无“镍”装甲，堪用乎？

李　烁　刘顺发

研制背景

1959年10月1日，中国自己生产的59式中型坦克首次通过天安门广场，参加了国庆十周年阅兵。从此中国的坦克工业进入了一个新的时代，然而这只是中国坦克工业迈出的第一步，仅仅解决了坦克的有无问题，之后所面临的主要矛盾是品种和数量不能满足部队装备需要的问题，其中最突出的是我国没有适合自身特点、自主研发的装甲钢。

自从1888年英国Messis Vickers公司生产出全钢装甲板以来，装甲钢板的应用经过了70余年的发展，仍然是坦克上最基本的防护材料，约占整车质量的40％到50％，对于坦克的防护起着决定性的作用。初期的装甲钢面世时，其化学成分、制造工艺和抗弹性能均被视作高度机密。随着装甲钢在战场上的广泛应用和材料工艺技术的发展，其化学成分及机械性能已经众所周知。早期装甲钢通过控制碳的含量，提高装甲的硬度来提高装甲钢的抗弹性能。然而钢中碳含量的提高会导致脆性的急剧提高，于是，人们想到了用渗碳的办法来解决这个问题，用长达数星期的渗碳工艺来制造表面硬度高，而底层韧性好的钢装甲。随着反装甲武器打击能量的增加，这种硬度和韧性不均匀的传统装甲钢不再能满足需要，必须寻求一种高硬度、有韧性；同时硬度和韧性分布均匀的装甲钢。

上世纪40年代，科研人员通过研究发现，全马氏体组织的装甲钢可以达到满足人们对新型装甲钢的需要。获得全马氏体组织的装甲钢就必须要求装甲钢有良好的淬透性。经过研究，在钢中加入5％左右的镍元素可以有效的提高装甲钢的淬透性。进入50年代后，镍合金装甲钢在世界范围内得到普及，几乎所有国家的坦克都使用镍合金装甲钢，59式中型坦克的母型——苏联T-54A型坦克也不例外。T-54A坦克的零件制造主要应用镍、铬、钼系统合金钢。特别是装甲钢的镍含量相当高，一辆T-54A坦克的用镍量达770千克，其中铸造装甲钢占50％，轧制装甲板占30％，结构钢和奥氏体焊条芯占20％。

根据中苏达成的协议，最初生产59式坦克所用的镍合金装甲钢皆为苏联进口，然后在中国具有冶炼镍合金装甲钢的技术后，装甲钢转为国内提供。由于当时我国探明的镍矿资源很少，所以即使是中国具有了冶炼镍合金装甲钢的技术后，所需的金属镍也得通过苏联进口。每生产一辆59式中型坦克需要大约一吨左右的金属镍，在上世纪60年代，国民经济非常困难的时期，花费巨资去进口大量的镍显然是不切合实际的。中苏关系的恶化又使这唯一进口镍的渠道也被掐断了。坦克工业面临着停产的困境。因此，研究适合中国矿产资源情况的无镍新钢种，成为当时坦克工业亟待解决的任务。为此国防科委、五机部等机关多次发文或口头指示，要求617厂和有关单位大力协同开展无镍装甲钢的研究工作，逐步形成中国的装甲钢系列，以满足坦克工业和国防建设的需要。

自力更生艰苦奋斗

在国防科委第五专业组、装甲兵、冶金部和三机部的直接组织领导下，617厂、钢铁研究院、鞍山钢铁公司、大冶钢厂、616厂、52研究所和装甲兵科学技术研究院等单位投入了大量人力物力，开展对无镍装甲钢和结构钢的研制工作。1958年到1960年期间，我国陆续收集到一些装甲材料的资料。1958年，617厂副总冶金师韩雪海两次以观察员身份去波兰参加八国经济互助组织召集的坦克装甲钢专家会议，了解到一些国家装甲钢生产和研究情况。同时，617厂副总工程师魏兆融与北京钢铁研究院合作，在钢院用高频炉冶炼了5种美国成分的铸钢试样，并做了性能对比试验。大家知道，只要装甲钢的淬透性达到了一定的程度，就可能获得全马氏体组织的装甲钢，因此寻找全新的提高装甲钢淬透性的途径就成为研制无镍装甲钢的关键。

