Автор статьи: Владислав Горбатенко, менеджер по развитию новых продуктов ООО «МЕТИНВЕСТ ХОЛДИНГ», кандидат технических наук
В связи с боевыми действиями на территории Украины резко возросла потребность в средствах индивидуальной бронезащиты (СИБЗ), и прежде всего – в бронежилетах. Многие предприятия, волонтерские организации и просто инициативные группы граждан стараются помочь в сокращении дефицита амуниции путем ее поставки из-за рубежа, а также наладки локального производства. При этом у тех, кто раньше никогда не сталкивался с подобной продукцией, часто возникают вопросы о том, какие конкретно материалы/ толщины/ свойства необходимы для такого применения. Ведь от качества и правильного выбора бронежилета напрямую зависит жизнь наших защитников.
В данной статье я собрал наиболее часто возникающие вопросы и постарался дать максимально конкретные ответы (в пределах тех знаний, которыми обладаю на текущий момент) относительно применения стали в изготовлении бронепластин. Надеюсь, это поможет коллегам сделать правильный выбор и обеспечить необходимую стойкость СИБЗ.
Классы защиты СИБЗ определяют их стойкость против того или иного внешнего воздействия. Одни классы защищают только от колюще-режущих предметов, вторые – от пистолетных патронов, третьи – от автоматического оружия различного калибра. В мире существует огромное множество стандартов на эти средства бронезащиты (NIJ Standard 0101.04, EN 1522, STANAG 4569 и пр.) со своими требованиями к уровням защиты, что вносит определенную путаницу при выборе. Тем не менее, в каждом из них четко указаны условия испытаний, подтверждающих соответствие тому или иному классу.
К примеру, стандарт ДСТУ 8782:2018, который является одним из ключевых в Украине по данному направлению, оговаривает следующие шесть классов защиты с соответствующими требованиями к их пулестойкости (см. таблицу). Как видно из представленных данных, для каждого класса строго определены калибры и виды испытательных патронов, масса и скорость пули, дистанция обстрела. Нарушение какого-либо из указанных параметров недопустимо, результаты отстрела по измененным режимам не являются доказательством соответствия продукции стандарту.
В зависимости от того, какой класс защиты требуется, выбирается материал для изготовления броневых элементов. И сталь - далеко не единственный вариант.
Например, для изготовления мягких бронежилетов скрытого ношения она вообще непригодна – здесь нужны номекс, кевлар и другие высокопрочные многослойные ткани на основе арамидных волокон. Они действительно практически незаметны под одеждой, достаточно комфортны, но при этом обладают ограниченной баллистической защитой.
В бронежилетах наружного ношения подобные мягкие материалы также используются в составе многокомпонентной защиты с целью удержания осколков и смягчения ударов. Но основным «рабочим элементом» такой экипировки является бронепластина, которая может изготавливаться из:
Каждый из указанных видов материалов имеет свои преимущества, недостатки и баллистические свойства. Выбор конкретного варианта следует делать, исходя из требований к бронежилету, а также возможности локального производства и обслуживания/ замены бронепластин.
Максимально допустимая толщина стальных элементов бронезащиты – 8 мм.
Данный предел обусловлен, с одной стороны, массой металлической пластины, повышенной усталостью и потерей мобильности при перемещениях.
С другой стороны, при использовании пластин большей толщины, даже при их непробитии пулей, резко возрастает риск тяжелой запреградной травмы – от переломов и разрыва внутренних органов до летальных случаев.
Ключевое требование к материалу бронепластины – способность выдерживать воздействие боеприпасов определенного вида без пробития и поражения человека. Среди сталей такую баллистическую стойкость обеспечивают высокопрочные низколегированные и легированные марки. А вот конкретный уровень свойств уже зависит от класса защиты бронепластины, химического состава и параметров обработки сплава.
Для примера возьмем 4 класс защиты по ДСТУ 8782. Как показала практика, эффективную защиту в оговоренных выше толщинах обеспечивают стали, в составе которых, помимо углерода (0,27-0,45%), присутствуют добавки хрома, марганца, никеля, молибдена, бора и других легирующих элементов. Такие стали обязательно подвергаются термической обработке, которая обеспечивает получение высокого комплекса прочностных свойств (предел текучести не менее 1000 МПа, временное сопротивление - вплоть до 2000 МПа и более) и высокой твердости – не менее НВ 470.
При этом материал должен иметь достаточную пластичность и ударную вязкость для сопротивления развитию хрупких трещин. Относительное удлинение после термообработки должно быть не меньше 7-10%, а работа удара – не менее 10 Дж.
Бронепластина должна быть сплошной и однородной по структуре и свойствам, без сварных швов и концентраторов напряжения.
Режимы термической обработки зависят от химического состава стали и требуемого комплекса механических свойств.
