Автор статті: Владислав Горбатенко, менеджер з розвитку нових продуктів ООО «МЕТІНВЕСТ ХОЛДИНГ», кандидат технічних наук
У зв'язку з бойовими діями на території України різко зросла потреба у засобах індивідуального бронезахисту (ЗІБЗ), і насамперед – у бронежилетах. Багато підприємств, волонтерські організації та просто ініціативні групи громадян намагаються допомогти у скороченні дефіциту амуніції шляхом її постачання з-за кордону, а також налагодження локального виробництва. При цьому в тих, хто раніше ніколи не стикався з подібною продукцією, часто виникають питання про те, які матеріали/товщини/ властивості необхідні для такого застосування. Адже від якості та правильного вибору бронежилета безпосередньо залежить життя наших захисників.
У цій статті я зібрав питання, що найчастіше виникають, і постарався дати максимально конкретні відповіді (у межах тих знань, якими володію на поточний момент) щодо застосування сталі у виготовленні бронепластин. Сподіваюся, це допоможе колегам зробити правильний вибір та забезпечити необхідну стійкість ЗІБЗ.
Класи захисту ЗІБЗ визначають їх стійкість проти тієї чи іншої зовнішньої дії. Одні класи захищають тільки від колюче-ріжучих предметів, другі від пістолетних патронів, треті від автоматичної зброї різного калібру. У світі існує безліч стандартів на ці засоби бронезахисту (NIJ Standard 0101.04, EN 1522, STANAG 4569 та ін.) зі своїми вимогами до рівнів захисту, що вносить певну плутанину при виборі. Проте, у кожному з них чітко зазначені умови випробувань, які підтверджують відповідність тому чи іншому класу.
Наприклад, стандарт ДСТУ 8782:2018, який є одним із ключових в Україні за цим напрямом, обумовлює наступні шість класів захисту з відповідними вимогами до їхньої кулестійкості (див. таблицю). Як видно з представлених даних, для кожного класу суворо визначені калібри та види випробувальних патронів, маса та швидкість кулі, дистанція обстрілу. Порушення якогось із зазначених параметрів неприпустиме, результати відстрілу за зміненими режимами не є доказом відповідності продукції стандарту.
Залежно від того, який клас захисту потрібний, обирається матеріал для виготовлення броньових елементів. І сталь – далеко не єдиний варіант.
Наприклад, для виготовлення м'яких бронежилетів прихованого носіння вона взагалі непридатна – тут потрібні номекс, кевлар та інші високоміцні багатошарові тканини з арамідних волокон. Вони дійсно практично непомітні під одягом, досить комфортні, але при цьому мають обмежений балістичний захист.
У бронежилетах зовнішнього носіння подібні м'які матеріали також використовуються у складі багатокомпонентного захисту з метою утримання осколків та пом'якшення ударів. Але основним «робочим елементом» такого екіпірування є бронепластина, яка може виготовлятися з:
Кожен із зазначених видів матеріалів має свої переваги, недоліки та балістичні властивості. Вибір конкретного варіанту слід робити, виходячи з вимог до бронежилету, а також можливості локального виробництва та обслуговування/заміни бронепластин.
Максимально допустима товщина сталевих елементів бронезахисту – 8 мм.
Ця межа обумовлена, з одного боку, масою металевої пластини, підвищеною втомою та втратою мобільності при переміщеннях.
З іншого боку, при використанні пластин більшої товщини, навіть при їх непробитті кулею, різко зростає ризик важкої заборонної травми – від переломів і розриву внутрішніх органів до летальних випадків.
Ключова вимога до матеріалу бронепластини – здатність витримувати дію боєприпасів певного виду без пробиття та поразки людини. Серед сталей таку балістичну стійкість забезпечують високоміцні низьколеговані та леговані марки. А ось конкретний рівень властивостей вже залежить від класу захисту бронепластини, хімічного складу та параметрів обробки металу.
Для прикладу візьмемо 4 клас захисту ДСТУ 8782. Як показала практика, ефективний захист в обумовлених вище товщинах забезпечують сталі, у складі яких, крім вуглецю (0,27-0,45%), присутні добавки хрому, марганцю, нікелю, молібдену, бору та інших легуючих елементів. Такі сталі обов'язково піддаються термічній обробці, що забезпечує отримання високого комплексу властивостей міцності (межа плинності не менше 1000 МПа, тимчасовий опір – аж до 2000 МПа і більше) і високої твердості – не менше НВ 470.
При цьому матеріал повинен мати достатню пластичність та ударну в'язкість для опору розвитку крихких тріщин. Відносне подовження після термообробки має бути не менше 7-10%, а робота удару – не менше ніж 10 Дж.
Бронепластина має бути суцільною та однорідною за структурою та властивостями, без зварних швів та концентраторів напруги.
Режими термічної обробки залежать від хімічного складу сталі та необхідного комплексу механічних властивостей.
