Поряд з рухливістю і вогневої міццю одним з основних бойових якостей танка є надійна броньовий захист, що забезпечує йому відносну невразливість від вогню противника. Наявність освоєної в виробництві порівняно легкої і досить міцної сталевої броні було однією з найважливіших технічних передумов, необхідних для створення танка.
Можливість виготовлення броньових сталей залежала від застосовувалися способів виробництва сталі, рівня розвитку металургії та металообробної промисловості.
Виробництво сталі
Для виробництва сталі було потрібно знизити вміст вуглецю в чавуні менш ніж до 1,5% і звести до мінімуму наявність сторонніх домішок. Вперше цього вдалося домогтися англійської годинникареві Бенджаміну Хантсмену в 1742 році. Він плавив м'яку сталь в глиняному тиглі і додавав необхідну кількість вуглецю. Однак його метод був дуже дорогим і годився лише для дрібного виробництва. У 1850 році на зміну йому прийшов процес, який винайшли незалежно один від одного спочатку американець Вільям Келлі, а трохи пізніше англієць Генрі Бессемер. Але широке поширення він отримав під назвою бесемерівського, так як фінансові труднощі перешкодили Келлі довести до кінця його дослідження. Приблизно в 1864 році француз П'єр Мартен і народжений в Німеччині натуралізований англієць Вільям Сіменс винайшли мартенівський процес виплавки сталі.
У 19 столітті світову популярність отримує Златоустівська високоякісна сталь, яка йшла на виготовлення холодної зброї. Виробництво сталі на Златоустівський заводах пов'язане з ім'ям видатного російського металурга Павла Петровича Аносова (1797 - 1851 рр..).
До Аносова виробництво якісної сталі як у Росії, так і за її межами вважалося мистецтвом, яке передавалося з покоління в покоління і було доступне лише небагатьом майстрам-сталеварам. Аносов вперше поставив виробництво якісних сталей на наукову основу. Він перший досліджував вплив присадок - платини, золота, марганцю, хрому та інших речовин - на властивості сталі і в 1833 році виготовив "клинок цього булату". Стали, які створював Аносов, згодом стали називатися легованими.
Академіки. С. Курнаков писав: "Гірський інженер П. П. Аносов, начальник Златоустівський заводів на Уралі, був першим дослідником, який застосував ще у 1831 році мікроскоп для вивчення структури полірованої і протруєної кислотами поверхні стали, саме для визначення характерного будови булатних клинків, виходять за допомогою виробленого ним способу. " Для подібних цілей Аносов застосував мікроскоп на 30 років раніше англійця Сорбі. Світову популярність приніс Аносову його праця "Про булат", що з'явився в 1841 році і став класичним серед металургів.
Іншим чудовим російським металургом середини 19 століття був Павло Матвійович Обухів. Він створив у Петербурзі знаменитий сталепушечний завод, який увійшов в історію під ім'ям Обухів-ського.
Йдучи по стопах Аносова, Обухів вивчав вплив присадок на якість сталей. У результаті робіт Обухова з його сталей почали виготовляти кіраси, які не пробивалися кулею навіть з досить близької відстані.
Величезне значення мав розроблений Обуховим спосіб отримання великих однорідних сталевих виливків. Цей спосіб дозволив йому успішно освоїти виготовлення сталевих гармат, стовбури яких витримували до 4000 пострілів.
У 1866 році на Обухівський завод прийшов працювати Дмитрий Константинович Чернов, з ім'ям якого пов'язані видатні відкриття в галузі металургії та металознавства. У 1868 році він опублікував свою працю "Критичний огляд статей рр.. Лаврова і Калакуцького про сталь і сталевих гарматах і власні Д. К. Чернова дослідження з цього предмету". Ця праця зробив переворот у металургії, і з його появою Чернов по праву вважається основоположником сучасної металознавства, "батьком металографії", як його називали ще за життя.
Вивчаючи на Обухівському заводі причини браку гарматних стволів, Чернов відкрив, що в нагрівається стали відбуваються структурні перетворення, тобто зміни її кристалічної будови у твердому стані, в результаті яких змінюються і властивості сталі. Він визначив відповідні цим перетворенням температурні точки, відомі тепер як "точки Чернова". Відкриття критичних температур дозволило пояснити явища, що відбуваються при загартуванню стали, і точно призначати температуру нагрівання під загартування в залежності від складу металу.
Крім цього Чернов відкрив лінії деформації в металах, досліджував природу будови зливків і провів інші дослідження, що мали важливе значення для теорії і практики металургії.
Багато праці у подальший розвиток металографії і впровадження її в заводське виробництво вклав видатний російський учений інженер Альфонс Олександрович Ржешотарскій, учень і послідовник Д. К. Чернова. Діяльність Ржешотарского протікала в період швидкого розвитку капіталізму в Росії після скасування кріпосного права. 90-і роки 19 століття ознаменувалися широким будівництвом залізниць і бурхливим розвитком суднобудування, зокрема будівництвом броненосного флоту і крейсерів. Ситуація, що склалася зумовила розвиток металургії і паливної промисловості. Старі способи виготовлення литий броні були замінені новими, значно більш продуктивними.
