無“鎳”裝甲，堪用乎？

李　爍　劉順發(fā)

研制背景

1959年10月1日，中國自己生產(chǎn)的59式中型坦克首次通過天安門廣場，參加了國慶十周年閱兵。從此中國的坦克工業(yè)進(jìn)入了一個新的時代，然而這只是中國坦克工業(yè)邁出的第一步，僅僅解決了坦克的有無問題，之后所面臨的主要矛盾是品種和數(shù)量不能滿足部隊裝備需要的問題，其中最突出的是我國沒有適合自身特點、自主研發(fā)的裝甲鋼。

自從1888年英國Messis Vickers公司生產(chǎn)出全鋼裝甲板以來，裝甲鋼板的應(yīng)用經(jīng)過了70余年的發(fā)展，仍然是坦克上最基本的防護(hù)材料，約占整車質(zhì)量的40％到50％，對于坦克的防護(hù)起著決定性的作用。初期的裝甲鋼面世時，其化學(xué)成分、制造工藝和抗彈性能均被視作高度機(jī)密。隨著裝甲鋼在戰(zhàn)場上的廣泛應(yīng)用和材料工藝技術(shù)的發(fā)展，其化學(xué)成分及機(jī)械性能已經(jīng)眾所周知。早期裝甲鋼通過控制碳的含量，提高裝甲的硬度來提高裝甲鋼的抗彈性能。然而鋼中碳含量的提高會導(dǎo)致脆性的急劇提高，于是，人們想到了用滲碳的辦法來解決這個問題，用長達(dá)數(shù)星期的滲碳工藝來制造表面硬度高，而底層韌性好的鋼裝甲。隨著反裝甲武器打擊能量的增加，這種硬度和韌性不均勻的傳統(tǒng)裝甲鋼不再能滿足需要，必須尋求一種高硬度、有韌性；同時硬度和韌性分布均勻的裝甲鋼。

上世紀(jì)40年代，科研人員通過研究發(fā)現(xiàn)，全馬氏體組織的裝甲鋼可以達(dá)到滿足人們對新型裝甲鋼的需要。獲得全馬氏體組織的裝甲鋼就必須要求裝甲鋼有良好的淬透性。經(jīng)過研究，在鋼中加入5％左右的鎳元素可以有效的提高裝甲鋼的淬透性。進(jìn)入50年代后，鎳合金裝甲鋼在世界范圍內(nèi)得到普及，幾乎所有國家的坦克都使用鎳合金裝甲鋼，59式中型坦克的母型——蘇聯(lián)T-54A型坦克也不例外。T-54A坦克的零件制造主要應(yīng)用鎳、鉻、鉬系統(tǒng)合金鋼。特別是裝甲鋼的鎳含量相當(dāng)高，一輛T-54A坦克的用鎳量達(dá)770千克，其中鑄造裝甲鋼占50％，軋制裝甲板占30％，結(jié)構(gòu)鋼和奧氏體焊條芯占20％。

根據(jù)中蘇達(dá)成的協(xié)議，最初生產(chǎn)59式坦克所用的鎳合金裝甲鋼皆為蘇聯(lián)進(jìn)口，然后在中國具有冶煉鎳合金裝甲鋼的技術(shù)后，裝甲鋼轉(zhuǎn)為國內(nèi)提供。由于當(dāng)時我國探明的鎳礦資源很少，所以即使是中國具有了冶煉鎳合金裝甲鋼的技術(shù)后，所需的金屬鎳也得通過蘇聯(lián)進(jìn)口。每生產(chǎn)一輛59式中型坦克需要大約一噸左右的金屬鎳，在上世紀(jì)60年代，國民經(jīng)濟(jì)非常困難的時期，花費巨資去進(jìn)口大量的鎳顯然是不切合實際的。中蘇關(guān)系的惡化又使這唯一進(jìn)口鎳的渠道也被掐斷了。坦克工業(yè)面臨著停產(chǎn)的困境。因此，研究適合中國礦產(chǎn)資源情況的無鎳新鋼種，成為當(dāng)時坦克工業(yè)亟待解決的任務(wù)。為此國防科委、五機(jī)部等機(jī)關(guān)多次發(fā)文或口頭指示，要求617廠和有關(guān)單位大力協(xié)同開展無鎳裝甲鋼的研究工作，逐步形成中國的裝甲鋼系列，以滿足坦克工業(yè)和國防建設(shè)的需要。

