NPG 3-47 美国穿甲弹

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NPG 3-47 美国穿甲弹

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本文翻译自美国海军的官方报告。

由于原始文件内容较多，故本贴中不会全部翻译，有意者可自行查阅帖后附带的原件。

黑色字体部分为原文内容的节译，红色字体部分为我添加的注释。

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引言

对于穿甲弹而言，被帽硬度和弹体头部硬度与其破坏表面硬化装甲的能力息息相关。高硬度的被帽首先会在装甲表面造成破坏，而在被帽破碎之后，后续的弹体则能够在被帽所创造的基础上进一步加深对装甲的破坏。然而硬度并不是衡量炮弹性能的唯一指标，高硬度的弹头固然能够达到破坏装甲的目的，然而弹体的韧性也同样重要，强韧的材料有助于吸收穿甲时产生的冲击力，以降低弹体发生碎裂的可能。通过炮弹的硬度分布图，可以很好的了解硬化区域的硬度变化线。

我们在海军验收场，测试过被帽硬度超过600BHN的穿甲弹，并且基于这项测试，我国的炮弹制造商们对6英寸和8英寸穿甲弹进行了改进，为其配备了硬度达到680BHN的的被帽。相比之下，我国老款的6英寸和8英寸穿甲弹的被帽硬度是550BHN。与老款炮弹相比，新款炮弹对抗表面硬化装甲的能力得到了明显加强。

海军验收场多年来一直建议，在穿甲弹和半穿甲弹上，采用更大硬度的弹头和硬化范围更深的弹体。我们认为被帽的硬度应该是越大越好，而弹体的硬度则应控制在能够提供最大的抗扭曲强度的范围内。

注释：本文中所说的弹体，都是指穿甲体本身，即去掉了风帽、被帽、装药、引信、弹底栓等部分后的那个钢制本体。

炮弹设计

各型穿甲弹的结构图：

以下四款炮弹中，14英寸穿甲弹是老舰使用的炮弹，其弹重系数属于标准弹的范畴；而其他几款炮弹则都是新舰使用的炮弹，其弹重系数都属于超重弹的范畴。



各型穿甲弹的设计指标：

炮弹型号	炮弹直径	炮弹长度	炮弹重量	弹体长度	弹体重量	被帽长度	被帽重量	被帽重量系数	风帽长度	风帽重量系数	装填系数
8英寸Mark 21 Mod 5型穿甲弹	8英寸	36英寸	335磅	23.2英寸	245磅	5.1英寸	58磅	17.3%	9.9英寸	1.3%	1.5%
12英寸Mark 18 Mod 1型穿甲弹	12英寸	54英寸	1140磅	37.7英寸	925磅	5.5英寸	124磅	10.9%	15.1英寸	1.2%	1.5%
14英寸Mark 16 Mod 8型穿甲弹	14英寸	56英寸	1500磅	36.5英寸	1203磅	6.0英寸	153磅	10.2%	23.7英寸	2.3%	1.5%
16英寸Mark 8 Mod 6型穿甲弹	16英寸	72英寸	2700磅	49.8英寸	2191磅	6.8英寸	312磅	11.6%	19.65英寸	1.2%	1.5%

8英寸穿甲弹的被帽重量，要高于其他几款炮弹。14英寸穿甲弹的弹体长度为4倍经，而其他几款炮弹的弹体长度均为4.5倍经。14英寸穿甲弹的风帽安装位置较为靠后，因此其风帽的长度和重量都要大于其他几款炮弹。

注释：根据Ordnance Pamphlet 2215，8英寸Mark 21 Mod 5、12英寸Mark 18 Mod 1、以及14英寸Mark 16 Mod 8分别是各自系列中的最终型号的穿甲弹，而16英寸Mark 8 Mod 6则不是，该系列的最终型号是16英寸Mark 8 Mod 8，后者的被帽重量更大、硬度更高、形状也更钝。

化学成分

各型穿甲弹的化学成分：

弹体部分	碳	硅	硫	磷	锰	镍	铬	钼	铜
8英寸Mark 21 Mod 5型穿甲弹	0.64%	0.43%	0.018%	0.018%	0.38%	3.38%	2.22%	0.08%	0.09%
12英寸Mark 18 Mod 1型穿甲弹	0.59%	0.37%	0.015%	0.023%	0.38%	3.20%	2.16%	0.08%	0.10%
14英寸Mark 16 Mod 8型穿甲弹	0.58%	0.43%	0.015%	0.022%	0.41%	3.00%	2.22%	0.06%	0.11%
16英寸Mark 8 Mod 6型穿甲弹	0.60%	0.26%	0.017%	0.025%	0.34%	3.33%	2.30%	0.09%	0.10%

被帽部分	碳	硅	硫	磷	锰	镍	铬	钼	铜
8英寸Mark 21 Mod 5型穿甲弹	0.81%	0.27%	0.022%	0.021%	0.80%	1.65%	0.96%	0.33%	0.15%
12英寸Mark 18 Mod 1型穿甲弹	0.60%	0.31%	0.014%	0.023%	0.39%	3.15%	2.23%	0.08%	0.09%
14英寸Mark 16 Mod 8型穿甲弹	0.60%	0.43%	0.020%	0.023%	0.46%	3.05%	2.21%	0.06%	0.14%
16英寸Mark 8 Mod 6型穿甲弹	0.60%	0.39%	0.018%	0.031%	0.35%	3.60%	2.49%	0.06%	0.10%

