Skeppspansar är ett skyddande lager som har tillräckligt hög styrka och är utformat för att skydda delar av fartyget från effekterna av fiendens vapen.
Pansar användes också på quinquerems från den antika romerska flottan , sedan på de koreanska sköldpaddsfartygen , men med utvecklingen av artilleri blev deras skydd praktiskt taget värdelöst. Fram till början av 1800-talet upprätthölls en viss balans i skeppsbyggandet mellan försvarsmedel och anfall. Segelfartyg var beväpnade med släta kanonladdade kanoner som avfyrade runda kanonkulor. Fartygens sidor var mantlade med ett tjockt lager trä, som skyddade ganska bra från kanonkulor.
Det finns en åsikt att den första att skydda fartygets skrov med metallsköldar föreslogs av den brittiske uppfinnaren sir William Congreve , efter att ha publicerat sin artikel i London Times den 20 februari 1805, men redan 1782, under belägringen av Gibraltar , spanjorerna täckte taken och sidorna av flytande batterier med järnstänger [1] och det första fartyget som fick kopparplätering 1761 var fregatten HMS Alarm från Royal Navy of Great Britain . Ett liknande förslag gjordes i USA 1812 av John Steveno från Hoboken, New Jersey. 1814 talade fransmannen Henri Peksant också om behovet av att boka fartyg . Dessa publikationer väckte dock ingen uppmärksamhet [2] .
De första järnskeppen som dök upp på den tiden [ca. 1] - byggd för den brittiska flottan 1845, ångfregaterna "Birkenhead" och "Trident" uppfattades av sjömän ganska kallt. Deras järnhölje skyddade mot skott värre än en trä med samma vikt [3] .
Förändringar i status quo skedde i samband med framsteg inom artilleri och metallurgi.
Redan 1819 uppfann general Peksan en explosiv granat som kunde avfyras från en direkt eldkanon, vilket rubbad den etablerade balansen mellan skydd och projektil, eftersom segelfartyg av trä utsattes för allvarlig förstörelse från de explosiva och brandfarliga effekterna av nya vapen. Det är sant att trots en övertygande demonstration av det nya vapnets destruktiva egenskaper 1824 under provskjutning på det gamla tvådäckade slagskeppet Pacificator , var introduktionen av denna typ av vapen långsam. Men efter de fenomenala framgångarna med dess användning 1849 i slaget vid Ekern Fjord och 1853 i slaget vid Sinop , försvann tvivel även bland hans största kritiker [4] [5] .
Under tiden utvecklades idéer för konstruktion av pansarfartyg. I USA genomförde John Stevens och hans söner, på egen bekostnad, en serie experiment där de studerade lagarna för passage av kärnor genom järnplattor och bestämde den minsta tjockleken på plattan som var nödvändig för att skydda mot något känt artilleri bit. 1842 presenterade en av Stevens söner, Robert, resultaten av experiment och en ny design för ett flytande batteri för en kongresskommitté. Dessa experiment väckte stort intresse i Amerika och Europa [2] [4] .
År 1845 utvecklade den franska skeppsbyggaren Dupuy de Lom , på uppdrag av regeringen, ett projekt för en pansarfregatt. 1854 lades Stevens flytande batteri ner. Några månader senare lades fyra pansarbatterier ner i Frankrike och några månader senare tre i England [2] . 1856 användes tre franska batterier - "Devastation", "Lave" och "Tonnate", osårbara för artillerield, framgångsrikt för att beskjuta Kinburn-forten under Krimkriget . Denna framgångsrika ansökan fick de ledande världsmakterna - England och Frankrike, att bygga bepansrade sjövärdiga fartyg [3] .
Processen för interaktion mellan pansar och projektil är ganska komplex och ömsesidigt motstridiga krav gäller för rustning. Å ena sidan måste materialet till pansaret vara tillräckligt hårt för att projektilen ska splittras vid sammanstötning. Å andra sidan måste den vara tillräckligt viskös för att inte spricka vid stöten och absorbera energin från fragmenten av den förstörda projektilen. De flesta hårda material är spröda nog att vara olämpliga för rustning . Dessutom borde materialet vara ganska vanligt, inte dyrt och relativt lätt att tillverka, eftersom det krävdes i stora mängder för att skydda fartyget [2] .
De enda lämpliga materialen på den tiden var smide och gjutjärn. Under praktiska tester visade det sig att gjutjärn, även om det har hög hårdhet, är för ömtåligt. Därför valdes smide [2] .
De första pansarfartygen skyddades av flerskiktspansar - järnplåtar 100-130 mm (4-5 tum) tjocka fästes på träbalkar 900 mm tjocka. Storskaliga experiment i Europa har visat att ett sådant flerskiktsskydd sett till vikt är sämre än solida järnplåtar vad gäller effektivitet. Men under det amerikanska inbördeskriget hade amerikanska fartyg mestadels flerskiktsskydd, vilket förklarades av den begränsade tekniska kapaciteten för tillverkning av tjocka järnplåtar [2] .