自力更生艱苦奮斗

在國防科委第五專業(yè)組、裝甲兵、冶金部和三機(jī)部的直接組織領(lǐng)導(dǎo)下，617廠、鋼鐵研究院、鞍山鋼鐵公司、大冶鋼廠、616廠、52研究所和裝甲兵科學(xué)技術(shù)研究院等單位投入了大量人力物力，開展對無鎳裝甲鋼和結(jié)構(gòu)鋼的研制工作。1958年到1960年期間，我國陸續(xù)收集到一些裝甲材料的資料。1958年，617廠副總冶金師韓雪海兩次以觀察員身份去波蘭參加八國經(jīng)濟(jì)互助組織召集的坦克裝甲鋼專家會議，了解到一些國家裝甲鋼生產(chǎn)和研究情況。同時，617廠副總工程師魏兆融與北京鋼鐵研究院合作，在鋼院用高頻爐冶煉了5種美國成分的鑄鋼試樣，并做了性能對比試驗。大家知道，只要裝甲鋼的淬透性達(dá)到了一定的程度，就可能獲得全馬氏體組織的裝甲鋼，因此尋找全新的提高裝甲鋼淬透性的途徑就成為研制無鎳裝甲鋼的關(guān)鍵。

上世紀(jì)50年代，由于合金資源的匱乏，國外為了節(jié)約合金和回收廢鋼，開展了低合金含量和多元素裝甲鋼的研究，前者是使用更少的鎳來提高鋼的淬透性，后者則是研究用多種金屬元素復(fù)合的辦法來提高鋼的淬透性。美國出現(xiàn)了“國家緊急狀態(tài)用鋼標(biāo)準(zhǔn)”；蘇聯(lián)則出現(xiàn)了復(fù)合合金化理論，即主張在裝甲鋼中加入微量合金元素如：鈾、鎢、稀土等，以改善裝甲鋼的某些性能。1960年4月，當(dāng)時的冶金科副科長張銳生提出了一個以鉻、錳、鉬為基礎(chǔ)加入稀土元素的無鎳厚截面鑄造裝甲鋼成分，在與韓雪海、科長沈其邵等同志進(jìn)行研究后，對幾個元素含量稍加修改后，確定了新鋼種成分，并定名為“601號鋼”，取“六十年代第一個新鋼種之意”。技術(shù)方案得到了617廠領(lǐng)導(dǎo)和駐廠軍代表的支持，于4月9號用堿性電爐試煉了第一爐601號鋼，以考核新鋼種的工藝性、抗彈性，及摸索加入稀土硅鐵的技術(shù)問題。4月24日對澆鑄的鋼板進(jìn)行打靶試驗，人們滿懷希望，當(dāng)發(fā)射第一發(fā)炮彈的轟鳴聲還沒有完全消失，參加實驗的人員就迫不及待的從掩體奔向靶位。當(dāng)大家看清靶板上的彈坑是一個合格的損傷，其抗彈性能和含鎳的蘇聯(lián)裝甲鋼相近時，在場人員無不感到歡欣鼓舞。初戰(zhàn)告捷，第二天又改在平爐上試煉第一爐601鋼，鑒于平爐冶煉澆鑄炮塔在技術(shù)上的難度較大，專門開會針對冶煉過程中的去磷問題，后期脫氧和稀土硅加入的問題進(jìn)行討論研究，采取嚴(yán)密措施，精心地操作，第一爐平爐601鋼炮塔澆鑄成功。經(jīng)過射擊試驗，抗彈性能達(dá)到射擊要求。同年5、6月間又冶煉了4爐，性能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

至此，中國自行研制的第一種無鎳裝甲鋼終于研制成功。601鋼的問世，使得59式坦克炮塔、炮框、防盾等鑄造裝甲鋼無鎳化。但裝甲防護(hù)還有車體等裝甲件，T-54A車體等重要裝甲零件是用含鎳量也很高的52C、42CM、49C鋼制造的。要形成我國自己的無鎳裝甲體系，軋制裝甲板的無鎳化也是不可缺少的。

