Działo powstało w odpowiedzi na zapotrzebowanie małokalibrowej artylerii przeciwlotniczej dla radzieckiej floty. Pod względem konstrukcyjnym wywodziło się z armaty przeciwpancernej 19-K. Litera K oznaczała biuro konstrukcyjne zakładów nr 8 im. Kalinina, gdzie armata została skonstruowana[1]. Działo zostało przedstawione do prób wojskowych w 1934 roku, a w 1935 roku ulepszono konstrukcję półautomatycznego zamka[2]. W 1936 roku armata 21-K została przyjęta na uzbrojenie i następnie, masowo produkowana, trafiła na większość radzieckich okrętów powyżej kutrów torpedowych[2]. W toku produkcji wprowadzano ulepszenia technologiczne, m.in. zastosowano lufę monoblokową (wykonaną z jednego elementu)[3].
Armata służyła przede wszystkim do celów przeciwlotniczych, a także dla walki z lekkimi okrętami[2]. Jako przeciwlotnicza okazała się jednak mało skuteczna z uwagi na takie niedostatki konstrukcji, jak niska szybkostrzelność, mało zaawansowany celownik, brak granatów z zapalnikiem czasowym i niezrównoważenie zespołu obrotowego w płaszczyźnie poziomej[4]. Z uwagi na zamek półautomatyczny i ładowanie pojedynczymi nabojami, szybkostrzelność wynosiła tylko do 30 strzałów na minutę, a zniszczenie celu wymagało bezpośredniego trafienia. Armata używana była także na okrętach podwodnych, z głębokością zanurzenia do 100 m[5]. Do 1944 roku wyprodukowano około 3000 dział[6].
Istniała również wersja działa dla monitorów rzecznych montowana w wieży, stanowiącej adaptację wieży czołgu T-28: 40-K z 1936 roku oraz podwójnie sprzężona 41-K z 1937 roku[4][6]. Opancerzenie miało grubość 25 mm z przodu, 20 mm z boków i tyłu i 10 mm od góry[7].
Po ataku Niemiec na ZSRR wady armaty jako broni przeciwlotniczej stały się widoczne. Częściowo jedynie je usunięto w zmodernizowanej wersji 21-KM, bazującej na zmodernizowanej armacie przeciwpancernej M-42[3]. Główną różnicą była długa lufa, o długości 68,6 kalibrów, która polepszyła możliwości przeciwpancerne, co było istotne dla mniejszych kutrów operujących na wodach śródlądowych i przybrzeżnych[3]. Wzrosła też donośność i w niewielkim zakresie pułap strzału. Wśród ulepszeń był nowy prostszy, a zarazem pewniejszy w działaniu zamek półautomatyczny, który pozwalał także na strzelanie w reżimie automatycznym – wystrzał następował w tym trybie po zamknięciu zamka[3]. Ponieważ armata była nadal ładowana pojedynczymi nabojami, zwiększyło to jednak maksymalną szybkostrzelność tylko do 40 strzałów na minutę[8]. Drugą widoczną zmianą było dodanie dwuwarstwowej płaskiej tarczy ochronnej, chroniącej od pocisków broni strzeleckiej i odłamków, która zarazem pozwoliła na zrównoważenie działa w płaszczyźnie poziomej (na okrętach podwodnych stosowano zamiast niej balast)[3]. Armaty 21-KM produkowano od 1943 roku[6].
W roli broni przeciwlotniczej armaty 45 mm były podczas wojny zastępowane na większych okrętach przez armaty automatyczne kalibru 37 mm 70-K i systemy zachodnie z dostaw lend-lease, jednakże armaty 21-KM nadal były produkowane i instalowane na mniejszych jednostkach, m.in. kutrach typu MO-4[4][3]. Po wojnie nadal były ustawiane na nowych okrętach w charakterze dział salutacyjnych[3].
Opis konstrukcji
Od lewej: armaty 21-KM i 21-K w muzeum w Tallinnie
Armata miała kaliber 45 mm (46 mm w bruzdach gwintu)[9]. Lufa armaty 21-K miała całkowitą długość 2072,50 mm (46 kalibrów), jej gwintowana część mierzyła 1650 mm (36,7 kalibrów)[9]. Wewnątrz znajdowało się 16 gwintów o głębokości 0,5 mm, szerokości 6,5 mm i pochyleniu 7°9′45″[9]. Lufa z zamkiem ważyła 107 kg, cała część podnoszona – 222 kg, a całe stanowisko – 506 kg[9]. Armata 21-KM miała lufę o długości 3087 mm (L/68,6)[7]. Jej zespół odrzutowy ważył 164 kg, część podnoszona – 295 kg, cały zespół obrotowy – 707 kg, a całe stanowisko – 867 kg[8].
Zamek klinowy pionowy, półautomatyczny (otwiera się automatycznie po strzale i wyrzuca łuskę, a po dosłaniu naboju automatycznie się zamyka)[2]. Nad lufą był cylinder sprężynowego powrotnika, a pod lufą hydraulicznego opornika[2]. Lufa była warstwowa, w toku produkcji zastąpiona przez monoblokową[3]. Armata była montowana na stożkowej podstawie, mocowanej do pokładu 16 śrubami[2]. Celownik SzB-1 i ręczne mechanizmy naprowadzania w pionie i poziomie znajdowały się po lewej stronie, obsługiwane przez jednego celowniczego[2].
Lufa mogło być opuszczana o 10 stopni i podnoszona o 85 stopni od poziomu[9]. W płaszczyźnie poziomej działo mogło obracać się o 360 stopni[9]. Jeden obrót korbami mechanizmów powodował podniesienie lufy o 4 stopnie lub obrót działa o 5 stopni[9]. Szybkość naprowadzania wynosiła do 18° na sekundę w poziomie i 20° na sekundę w pionie (w armacie 21-KM – 10°/s w pionie)[7].
Działo mogło wystrzeliwać pociski unifikowane z armatą przeciwpancerną: odłamkowo-smugowy z zapalnikiem MG-5 (podstawowy do celów przeciwlotniczych), przeciwpancerny z zapalnikiem MD-2, odłamkowo-burzący z zapalnikiem KTM-1[4]. Podczas wojny wprowadzano także nowe typy pocisków[3].
Teoretyczna szybkostrzelność wynosiła do 30 strzałów na minutę[9]. Armata 21-KM w trybie automatycznym mogła mieć szybkostrzelność do 40 strzałów na minutę[8]. Dla pocisku o masie 1,41 kg wystrzeliwanego z armaty 21-K prędkość początkowa wynosiła 760 m/s, zaś donośność w poziomie do 9500 m, a w pionie do 6000 m[9]. Dla armaty 21-K prędkość początkowa wynosiła 870 m/s, donośność w poziomie do 11 000 m, a w pionie do 7000 m[8] (według innych źródeł do 10 600 m w poziomie i 6400 m w pionie[7]).