De första sjövärdiga pansarfartygen var det franska slagskeppet " La Gloire " med en deplacement på 5600 ton och den engelska fregatten "Warrior" med en deplacement på 9000 ton [3] . " Warrior " skyddades av pansar 114 mm tjockt. En 206,2 mm kanon från den tiden avfyrade en 30 kg kanonkula med en hastighet av 482 m/s och penetrerade sådana pansar på ett avstånd av endast mindre än 183 meter [5] .
Ett av sätten att få en pansarplatta med en hård yta och ett trögflytande substrat var uppfinningen av pansarblandningen. Det visade sig att stålets hårdhet och seghet beror på kolinnehållet i det. Ju mer kol, desto hårdare, men också sprödare stål. Pansarplattans sammansättning bestod av två lager material. Det yttre skiktet bestod av ett hårdare stål med en kolhalt på 0,5-0,6 %, och det inre skiktet bestod av ett mer segt smidesjärn med låg kolhalt [2] . Sammansatt rustning var gjord av två delar: tjockt järn och tunt stål.
Den första metoden för att göra sammansatt rustning föreslogs av Wilson Cammel . Stål från en gjuteriugn hälldes på den uppvärmda ytan av en smidesjärnsplatta. Ett annat alternativ föreslogs av Ellis-Brown ( Eng. Ellis-Brown ). Enligt hans metod löddes stål- och järnplåtar till varandra med Bessemer-stål. I båda processerna valsades plattorna ytterligare [2] . Beroende på typen av projektil varierade effektiviteten hos sammansatt rustning. Mot de vanligaste gjutjärnsprojektilerna motsvarade 254 mm (10 tum) sammansatt pansar 381–406 mm (15–16 tum) järnpansar. Men mot de speciella pansargenomträngande projektiler gjorda av starkt stål som dök upp på den tiden, var sammansatt pansar bara 25 % starkare än smidesjärn - en 254 mm (10 tum) sammansatt platta motsvarade ungefär ett 318 mm (12,5 tum) järn plåt [2] [6] .
Ungefär samtidigt som sammansatt rustning dök stålpansar upp. 1876 höll italienarna en tävling för att välja rustning till sina slagskepp Dandolo och Duilio . Tävlingen i Spice vanns av Schneider & Co., som bjöd på mjuka stålplåtar. Kolhalten i den var cirka 0,45%. Processen för dess tillverkning hölls hemlig, men det är känt att plåten erhölls från ett ämne som var 2 meter högt genom att smide det till önskad tjocklek. Metallen till plattorna erhölls i Siemens-Martens öppna ugnar. Skivorna gav bra skydd men var svåra att arbeta med [2] [6] .
De följande 10 åren präglades av en konkurrens mellan sammansatt och stålpansar. Kolhalten i stålpansar var vanligtvis 0,1% lägre än den i den främre delen av sammansatt pansar - 0,4-0,5% mot 0,5-0,6%. Samtidigt var de jämförbara i effektivitet - man trodde att stålpansar med en tjocklek på 254 mm (10 tum) motsvarade 318 mm (12,5 tum) järnpansar [2] [6] .
I slutändan rådde stålpansar när man, som ett resultat av metallurgins utveckling, behärskade stållegering med nickel. Den användes första gången av Schneider 1889. Genom att utföra experiment på prover med en nickelhalt på 2 till 5 % valdes en halt på 4 % experimentellt. Under stötbelastningar var nickelstålplattor mindre benägna att spricka och spricka. Dessutom underlättade nickel värmebehandlingen av stål - under härdning skev plattan mindre [2] .
Efter smidning och normalisering värmdes stålplåten över den kritiska temperaturen [ca. 2] och nedsänkt till ett grunt djup i olja eller vatten. Efter härdning skedde lågtemperaturtempering [2] .
Dessa innovationer gjorde det möjligt att förbättra styrkan med ytterligare 5 % - 254 mm (10 tum) nickelstålplåt matchad 330 mm (13 tum) järnpansar [2] [7] .
Enligt Schneiders patent var Bethlehem Iron och Carnegie Steel involverade i tillverkningen av nickelpansar i USA . Pansar för deras produktion användes i konstruktionen av slagskeppen "Texas", "Maine", "Oregon". Sammansättningen av detta pansar inkluderade 0,2 % kol, 0,75 % mangan, 0,025 % fosfor och svavel och 3,25 % nickel [2] .
Men framstegen stod inte stilla och amerikanen G. Harvey använde 1890 uppkolningsprocessen för att få en solid frontyta av stålpansar. Eftersom hårdheten hos stål ökar med ökande kolhalt, beslutade Harvey att öka kolhalten endast i plåtens ytskikt. Således förblev baksidan av plattan mer trögflytande på grund av den lägre kolhalten [2] .