Видатний металург провів ряд досліджень з мартенівському і бессемерівський процесам, приділяючи найбільшу увагу мікроструктурі сталі і її загартуванню. Вперше в Росії їм була створена металографічна лабораторія для потреб сталеливарного виробництва, введено в повсякденну заводську практику використання пірометра і мікроскопа.
Виробництво сталевої броні
У 80-х роках для потреб російського військово-морського флоту виготовлялася броня, яку отримували, приварюючи шар твердої вуглецевої сталі до броні з маловуглецевої сталі. Але до початку 90-х років така броня вже не відповідала вимогам військово-морського флоту. У 1892 році Обухівський завод отримав завдання освоїти виробництво сталевої броні, яка має більш високі властивості, ніж виготовлявся раніше. Виробництво сталевої броні було організовано Ржешотарскім, що поставив на наукову основу всю технологію її виготовлення. Він визначив склад броньованої сталі, розробив режим її термообробки (гарту броні обприскуванням). Після створення броні з вуглецевої сталі Ржешотарскій провів ряд досліджень щодо визначення складу легованих сталей, що підходять для виготовлення високоякісної броні.
Велика дослідницька робота дала свої плоди, і з 1893 року почалося виробництво броні з нікелевої сталі товщиною в 10 дюймів, яка призначалася для будувалися російських броненосців. Ця броня добре витримала полігонні випробування і стала одним з основних видів продукції Обухівського заводу. Для виготовлення броні з нікелевої сталі була створена спеціальна термічна майстерня, в якій виконували цементацію й гарт броньових плит. За виробництво броні з нікелевої сталі морське міністерство нагородило А. А. Ржешотарского золотою медаллю.
У 1898 році на адміралтейських іжорських заводах організується виробництво хромоникельовой гетерогенної (цементованої) броні.
Таким чином, 90-і роки з'явилися для Росії періодом швидкого вдосконалення якості броньових сталей.
До 60-х років минулого століття корабельна броня всюди кувалася під паровим молотом. Цей спосіб був, по суті, кустарним, вкрай малопродуктивним і дорогим. У 1856 - 1859 роках Василь Степанович Пятов розробив спосіб виготовлення броньових плит допомогою прокату. Новий спосіб у порівнянні зі старим набагато здешевлює виробництво, збільшував продуктивність і поліпшував якість броні, але разом з тим виходив, здавалося, за рамки технічних можливостей. Зокрема для прокату броньових плит товщиною в кілька дюймів потрібні прокатні стани з величезним маховиком діаметром у кілька метрів. П'ятов відлив шестиметровий маховик і випробував його при прокатці чотиридюймовим сталевих плит. Результат випробувань виявився цілком задовільним.
У червні 1859 року Пятов послав докладний опис свого методу в Морське міністерство. І з цього моменту почалися митарства П'ятова, яких, здається, не вдалося уникнути більшості винахідників царської Росії.
Морський учений комітет розглянув пропозицію Пятова і виніс своє рішення: "... що стосується пропозиції м. П'ятова, тобто виробляти вичинку товстого листового заліза, саме в 4,5 дюйми товщини, плющильні катками без посередництва парового молота, який, як відомо, при зазначеному виробництві прийнятий скрізь за кордоном, як то: у Франції, Англії та інших країнах, комітет вважає це новизною, не доведеною дослідами, і, не маючи даних, за якими можна було б зробити позитивний висновок про можливість подібного виробництва, поклав запросити до участі в цій справі фахівців і за посередництвом агентів морського відомства за кордоном дізнатися заздалегідь думку різних заводчиків ".
Цю думку було запитано. Всі визнавали, що метод Пятова новий, але важко здійсненний, головним чином з-за величезних розмірів маховика, який необхідно встановити на прокатному стані.
І морський комітет вирішив "залишити справу без наслідки-..."
Тоді Пятов звернувся до генерал-адміралу великому князю Миколі Костянтиновичу, відав тоді будівництвом російського військово-морського флоту, і той, вирушаючи до Англії, де виготовлялася броня для російського флоту, обіцяв перевірити на заводі-підрядчику висновки, викладені в записці П'ятова.
В Англії великий князь розмовляв з власником металургійного заводу Брауном, і той поставився до пропозиції Пятова негативно. Однак пройшов всього лише рік, і на заводі Брауна в Шеффілді почали виготовляти ... катану броню! У Росії вона потрапила як "англійська новинка", і з 1863 року на Іжорському заводі приступили до виробництва броні за способом П'ятова, назвавши його способом Брауна.
У 1859 році Пятов запропонував також спосіб цементації броньових плит, тобто насичення тонкого поверхневого шару плит вуглецем для збільшення його твердості при збереженні в'язкості тильного боку. Запропонований П'ятовим спосіб в основному збігається з сучасними способами цементації броні. Цементовий броня показала хороші властивості - плита товщиною 260 мм не пробивалася снарядом калібру 210 мм (дані 90-х років минулого століття). За кордоном цементацію броні застосували лише через 30 років після П'ятова.
