Объединение науки и производства становится насущной необходимостью. Еще в 1835 г. русский военный инженер П.П. Аносов применил микроскоп для изучения структуры стали, положив начало современной металлографии. Ключевое значение для прогресса металлургии имели открытие русским инженером Д.К. Черновым критических точек термической обработки стали и ее фазовых превращений в твердом состоянии (работы, опубликованные в 1868 и 1878 годах), исследования Черонова термомеханической обработки стали, интенсификации металлургии. В постановку производства стали на научную основу большой вклад внесли Н.В. Калакуцкий, А.С. Лавров. Эти достижения немедленно были использованы в производстве артиллерии, брони, железнодорожных колес, бандажей и т. д. Характерно, что в программу курса металлургии, которую с 1889 г. читал Д.К. Чернов в Михайловской артиллерийской академии, были включены вопросы изготовления орудий, снарядов и броневых плит.
Развитие броневого дела в XIX в. было связано прежде всего с потребностями флота и — в несколько меньшей степени — долговременной фортификации. Военно-морской флот в этот период в первую очередь воплощал в себе все новейшие и передовые технические решения, многие из которых потом так или иначе будут использованы в наземной бронетехнике. Это касается и «состязания брони и снаряда». Поэтому краткий экскурс в историю бронирования кораблей полезен для нашей темы.
Хотя идея бронирования кораблей высказывалась задолго до XIX в., только он смог подвести под нее прочную «технологическую» базу. Да и сама потребность в броневой защите стала более чем насущной, так что вторую половину XIX — начало XX в. можно назвать эпохой броненосцев. Использование в артиллерии разрывных снарядов (гранат и бомб) уже в 1840-е годы породило ряд экспериментов в Великобритании, Франции, Голландии и Италии по защите кораблей железными листами. Применение паровой машины допускало соответствующее увеличение массы корабля. В ходе Крымской войны в октябре 1855 г. три защищенные железными листами французские плавучие батареи — «Лав», «Тонат» и «Девастисьон» — способствовали захвату англо-французскими войсками крепости Кинбурн, обстреляв с близкого расстояния ее батареи и не получив за несколько часов боя ни одной пробоины от ядер русских орудий.
Состязание брони и снаряда — русская 11-дюймовая береговая пушка, ее снаряды и пробитая ими корабельная броня. 1867 г.
Структура гетерогенной, односторонне закаленной стальной броневой плиты.
Франция первой приступила к планомерной постройке броненосного флота — в 1858 г. заложены первые три фрегата с железной броней. В 1859 г. появился «панцирный» броненосец «Глуар», перестроенный из деревянного парового линейного корабля.
В период гладкостенной артиллерии, стреляющей круглыми ядрами и бомбами со сравнительно небольшой начальной скоростью, военно-морские флоты вполне удовлетворялись обычно «броней» из железных листов, привинченных к традиционно деревянной обшивке корпуса корабля, затем — из нескольких слоев листов обычной «мягкой» стали, сначала склепанных или свинченных (в том числе с использованием деревянных прокладок), позже сваренных друг с другом. Кстати говоря, броня из нескольких слоев «котельного железа» позже использовалась и для кустарного бронирования автомобилей и поездов.
Британцы заложили свой первый броненосный фрегат «Уорриор» в 1859 г., в том же году — однотипный с ним «Блэк Принс», причем строили их цельнометаллическими, пользуясь преимуществами своей металлургической и судостроительной промышленности.
В 1861 г. Джон Броун в Шеффилде строит прокатный стан для изготовления корабельной брони (пятью годами ранее в России B.C. Пятов построил «листокатальную машину» для прокатки брони из раскаленных железных листов). Хотя в те годы еще принято было считать, что катаная броня уступает по прочности кованой.
В том же 1861 г. в Великобритании приступают к созданию броненосца «Эджинкорт» с броней по всей поверхности борта. На флоте начинается и развитие броневых башен.
Броневые башни системы Грюзона для сухопутных крепостей: вверху — башня на роликовом погоне для крупнокалиберного орудия, внизу — скрывающаяся башня для малокалиберного орудия на штыревой установке.
В 1860 г. свои конструкции башен создали швед Т. Тимбе и англичанин К. Кольз. В 1862 г. в США спущен на воду «Монитор» с броневой пушечной башней системы Дж. Эрискона на центральном штыре. И уже в марте 1862 г. «Монитор» показал свои качества в бою с батарейным броненосцем южан «Вирджиния» на рейде Хэмптон-Роудс — первом сражении броненосных кораблей (хотя формально бой окончился «вничью»).