日本“长门号”战列舰410毫米舰炮制造过程

日本“长门号”战列舰410毫米舰炮制造过程

1920年,日本建成了满载排水量42850吨的长门级战列舰,安装了410毫米口径的国产主炮。这是当时世界上威力最大的军舰主炮。

按炮弹重量、炮口初速、弹着点杀伤力换算,1门410毫米主炮,相当于当时陆军最主要的75毫米野炮190门。

日本长门号战列舰

制造一门战列舰主炮炮管,是一项非常浩大的工程,需要有极强的工业基础和大批拥有熟练技术的专业工人和管理人员。在第一次世界大战前, 超级昂贵的战列舰的数量及其主炮口径的大小,成为衡量一个国家综合国力强弱的象征。

完成一门战列舰主炮的制造,粗略地算来,从铸钢开始,需要几十道工序。

一、高超的钢铁生产技术是基础。

1880年,日本海军引进了先进的坩埚炼钢法。随后为了生产舰炮,1890年,横须贺兵工厂引进了最新的3 吨炼钢平炉,开始生产优质钢材。经过近20年发展,到了1911年,日本已经具备了生产大口径舰炮及炮塔的能力。这些工厂的设备经过改进,可以生产炮管用的100吨高级钢材。同时,日本也掌握了与主炮炮管生产相配套的多种技术,可以生产战列舰的主炮了。

钢坯锻制过程

每根炮管需要浇铸4块钢锭

制造大口径舰炮需要大量的设备。以当时日本国有的室兰制钢所为例,其铸造车间占地面积4791平方米, 有50吨钢炉2 座,25吨钢炉6座,10吨钢炉2座,是当时日本模较大的钢广。在锻造车间里,100吨级水压锻造机是最基础的设备。作为退火炉附属的400吨级水压锻压机,生产炮轴的1000吨级、2000 吨级水压锻压机,650毫米砸边机,450毫米轧钢机才是主力设备。

此外, 这里还有炮管用钢材加热槽、炮管镶嵌塔, 炮管应力调整塔等多种大型设备,都是当时东亚地区技术最先进的设备。

二、粗坯制造

从制造过程上粗略来分,制造1门主炮,可以分成制作粗坯和精细装配两大部分。

最基础的原料就很复杂,包括44吨铁屑,33吨上等钢屑,2吨镍和铬,36吨用来对铁渣进行脱炭、脱氧的石灰石等辅料,总计115吨。它们被送入平炉中加热到1700度,化成钢水后,浇铸成巨大的钢锭。然后这块钢锭会被加热到1300度,进行调质,使钢锭的结晶更均匀,更适合锻造。

钢坯锻制过程

钢坯锻制过程

长门级的410毫米主炮就是由内外两层炮管组成,其中还加入了钢丝进行加固,以抵抗射击时巨大的膛压。每根炮管需要浇铸4块钢锭,以后要分别制成炮口套管、炮尾套管、外层炮管和内层炮管。

把它锻制成圆柱体后,再进行一次退火,以消除冷却时产生的内部应力。

在锻压成型前,要用大型钻孔机的超长钻头把钢锭中心钻掉。

钻好孔的空心圆柱被送入加热炉内,加热到1600度。为了保证它受热均匀,加热炉采用一氧化碳为燃料。直到钢柱被烧得通红,温度均匀后,才被拉到大型水压机上,锻压成炮管的形状,成为最基础的粗坯。

在制作粗坯的过程中,每进行一道工序,都要对其进行非常细致的检查,尤其是内层炮管,必须确保没有任何裂纹。因为内层炮管上哪怕是最细小的龟裂,在射击时巨大膛压的作用下,都可能发生崩落,崩落的钢屑如果造成炸膛,那么巨大的战舰将在一瞬间被自己发射的炮弹炸上天。

二战后,美军在日本本土发现的已加工完成的480毫米口径炮管

炮管内管用镍铬合金钢制作,外管等使用其它成本较低的合金钢。

锻压成型后的内层炮管需要再加热到600度进行退火去除内部应力,然后装到大型铣削机上,车出炮管外壁外形,之后还要再由大型膛铣机车好炮管内壁。

已经成型的粗坯要进行内外表面硬化热处理,提高炮管的强度。主要是为了防止炮管待加工横放时产生变形,如此长的炮管只能用大型立式加热塔并且使用高温矿物油作为介质来进行内外表面热处理了。表面硬化完成后,还要再次以650℃进行退火以去除内部应力。

最后还要通过一系列检测,以确定其弹性强度、屈服强度、延展率、断面收缩率、抗冲击度、硬度等指标能达到要求。只有所有的指标全部合格的粗坯,才可以进入下一个阶段的精细加工。

1946年7月长门号被注销船籍,作为战争赔偿移交给美国

三、精细装配

经过前面一系列工序,得到了组成1根炮管的4个部件:炮口套管、炮尾套管、外层炮管和内层炮管。

组装。首先,粗坯要通过大型铣削机和膛铣机,进行内外壁精细加工,这是最关键的,要求加工精度极高,误差率极小,因为最后要通过加热镶嵌法,把它们套在一起。这需要对金属热处理变形进行精密的计算还需要熟练工人紧密的配合,如果哪怕比设计误差大了一点点或是工人有轻微的疏忽,最终它们也无法装在一起。

要把重达50吨内层炮管垂直地放入只有1米左右直径的外层炮管内,这么精细的操作,要求工人有非常熟练的技术和丰富的经验。

把内层炮管垂直放入外层炮管内

内外层炮管套好后,为了提高它的强度,要在外壁上密密地缠上一层钢丝,每根炮管上的钢丝拉直了长达30万米,也就是300公里长。可想而知,这是一道多么费事的工作。

缠好钢丝的炮管, 要装到套管内, 以提高它的耐压强度。最外层的套管分成炮口和炮尾两部分。它们的内径比外层炮管稍小一些,利用热胀冷缩原理,先把它们烧热,然后将其套在内炮管的外层上,等冷却后,它们就紧密的贴合成一体了。

内外壁硬化、缠钢丝装配过程

用大型铣削机和膛铣机对内外壁进行最后的成型铣削

当四层炮管全部结合在一起后,要进行最后的整形,用大型铣削机和膛铣机对内外壁进行最后的成型铣削。随后就是决定火炮精度最关键的一道工序,用大型膛线机在炮管内壁上制出膛线,这是所有工序中精度要求最高的一步。

车好膛线后,还要身管内膛线镀铬,这可使炮管的使用寿命提高两道三倍,这对于超级昂贵战列舰主炮是至关重要的。最后还要再装上炮闩。战列舰的大口径主炮一般都是分装弹头,所以炮闩一般都是断隔螺纹式的。这样1门410毫米口径的主炮就制成了。

用大型膛线机在炮管内壁上制出膛线

加工完成的410毫米口径炮管