У своїх "Спогадах і нарисах" академік А. Н. Крилов розповідає, що на броненосці Олександр III "... броня була зібрана не просто впритул, плита до плити, а на шпонках, перетином в подвійній ластівчин хвіст; для цього на броньовому (Маріупольському ) заводі був побудований міцний і цілком точний шаблон тієї частини борта корабля, до якого повинна була прилягати броня, яка приганяли, таким чином, цілком точно, плита до плити, без найменших щілин і уступів, неминучих при звичайній установці ". За свідченням А. Н. Крилова, з'єднання броні, застосовані на броненосці Олександр III, переважали за своєю якістю способи з'єднання броньових деталей, що застосовувалися в іноземному кораблебудуванні періоду першої світової війни.
Головним чином потреби саме військово-морського флоту зумовили розгортання російського бронепроізводства, а російське кораблебудування сприяло накопиченню величезного досвіду створення броньових конструкцій і відпрацювання способів з'єднання броньових деталей.
До першої світової війни і в зарубіжних країнах розвиток броньового захисту обумовлювалося переважно потребами військово-морських флотів. У 1855 році в бойових діях були задіяні плавучі батареї, що мали залізну броню.
З 1859 по 1881 рік спостерігається повсюдне застосування залізної броні для кораблів військово-морського флоту. Перший броньований залізний корабель з'явився в Англії в 1861 році. Товщина його броні досягала 114 мм. Після появи в 1866 році загартованих бронебійних снарядів швидко збільшується ріст товщини броні, і вже в 1881 році на деяких кораблях застосовують броню товщиною 605 мм.
Надмірне зростання маси судів при застосуванні залізної броні змусило перейти до сталі. Цьому сприяли і успіхи металургійної промисловості. Перші сталеві плити були випробувані в 1875 році.
З 1876 року броню почали виготовляти з високовуглецевої сталі. У порівнянні з м'якою бронею її снарядостойкости була вище приблизно на 30%. Проте великий вміст вуглецю робило броню тендітної - вона розтріскувалася при попаданні снаряда.
У 1877 році була винайдена двошарова вуглецева броня: зовнішній сталевий лист, що становить приблизно одну третину всієї товщини броні, спирався на м'який сталевий лист - "подушку". Чавунні снаряди, що застосовувалися в той час для обстрілу броні, розколювалися, не завдаючи їй ушкоджень. У порівнянні з одношарової залізної бронею двошарова мала підвищену на 50% снарядостойкости. Однак, коли з'явився сталевий снаряд, двошарова броня вже не могла протистояти йому. У цьому ж році французька фірма "Шнейдер-Крезо" виготовила броню з м'якої литої сталі.
З 1891 року починають застосовувати нікелеву броню, містить близько 7% нікелю. Однорідна (одношарова) нікелева броня перевершувала за снарядостойкости двошарову вуглецеву броню на 20 - 30% і не руйнувалася при обстрілі сталевими снарядами.
У 1892 році Крупп отримав броню з легованої сталі.
У 1894 році починають виготовляти цементовий односторонньо загартовану броню з хромонікелемолібденовой сталі. Ця броня мала твердий лицьовий шар і м'яку в'язку тильну сторону. За своїми властивостями вона перевершувала всі раніше відомі види броні.
Таким чином, у 90-х роках був здійснений перехід на сталеву броню.
Бронювання сухопутних возів стало застосовуватися значно пізніше бронювання морських та річкових суден. Роком виникнення танкової броні можна вважати 1900, коли вперше під час англо-бурської війни полковник англійської армії темплери запропонував бронювати вози, що призначалися для транспортування англійських частин з південного узбережжя Африки в глиб материка. Три вози, паровий автомобіль-тягач і два 150-мм артилерійські знаряддя становили безрейковий бліндірованний поїзд, який був захищений листової 6,3-мм хромо-нікелевої сталлю, не пробиваються кулями маузеровскіх рушниць навіть на відстані 6 м.
До появи танків і бронеавтомобілів противопульная броня застосовувалася для щитів артилерійських знарядь і станкових кулеметів.
У 1915 - 1916 роках у Росії для бронеавтомобілів випускалася броня, яка згідно з технічними вимогами повинна була захищати від гострокінцевих куль при товщині 8 мм на всіх дистанціях, а при товщині 7 мм на дистанції в 50 кроків. При випробуванні броні допускався обстріл готових бронеавтомобілів. Російські заводи успішно справлялися з цими вимогами і постачали замовникам відмінну броню.
Інакше йшла справа з англійськими фірмами, які будували замовлені російським військовим відомством бронеавтомобілі. Так, наприклад, 7-міліметрова броня, що поставлялися в 1915 - 1916 роках фірмою "Остін", пробивалася рушничними кулями з дистанції в 70 кроків. Тому англійці почали ставити 8 мм броньові листи замість 7 мм, щоб забезпечити виконання технічних вимог. Крім того, англійські фірми не погоджувалися на обстріл в упор готових бронеавтомобілів, хоча їх броня повинна була забезпечити виконання цієї вимоги.