
| hajópáncél | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||
| |||||||||||