在60 1鋼研制工作取得的初步經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，科研部門又相繼開展了603無鎳裝甲鋼板，604、605、606、607結(jié)構(gòu)鋼的研制工作，并向有關(guān)部門推薦了601鋼相近的鋼種成份，1961年經(jīng)北京鋼鐵研究院、鞍鋼、52研究所討論同意定名603鋼，并試煉獲得成功。1961年5月到1962年11月小批試制，證明603鋼與蘇聯(lián)的52C、42CM、49C等鋼相比，強(qiáng)度、韌性、常溫抗彈性能相當(dāng)，低溫抗彈性能可滿足零下25℃使用要求。工藝性能良好，資源立足國內(nèi)，適合大批量生產(chǎn)，1963年3月經(jīng)國務(wù)院軍工產(chǎn)品定型委員會批準(zhǔn)定型。自此，59式坦克的裝甲材料，建立了以鉻、錳、鉬、稀土為主要元素的合金鋼體系。

經(jīng)過兩年半左右的研究試驗和小批量生產(chǎn)，601鋼共冶煉198爐，澆鑄合格炮塔110個；603號鋼共冶煉8爐，軋制鋼板700余噸。經(jīng)過無鎳

新鋼種定型委員會鑒定，證明601裝甲鋼和603軋制裝甲鋼工藝性能良好，抗彈性能符合技術(shù)條件要求，可以代替原蘇聯(lián)標(biāo)號的裝甲鋼。1962年12月，國防科委五組在包頭召開無鎳裝甲技術(shù)審查和鑒定會議，同意601無鎳裝甲鋼生產(chǎn)定型、603無鎳軋制裝甲鋼種定型。1963年3月，經(jīng)國務(wù)院軍工產(chǎn)品定型委員會正式批準(zhǔn)定型，國防科委五組于1967年審查鑒定認(rèn)為604、605、606等無鎳結(jié)構(gòu)鋼基本滿足使用和生產(chǎn)的要求，同意604、605鋼定型；606鋼可以代替原45鎳鉻鋼生產(chǎn)炮塔座圈；607鋼作為技術(shù)儲備。

無鎳新鋼種的研制成功，是中國共產(chǎn)黨“自力更生”方針的勝利，也是各部門、各單位大力系統(tǒng)的結(jié)果。它不僅是坦克工業(yè)，也是冶金工業(yè)史上的一件大事。這一可喜的成就，為建立具有中國特色的裝甲鋼系列奠定了基礎(chǔ)。對中國進(jìn)一步發(fā)展新鋼種和稀土元素在鋼中的推廣應(yīng)用提供了極其寶貴的經(jīng)驗，對國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)均具有重要的歷史意義和戰(zhàn)略意義。

延伸擴(kuò)展建立體系

為了進(jìn)一步擴(kuò)大無鎳鉻鋼的研制工作，1966年10月在北京召開了無鎳鉻裝甲鋼規(guī)劃會議。會議提出了用于裝甲底盤的無鎳鉻厚裝甲板(代號610、611)，中厚裝甲板(代號612)和薄裝甲板(615、616)等研制項目，并由鋼鐵研究院、鞍鋼、武鋼、上鋼三廠、裝甲兵科研院、52研究所、617廠、618廠和256廠分別組成項目組進(jìn)行研制，于1970年和1971年先后設(shè)計定型。上世紀(jì)70年代后，隨著復(fù)合裝甲概念的興起，單一的厚板軋制裝甲鋼已經(jīng)失去了優(yōu)勢，故最后無鎳裝甲板僅有616薄板投入了使用，而610、611、612等中厚板作為技術(shù)儲備。