8英寸Mark 21 Mod 5的被帽是用一种高碳镍铬钼合金钢制成的，其他3种炮弹的被帽以及所有4种炮弹的弹体都是用相同类型的镍铬合金钢制成的。

热处理工序

根据炮弹制造商的资料，8英寸Mark 21 Mod 5型穿甲弹的弹体部分，是采用渐减式硬化处理的。在完成钢材调制后，首先需将炮弹以头部朝下的姿态浸入1650℉的液态铅中，随后用水对其进行淬火，最后再在475℉下进行退火处理。该弹的被帽部分的硬化处理方式，与弹体部分是大同小异的，区别在于退火处理的温度是325℉。

16英寸Mark 8 Mod 6型穿甲弹的硬化处理方式，也是大同小异的，区别在于被帽的退火处理的温度是450℉。

验收场所保存的资料显示，12英寸和14英寸穿甲弹的硬化处理方式，与16英寸穿甲弹是基本相同的。

冲击测试

冲击测试，是以炮弹的弹底部分来进行测试的。

8英寸穿甲弹的冲击测试结果：

测试温度	100℃	50℃	0℃	-50℃	-78℃
冲击力（英尺磅）	55	57	45	26	17
破损程度	纤维级	纤维级	纤维级	50%颗粒级	100%颗粒级

12英寸穿甲弹的冲击测试结果：

测试温度	100℃	50℃	0℃	-50℃	-78℃
冲击力（英尺磅）	45	48	48	24	20
破损程度	纤维级	纤维级	纤维级	80%颗粒级	100%颗粒级

14英寸穿甲弹的冲击测试结果：

测试温度	100℃	50℃	0℃	-50℃	-78℃
冲击力（英尺磅）	69	57	47	21	17
破损程度	纤维级	纤维级	10%颗粒级	100%颗粒级	100%颗粒级

16英寸穿甲弹的冲击测试结果：

测试温度	100℃	50℃	0℃	-50℃	-78℃
冲击力（英尺磅）	65	58	56	39	20
破损程度	纤维级	纤维级	纤维级	40%颗粒级	100%颗粒级

这几款炮弹的冲击测试结果是大同小异的。

硬度测试

除8英寸Mark 21 Mod 5的被帽之外，其他3种炮弹的被帽以及所有4种炮弹的弹体的硬度分布数据都是大致相当的。

8英寸Mark 21 Mod 5的维式硬度（HV）分布情况：



8英寸Mark 21 Mod 5的布氏硬度（BHN）分布情况：

可以看到，这款炮弹的被帽最大硬度为683BHN，弹体最大硬度为555BHN。



12英寸Mark 18 Mod 1的布氏硬度（BHN）分布情况：

可以看到，这款炮弹的被帽最大硬度为578BHN，弹体最大硬度为578BHN。



14英寸Mark 16 Mod 8的布氏硬度（BHN）分布情况：

可以看到，这款炮弹的被帽最大硬度为578BHN，弹体最大硬度为578BHN。



16英寸Mark 8 Mod 6的布氏硬度（BHN）分布情况：

可以看到，这款炮弹的被帽最大硬度为555BHN，弹体最大硬度为555BHN。



讨论

现有的12英寸、14英寸、16英寸穿甲弹的被帽硬度都相对较低，只有550BHN左右。如引言中所说，在提升了8英寸穿甲弹的被帽硬度之后，这款炮弹的穿甲能力得到了强化。因此如果能增加12英寸、14英寸、16英寸穿甲弹的被帽硬度的话，可能会加强其穿甲能力。

更高的弹头和弹体硬度，对穿甲能力是有助益的。相比于在450℉进行退火处理的钢材，在350℉进行退火处理的钢材，不仅拥有更高的硬度，而且还拥有更高的抗拉强度。因此，如果我们将弹体的退火温度，从现有的450-475℉，下调至350℉，其弹道性能可能会得到提升。另外，在350℉进行退火处理的钢材，还会拥有更高的冲击强度。

绝大部分的海军炮弹，无论尺寸大小，其钢材化学成分都是相同的（碳含量0.6%，镍含量3.2%，铬含量2.2%）。单从硬化性能的角度看，若是采用更高的合金成分，或许能让大口径炮弹（12英寸、14英寸、16英寸）的性能得到进一步提高。

原始报告

akagizuo

看来美日殊途同归，O-19里面日本穿甲弹改进方式也是更硬的被帽，形式上也越来越钝/平

seven_nana

akagizuo 发表于 2014-9-30 09:36
看来美日殊途同归，O-19里面日本穿甲弹改进方式也是更硬的被帽，形式上也越来越钝/平 ...

是的，美日海军的最新型穿甲弹，穿甲体的形状明显比英德更钝，理论上来说更有利于对抗倾斜装甲。