上世纪50年代，由于合金资源的匮乏，国外为了节约合金和回收废钢，开展了低合金含量和多元素装甲钢的研究，前者是使用更少的镍来提高钢的淬透性，后者则是研究用多种金属元素复合的办法来提高钢的淬透性。美国出现了“国家紧急状态用钢标准”；苏联则出现了复合合金化理论，即主张在装甲钢中加入微量合金元素如：铀、钨、稀土等，以改善装甲钢的某些性能。1960年4月，当时的冶金科副科长张锐生提出了一个以铬、锰、钼为基础加入稀土元素的无镍厚截面铸造装甲钢成分，在与韩雪海、科长沈其邵等同志进行研究后，对几个元素含量稍加修改后，确定了新钢种成分，并定名为“601号钢”，取“六十年代第一个新钢种之意”。技术方案得到了617厂领导和驻厂军代表的支持，于4月9号用碱性电炉试炼了第一炉601号钢，以考核新钢种的工艺性、抗弹性，及摸索加入稀土硅铁的技术问题。4月24日对浇铸的钢板进行打靶试验，人们满怀希望，当发射第一发炮弹的轰鸣声还没有完全消失，参加实验的人员就迫不及待的从掩体奔向靶位。当大家看清靶板上的弹坑是一个合格的损伤，其抗弹性能和含镍的苏联装甲钢相近时，在场人员无不感到欢欣鼓舞。初战告捷，第二天又改在平炉上试炼第一炉601钢，鉴于平炉冶炼浇铸炮塔在技术上的难度较大，专门开会针对冶炼过程中的去磷问题，后期脱氧和稀土硅加入的问题进行讨论研究，采取严密措施，精心地操作，第一炉平炉601钢炮塔浇铸成功。经过射击试验，抗弹性能达到射击要求。同年5、6月间又冶炼了4炉，性能达到稳定状态。

至此，中国自行研制的第一种无镍装甲钢终于研制成功。601钢的问世，使得59式坦克炮塔、炮框、防盾等铸造装甲钢无镍化。但装甲防护还有车体等装甲件，T-54A车体等重要装甲零件是用含镍量也很高的52C、42CM、49C钢制造的。要形成我国自己的无镍装甲体系，轧制装甲板的无镍化也是不可缺少的。

在60 1钢研制工作取得的初步经验的基础上，科研部门又相继开展了603无镍装甲钢板，604、605、606、607结构钢的研制工作，并向有关部门推荐了601钢相近的钢种成份，1961年经北京钢铁研究院、鞍钢、52研究所讨论同意定名603钢，并试炼获得成功。1961年5月到1962年11月小批试制，证明603钢与苏联的52C、42CM、49C等钢相比，强度、韧性、常温抗弹性能相当，低温抗弹性能可满足零下25℃使用要求。工艺性能良好，资源立足国内，适合大批量生产，1963年3月经国务院军工产品定型委员会批准定型。自此，59式坦克的装甲材料，建立了以铬、锰、钼、稀土为主要元素的合金钢体系。

经过两年半左右的研究试验和小批量生产，601钢共冶炼198炉，浇铸合格炮塔110个；603号钢共冶炼8炉，轧制钢板700余吨。经过无镍

新钢种定型委员会鉴定，证明601装甲钢和603轧制装甲钢工艺性能良好，抗弹性能符合技术条件要求，可以代替原苏联标号的装甲钢。1962年12月，国防科委五组在包头召开无镍装甲技术审查和鉴定会议，同意601无镍装甲钢生产定型、603无镍轧制装甲钢种定型。1963年3月，经国务院军工产品定型委员会正式批准定型，国防科委五组于1967年审查鉴定认为604、605、606等无镍结构钢基本满足使用和生产的要求，同意604、605钢定型；606钢可以代替原45镍铬钢生产炮塔座圈；607钢作为技术储备。

无镍新钢种的研制成功，是中国共产党“自力更生”方针的胜利，也是各部门、各单位大力系统的结果。它不仅是坦克工业，也是冶金工业史上的一件大事。这一可喜的成就，为建立具有中国特色的装甲钢系列奠定了基础。对中国进一步发展新钢种和稀土元素在钢中的推广应用提供了极其宝贵的经验，对国防建设和国民经济建设均具有重要的历史意义和战略意义。