I Harvey-processen värmdes en stålplatta i kontakt med träkol eller annat kolhaltigt material till en temperatur nära dess smältpunkt och hölls i ugnen i två till tre veckor. Som ett resultat ökade kolhalten i ytskiktet till 1,0-1,1 %. Tjockleken på detta lager var liten - på de 267 mm (10,5 tum) plattorna som det först användes på var ytskiktet 25,4 mm (1 tum) tjockt [2] .
Sedan härdades plattan i hela sin tjocklek, först i olja, sedan i vatten. I detta fall fick den cementerade ytan superhårdhet. Ännu bättre resultat uppnåddes vid användning av härdningsmetoden som patenterades 1887 av engelsmannen Tressider genom att applicera små vattensprayer under högt tryck på den uppvärmda plåtytan. Denna metod för snabb kylning visade sig vara bättre, eftersom när den helt enkelt nedsänktes i vatten uppstod ett ångskikt mellan värmeplattan och vätskan, vilket förvärrade värmeöverföringen. Nickelstål med härdad yta, härdat i olja och härdat med vattenspray, och fick namnet "Harveys pansar". Denna amerikansktillverkade rustning innehöll omkring 0,2 % kol , 0,6 % mangan och 3,25 till 3,5 % nickel [2] .
Det visade sig också att hållfastheten påverkas positivt av den slutliga smidningen av plåten vid låg temperatur, vilket minskar dess tjocklek med 10-15%. Denna "dubbelsmide"-metod patenterades av Carnegie Steel [2] .
Harvey pansar ersatte omedelbart alla andra typer av pansar, eftersom det var 15-20% bättre än nickelstål - 13 tum av Harvey pansar motsvarade ungefär 15,5 tum av nickelstål pansar [2] [7] .
1894 tillsatte Krupp krom till nickelstål. Den resulterande rustningen fick beteckningen "soft Krupp" eller "Qualitat 420" och innehöll 0,35-0,4% kol, 1,75-2,0% krom och 3,0-3,5% nickel. En liknande sammansättning användes redan 1889 av firman "Schneider" [8] . Men Krupp stannade inte där. Han introducerade processen att cementera sin rustning. I motsats till Harvey-processen använde han gasformiga kolväten - tändgas (metan) fördes över kaminens heta yta. Återigen, detta var inte en unik egenskap - denna metod användes 1888 före Harvey-metoden vid den amerikanska anläggningen i Betlehem [2] , och vid den franska anläggningen Schneider-Creusot. Krupps rustning gjordes unik genom härdningsmetoden [9] .
Kärnan i härdningen är att värma stålet till en kritisk temperatur - när typen av kristallgitter ändras och austenit bildas . Med en skarp kylning uppstår bildningen av martensit - hårt, starkt, men mer skört än originalstålet. I Krupp-metoden belades en av sidorna av stålplåten och ändarna med aluminiumoxid eller nedsänktes i våt sand. Plattan placerades i en ugn uppvärmd till en temperatur över den kritiska. Plattans framsida värmdes till en temperatur över den kritiska, och en fasomvandling påbörjades. Baksidan hade en temperatur som var lägre än den kritiska. Fasomvandlingszonen började förskjutas från framsidan till plattans djup. När den kritiska temperaturnivån nådde 30-40 % av plåtdjupet drogs den ut ur ugnen och utsattes för droppkylning [2] [9] . Resultatet av denna process var en platta med "fallytehärdning" - den hade en hög hårdhet upp till ett djup på cirka 20%, vid nästa 10-15% var det ett kraftigt fall i hårdhet (den så kallade skidbacken ), och resten av plattan var inte härdad och trögflytande [8] .
Över 127 mm tjock var Krupps cementerade pansar cirka 15 % effektivare än Harveys - 11,9 tum av Krupps pansar motsvarade 13 tum av Harveys pansar [2] . Och 10 tum av Krupp-pansar motsvarade 24 tum av järnpansar [7] .
Denna rustning användes först på tyska slagskepp av Brandenburg-klassen . Två fartyg i serien - "Elector Friedrich Wilhelm" och "Wörth" hade ett bälte på 350 ... 400 mm sammansatt pansar. Och på de andra två fartygen - Brandenburg och Weissenburg - gjordes bältet av Krupp-pansar och på grund av detta reducerades dess tjocklek till 225 mm utan att pansarskyddet försämrades [10] .
Trots tillverkningsprocessens komplexitet ersatte Krupp-pansar, på grund av dess utmärkta egenskaper, alla andra typer av rustningar, och under de kommande 25 åren var det mesta av pansar bara Krupp-cementerad pansar [2] .
| skeppsrustning | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||
| |||||||||||