Основний стан поставки сталевого листа для виготовлення пластин 4 класу захисту ДСТУ 8782, а також готових сталевих бронеелементів – після гартування та низького відпуску. Бувають і винятки: окремі марки (наприклад, Armox Advance від компанії SSAB) поставляються в загартованому стані без відпуску, а деякі інші після гартування піддаються середньому відпуску при вищих температурах.
Після виконання зміцнюючої термічної обробки пластини заборонено піддавати будь-якому високотемпературному впливу, оскільки він може призвести до повної або часткової втрати експлуатаційних властивостей.
Такі матеріали слід розділити на дві групи.
Першу представляють сталеві листи, що вже мають необхідний комплекс механічних характеристик. Такий прокат розрізають і піддають згинанню, надаючи необхідні розміри та форму пластини, після чого вони вже готові до використання. Серед подібних сталей насамперед варто виділити балістичні марки від провідних світових виробників:
До цієї ж групи можна віднести і різні промислові зносостійкі сталі, які також поставляються в загартованому стані і мають близький хімічний склад і рівень властивостей (наприклад, деякі марки з групи Hardox від компанії SSAB).
Другу групу представляють сталі, які постачаються в гарячекатаному стані та підлягають зміцненню шляхом термічної обробки (загартування з відпустком) на етапі виготовлення пластин. Свою ефективність серед таких матеріалів показали низьколеговані марки:
Ще раз звертаю увагу на те, що пластини зі всіх вищезгаданих матеріалів підлягають оцінці балістичної стійкості шляхом відстрілу за методикою, обумовленою відповідним стандартом.
Такі сталі не мають необхідного комплексу властивостей і не зможуть чинити опір впливу кулі в товщинах до 8 мм включно. Вони пластичні та маломіцні.
Свого часу австралійські фахівці виконали експеримент для оцінки можливості проникнення кулі 7,62х51 через листовий прокат різних товщин у діапазоні від 10 до 32 мм, який був виготовлений із сталі з межею плинності не менше 350 МПа (аналог S355 та певною мірою – 09Г2С) . Випробування показали 100% пробиття всіх товщин аж до 16 мм і 40% пробиття 20-міліметрового листа. На марках з меншими властивостями міцності ситуація, відповідно, ще гірша.
Термічна обробка таких сталей також нічого істотно не змінить – у них просто немає легуючих елементів у змісті, достатньому для надання необхідного комплексу властивостей.
Сталь 65Г з радянських часів вважається якимось «універсальним рішенням»: вона була в кожному гаражі, а вмілим підбором режимів термічної обробки можна було досягти поєднання властивостей у широкому діапазоні. Саме тому протягом довгого періоду часу представники різних галузей замість використання значно ефективніших рішень зупиняли свій вибір на тому, що є у «засіках батьківщини». Тим не менш, не варто забувати про те, що основне цільове застосування цієї ресорно-пружинної марки – власне виготовлення пружних елементів (ресор, пружин, шайб) та інших деталей та інструментів, що працюють без значних ударних навантажень.
Відповідно до ГОСТ 14959/ ДСТУ 8429 оптимальний комплекс властивостей марка 65Г набуває після загартування та відпуску при 470-480°С. При цьому її межа плинності становить 785-1000 Н/мм2, тимчасовий опір – не менше 980 Н/мм2, відносне подовження – від 7%. Як видно з даних показників, для використання в якості пластини для бронежилетів 4 класу міцність сталі після такої термообробки є недостатньою, а пластичність вже знаходиться на межі допустимого. Якщо замість зазначених режимів виконати загартування з низьким відпуском, марка 65Г досягне більш високого рівня міцності та твердості, але стане дуже крихкою через остаточну втрату пластичності, що також не забезпечить необхідний рівень кулестійкості.
Окремо хочу прокоментувати відеоролики про виробництво пластин для бронежилетів шляхом зварювання експлуатованих у минулому ресорів зі сталі 65Г, що активно просувають різні «кулібіни» в інтернеті. Крім вищевказаних особливостей механічних характеристик цієї марки, дані «вироби» мають непередбачувані властивості в зонах зварних швів і зонах термічного впливу, що перетворює пластину не в елемент засобу захисту, а важкий металобрухт, небезпечний для життя того, хто його носить.
Будьте відповідальні за виготовлення засобів індивідуального бронезахисту! Застосовуйте лише відповідні матеріали та перевіряйте якість готових пластин відповідно до вимог стандартів. Пам'ятайте, що від надійності вашої продукції залежить життя наших захисників!
Ми раді, що ви зацікавилися інформацією з нашого блогу. І даємо згоду на використання матеріалів для навчальних цілей або особистого користування.
Проте попереджаємо, що копіювання інформації для публічного розповсюдження – це порушення авторського права та інших прав інтелектуальної власності згідно з Бернською конвенцією та Законом України про авторське право №3792-XII.