延伸扩展建立体系

为了进一步扩大无镍铬钢的研制工作，1966年10月在北京召开了无镍铬装甲钢规划会议。会议提出了用于装甲底盘的无镍铬厚装甲板(代号610、611)，中厚装甲板(代号612)和薄装甲板(615、616)等研制项目，并由钢铁研究院、鞍钢、武钢、上钢三厂、装甲兵科研院、52研究所、617厂、618厂和256厂分别组成项目组进行研制，于1970年和1971年先后设计定型。上世纪70年代后，随着复合装甲概念的兴起，单一的厚板轧制装甲钢已经失去了优势，故最后无镍装甲板仅有616薄板投入了使用，而610、611、612等中厚板作为技术储备。

与此同时，截止至七十年代初，601钢已生产了近十年，因当时炮塔复合装甲技术并不成熟导致其淬透性和低温韧性较差的弱点，给炮塔生产和验收带来一定的困难，617厂决定再研制一个厚截面铸造装甲钢，要求它既能在战时合金来源困难时可利用工厂含镍废钢坚持生产，又能满足低温抗弹性能的要求。当时的科技处中央试验室装甲研究组和一分厂的技术人员按照严格的科研程序，经过钢种研究试验、生产试制和小批量生产考核，取得了成功。1975年4月装甲兵军工产品定型委员会批准定型，并投入批量生产，取名为623钢。623钢合金成份合理，与601钢相比减少了一半的钼，加入了少量的镍、铜、硼元素，提高了淬透性，改善了断口和钢的低温韧性，从而提高了低温抗弹性能，其工艺性能与601钢基本相当。623钢为617厂第二代厚截面铸造装甲钢，取代了601钢用于69和88式坦克炮塔的生产，至今仍在服役。

回首往事总结经验

无镍装甲钢可以说是中国坦克工业科研人员首创，但是其可以追溯到上世纪30年代兴起的稀土冶金技术。在钢中添加稀土元素其实是和添加镍是同时期兴起的技术，后者可以有效的提高钢的淬透性；而稀土元素包括若干种，有些元素可以提高淬透性，但会使合金出现其他性能降低的趋势，得再添加其他稀土元素来约束合金性能变坏的趋势，也就是说得同时添加多种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变坏。然而多种元素对合金组织的作用是一个精确又复杂的过程，需要极其苛刻的冶炼条件。冶炼条件稍有变化，稀土合金钢的性能将急剧恶化，废品率极高，在厚板均质装甲的生产上，这个问题尤为突出。正是因为这一个原因，大部分国家都选择了镍合金钢，而我国在当时镍金属极度匮乏的情况下，不得已选择了稀土合金钢。

当然稀土合金钢也不是一无是处，镍钢由于加入了大量的镍(占合金质量的6％强)在合金进行冷热加工时，很容易造成镍元素的偏析，使得装甲钢的性能下降；而稀土元素则不存在这一问题，每种元素占合金质量的百分比都很小，基本不会发生某一元素的偏析问题，从而在冷热加工时不会影响到装甲钢的性能。

从上世纪60年代到上世纪80年代的短短二十年，第二、第三代坦克相继服役，与第一代坦克相比，第二、第三代坦克开始使用质量更轻，防护能力更强的复合装甲来代替厚板均质装甲作为坦克的主要防护材料，仅仅使用厚度较薄的装甲板来焊接坦克底盘和炮塔的壳体。由于不用作为主防护材料，就不需要过度强调装甲板的硬度，只需要保证足够的韧性即可。这样，装甲板中的镍元素加入量开始降低，从原来的6％降到了3％以下。另外坦克壳体不再由厚板焊接，装甲钢的使用量减小许多，生产一辆坦克的镍使用量也就降低了很多，原先困扰我国坦克工业的镍金属不足的矛盾就变得不那么突出了。因此在进入上世纪80年代后，我国坦克科研人员又开始用镍合金钢来代替一些性能不足的无镍稀土合金钢，目前我国坦克用装甲钢形成了镍钢和无镍钢共存的局面。

59式中型坦克已经问世50年整，不管是有意为之，还是迫于无奈，使用无镍钢可以说是我国工业体系处于起步阶段的一个缩影。经过了50年的发展，今天我国坦克工业取得了辉煌的成就，当初的“无奈”将不会重现。