與此同時，截止至七十年代初，601鋼已生產(chǎn)了近十年，因當(dāng)時炮塔復(fù)合裝甲技術(shù)并不成熟導(dǎo)致其淬透性和低溫韌性較差的弱點，給炮塔生產(chǎn)和驗收帶來一定的困難，617廠決定再研制一個厚截面鑄造裝甲鋼，要求它既能在戰(zhàn)時合金來源困難時可利用工廠含鎳廢鋼堅持生產(chǎn)，又能滿足低溫抗彈性能的要求。當(dāng)時的科技處中央試驗室裝甲研究組和一分廠的技術(shù)人員按照嚴(yán)格的科研程序，經(jīng)過鋼種研究試驗、生產(chǎn)試制和小批量生產(chǎn)考核，取得了成功。1975年4月裝甲兵軍工產(chǎn)品定型委員會批準(zhǔn)定型，并投入批量生產(chǎn)，取名為623鋼。623鋼合金成份合理，與601鋼相比減少了一半的鉬，加入了少量的鎳、銅、硼元素，提高了淬透性，改善了斷口和鋼的低溫韌性，從而提高了低溫抗彈性能，其工藝性能與601鋼基本相當(dāng)。623鋼為617廠第二代厚截面鑄造裝甲鋼，取代了601鋼用于69和88式坦克炮塔的生產(chǎn)，至今仍在服役。

回首往事總結(jié)經(jīng)驗

無鎳裝甲鋼可以說是中國坦克工業(yè)科研人員首創(chuàng)，但是其可以追溯到上世紀(jì)30年代興起的稀土冶金技術(shù)。在鋼中添加稀土元素其實是和添加鎳是同時期興起的技術(shù)，后者可以有效的提高鋼的淬透性；而稀土元素包括若干種，有些元素可以提高淬透性，但會使合金出現(xiàn)其他性能降低的趨勢，得再添加其他稀土元素來約束合金性能變壞的趨勢，也就是說得同時添加多種一定比例的稀土元素才能提高淬透性而不使合金的其他性能變壞。然而多種元素對合金組織的作用是一個精確又復(fù)雜的過程，需要極其苛刻的冶煉條件。冶煉條件稍有變化，稀土合金鋼的性能將急劇惡化，廢品率極高，在厚板均質(zhì)裝甲的生產(chǎn)上，這個問題尤為突出。正是因為這一個原因，大部分國家都選擇了鎳合金鋼，而我國在當(dāng)時鎳金屬極度匱乏的情況下，不得已選擇了稀土合金鋼。

當(dāng)然稀土合金鋼也不是一無是處，鎳鋼由于加入了大量的鎳(占合金質(zhì)量的6％強(qiáng))在合金進(jìn)行冷熱加工時，很容易造成鎳元素的偏析，使得裝甲鋼的性能下降；而稀土元素則不存在這一問題，每種元素占合金質(zhì)量的百分比都很小，基本不會發(fā)生某一元素的偏析問題，從而在冷熱加工時不會影響到裝甲鋼的性能。

從上世紀(jì)60年代到上世紀(jì)80年代的短短二十年，第二、第三代坦克相繼服役，與第一代坦克相比，第二、第三代坦克開始使用質(zhì)量更輕，防護(hù)能力更強(qiáng)的復(fù)合裝甲來代替厚板均質(zhì)裝甲作為坦克的主要防護(hù)材料，僅僅使用厚度較薄的裝甲板來焊接坦克底盤和炮塔的殼體。由于不用作為主防護(hù)材料，就不需要過度強(qiáng)調(diào)裝甲板的硬度，只需要保證足夠的韌性即可。這樣，裝甲板中的鎳元素加入量開始降低，從原來的6％降到了3％以下。另外坦克殼體不再由厚板焊接，裝甲鋼的使用量減小許多，生產(chǎn)一輛坦克的鎳使用量也就降低了很多，原先困擾我國坦克工業(yè)的鎳金屬不足的矛盾就變得不那么突出了。因此在進(jìn)入上世紀(jì)80年代后，我國坦克科研人員又開始用鎳合金鋼來代替一些性能不足的無鎳稀土合金鋼，目前我國坦克用裝甲鋼形成了鎳鋼和無鎳鋼共存的局面。

59式中型坦克已經(jīng)問世50年整，不管是有意為之，還是迫于無奈，使用無鎳鋼可以說是我國工業(yè)體系處于起步階段的一個縮影。經(jīng)過了50年的發(fā)展，今天我國坦克工業(yè)取得了輝煌的成就，當(dāng)初的“無奈”將不會重現(xiàn)。