High load weapons, gun barrel for the blank, and a method of manufacturing forged steel for weapons equipped with these

本発明は、特に口径範囲２５〜５０ｍｍの機関砲のための砲身ブランクの製造方法に関する。

このような高負荷機関砲のための標準材料は、３０ｍｍ機関砲のために従来よく使用されている鋼３２ ＣｒＭｏＶ １２−１０、すなわちStahl-Eisen-Liste（Verlag Stahleisen, Duesseldorf)に記載の材料番号１．７７６５のような、耐熱性ＣｒＭｏＶ合金熱調質鋼である。 このような材料は、砲身の十分に高い寿命を達成するための、４５０℃までの高い耐熱性（最小５５０Ｎ／ｍｍ ² ）と共に高い降伏点（最小９５０Ｎ／ｍｍ ² ）という要件特徴を満たしている。

性能向上、品質改善、及び安全基準向上という枠内で、材料に対する要件も、そして鍛造ブランクの品質に対する要件も高まっている。 これらの要件は、新しい弾薬コンセプトによるガス圧負荷の上昇、疲労寿命の改善のために砲身内壁を液圧式に拡張することによる残留応力の導入、新しい弾薬の初速の上昇による目標精度に対するより大きな要件、より良好なクロムめっき可能性、及び射撃時のクロム層の耐久性、及び温度範囲−５０℃〜＋８０℃の脆性破壊に対するより高い安全性潜在能力、のような開発の特徴から生じる。

使用される鋼、すなわち鋼種３２ ＣｒＭｏＶ １２−１０は、なるほど新しい３０ｍｍ機関砲に対する強度要件を満たすための十分な潜在能力を有してはいるものの、所要靱性値に関する目標規定値には達していない。 従来の材料のさらに不十分な点は、大気開放式溶融時の純度が僅かであり、また、射撃時に一定の方向に負荷がかかることにより砲身が湾曲する顕著な傾向があることである。

独国特許第101 11 304号明細書から、重砲のための砲身の製造方法が知られている。 種々異なる組成で製造される熱調質鋼が焼き入れられ、そして焼き戻され、続いて穿孔され、次いで仕上げ加工される。 これにより、最大限の直線性が達成され、またこのように完成された砲身は、従来対象とされた砲身と比べて質的に勝っている。 しかしながら周知のように、大口径用ブランクには、中口径ブランクとは別の要件が課せられる。 中口径の武器は、大口径の武器よりも高い連射テンポに曝される。

このような方法に基づいて、本発明は、より高い連射テンポ（カデンツ）を有する中口径範囲の砲身のための製造方法、並びに、新しい要件にも見合う相応の砲身を示すことを課題とする。

この課題は、請求項１、７並びに１０の特徴によって解決される。 有利な構成は従属請求項に示される。

本発明の根底を成す考えは、大口径範囲の砲身に類似するように、砲身材料及びその構成部分に変更を加え、また、大口径砲身からは既に公知であるが、中口径砲身用に特別に適合させた製造方法を提供することである。 中口径のための砲身が、機能上の使用条件として、大口径の場合に知られているよりも高い定常負荷に曝されることを考慮するべきではあるが、さらに考えてゆくと、中口径武器もしくは速射武器のいわゆる第１弾が実地で必要な命中精度をもたらすべきであるという、これらの中口径武器に対する要件もともに生じる。 従って、砲身材料を選択する際には、単発のための武器砲身と同時に高連射テンポ（高カデンツ）のための武器砲身を構成することも考慮しなければならない。 これに対して提案するのは、用いられることになる新しい材料コンセプトを、エレクトロ・スラグ再溶解され、そして懸吊回転式に熱調質されたＮｉＣｒＭｏＶ鋼に基づいて開発することである。 このようなコンセプトはそればかりか、この鋼に、大口径武器に関して知られている鋼種３５ＮｉＣｒＭｏＶ １２−５、材料番号１．６９５９を十分に適応する。 このような鋼は従来、高連射テンポ作業式の機関砲のためには、特に砲身に対する高い耐熱性要件が課せられるため、使用されなかった。

実地において、このような鋼は改変された形態で、高められた熱調質強度と相俟って、所要の耐熱性値に対応することがさらに示された。 同時に、このような新しいＮｉＣｒＭｏＶ鋼は、ベイナイト系ＣｒＭｏＶではなくマルテンサイト系組織であることに基づき、著しく高められた靱性潜在能力を有する。 靱性が高いことにより、−５０℃までの所要安全性要件を満たすことができる。

新しい方法で製造された砲身は、より高い降伏点が達成される（約１０５０Ｎ／ｍｍ ² ）ことによって際立っている。 さらに、砲身は、−５０℃までの十分に高い切欠き衝撃靭性・破壊靱性を有し、そして＋５０℃までの十分に高い耐熱性を有する。 高い純度（Ｋ ₀値、最大約１２）は更なる利点である。 砲身ブランクの製造は、残留応力の付与なしに行われる。 すなわち熱調質は、後続の付与作業なしに行われる。

好ましくは口径範囲２５〜５０ｍｍの機関砲のための砲身ブランクを製造するための方法は、下記組成、すなわち：
０．２５〜０．５０％の炭素 最大０．６％のケイ素 最大１．００％のマンガン 最大０．０１０％のリン 最大０．０１０％の硫黄 １．００〜１．４０％のクロム ２．００〜４．００％のニッケル ０．３０〜０．７０％のモリブデン ０．１０〜０．３０％のバナジウム 最大０．０５％のアルミニウム 及び鉄と通常（不可避）の不純物とから成る残部から成る組成を有することによって際立っており、
ブランクは、再溶解鋼又は大気開放式溶解鋼から高い純度で製造される。

熱調質鋼の次の組成が有利であることが判っている：
０．３０〜０．３５％の炭素 最大０．４０％のケイ素 ０．４〜０．７０％のマンガン 最大０．００５％のリン 最大０．００５％の硫黄 １．００〜１．４０％のクロム ２．５０〜３．３％のニッケル ０．５０〜０．６０％のモリブデン ０．１０〜０．２０％のバナジウム 最大０．０３％のアルミニウム、
及び鉄と通常の不純物とから成る残部。

純度に対する高い要件を保証するために、鋼は有利には、ＥＳＵ法（エレクトロ・スラグ再溶解法（ＥＳＲ：electro-slag remelting）によって鋳造状態で再溶解される。これと結びついた高い組織均質性（より良好な溶離による）は、鉛直浸漬方向の油又は水冷却によって行われる遅延の少ない熱調質の基礎となる。棒として鍛造されたブランクは、このときに、鉛直方向の液体調質によって降伏点＞１０００Ｎ／ｍｍ ²まで焼き戻される。熱調質処理の間、ロッドはそれらの軸を中心として永続的に回転するか、又はそれらの軸を中心として機械的に永続的に回される。機械的処理は、従来の方向性を持った作業なしに行われる。

中口径のための新しい鋼によって、さらに、より良好な自己緊縮法（autofrettage）が可能になる（砲身は５００℃までの耐熱性が高まる）。 これにより、砲身はそれ自体、より良好な残留応力を持つことができ、これにより砲身の圧力吸収能力が高められる。