Основное состояние поставки стального листа для изготовления пластин 4 класса защиты по ДСТУ 8782, а также готовых стальных бронеэлементов – после закалки и низкого отпуска. Бывают и исключения: отдельные марки (например, Armox Advance от компании SSAB) поставляются в закаленном состоянии без отпуска, а некоторые другие после закалки подвергаются среднему отпуску при более высоких температурах.
После выполнения упрочняющей термической обработки пластины запрещено подвергать какому-либо высокотемпературному воздействию, поскольку оно может привести к полной или частичной потере эксплуатационных свойств.
Такие материалы следует разделить на две группы.
Первую представляют стальные листы, уже обладающие требуемым комплексом механических характеристик. Такой прокат разрезают и подвергают гибке, придавая необходимые размеры и форму пластины, после чего они уже готовы к использованию. Среди подобных сталей в первую очередь стоит выделить баллистические марки от ведущих мировых производителей:
К этой же группе можно отнести и различные промышленные износостойкие стали, которые также поставляются в закаленном состоянии и обладают близким химическим составом и уровнем свойств (к примеру, некоторые марки из группы Hardox от компании SSAB).
Вторую группу представляют стали, которые поставляются в горячекатаном состоянии и подлежат упрочнению путем термической обработки (закалка с отпуском) на этапе изготовления пластин. Свою эффективность среди таких материалов показали низколегированные марки:
Еще раз обращаю внимание на то, что пластины из всех вышеназванных материалов подлежат оценке баллистической стойкости путем отстрела по методике, оговоренной соответствующим стандартом.
Такие стали не имеют необходимого комплекса свойств и не смогут сопротивляться воздействию пули в толщинах до 8 мм включительно. Они пластичны и малопрочны.
В свое время австралийские специалисты выполнили эксперимент для оценки возможности проникновения пули 7,62х51 через листовой прокат различных толщин в диапазоне от 10 до 32 мм, который был изготовлен из стали с пределом текучести не менее 350 МПа (аналог S355 и в определенной степени – 09Г2С). Испытания показали 100% пробития всех толщин вплоть до 16 мм и 40% пробития 20-миллиметрового листа. На марках с меньшими прочностными свойствами ситуация, соответственно, еще хуже.
Термическая обработка таких сталей также ничего существенно не изменит – в них попросту нет легирующих элементов в содержании, достаточном для придания необходимого комплекса свойств.
Сталь 65Г с советских времен считается каким-то «универсальным решением»: она была в каждом гараже, а умелым подбором режимов термической обработки можно было достичь сочетания свойств в достаточно широком диапазоне. Именно поэтому в течение долгого периода времени представители различных отраслей вместо использования значительно более эффективных решений останавливали свой выбор на том, что есть «в закромах родины». Тем не менее, не стоит забывать о том, что основное целевое применение этой рессорно-пружинной марки – собственно изготовление упругих элементов (рессор, пружин, шайб) и других деталей и инструментов, работающих без значительных ударных нагрузок.
В соответствии с ГОСТ 14959/ ДСТУ 8429 оптимальный комплекс свойств марка 65Г приобретает после закалки и отпуска при 470-480°С. При этом ее предел текучести находится на уровне 785-1000 Н/мм2, временное сопротивление – не менее 980 Н/мм2, относительное удлинение – от 7%. Как видно из данных показателей, для использования в качестве пластин для бронежилетов 4 класса прочность стали после такой термообработки является недостаточной, а пластичность уже находится на пределе допустимого. Если вместо указанных режимов выполнить закалку с низким отпуском, марка 65Г достигнет более высокого уровня прочности и твердости, но станет очень хрупкой ввиду окончательной потери пластичности, что также не обеспечит требуемый уровень пулестойкости.
Отдельно хочу прокомментировать видеоролики о производстве пластин для бронежилетов путем сварки бывших в употреблении рессор из стали 65Г, которые активно продвигают разные «кулибины» в интернете. Помимо вышеуказанных особенностей механических характеристик этой марки, данные «поделки» обладают непредсказуемыми свойствами в зонах сварных швов и зонах термического влияния, что превращает пластину не в элемент средства защиты, а тяжелый металлолом, опасный для жизни его носящего.
Будьте ответственны при изготовлении средств индивидуальной бронезащиты! Применяйте только подходящие материалы и проверяйте качество готовых пластин в соответствии с требованиями стандартов. Помните, что от надежности вашей продукции зависят жизни наших защитников!
Мы рады, что вы заинтересовались информацией из нашего блога. И даем согласие на использование материалов для учебных целей или для личного пользования. Однако предупреждаем, что копирование информации для публичного распространения – это нарушения авторского права и других прав интеллектуальной собственности, согласно Бернской конвенции и Закона Украины об авторском праве №3792-XII.
