Может и не стал бы писать на эту тему, но так уж случилось, что ожидая ответа программы, несколько минут по включенному телевизору посмотрел фильм о производстве булата, и этот фильм, как говорится, меня, бывшего металлурга, достал. И уже не говорящей рожей – это само собой. Но в этом фильме и специалист по производству «булата» гнал ахинею, которая ни на какую металлургическую голову налезть не способна. Скажем, что в старину булат получали, 20 дней выдерживая сталь при температуре 2000 градусов. И когда этот спец сообщил, что булатная сталь это такая сталь, ножом из которой можно перерубить гвоздь и на булатном ноже следов не останется, я не выдержал и сплюнул: а если гвоздь перерубить китайским зубилом или перекусить кусачками – на них следы останутся? О чём ты, «спец», болтаешь?
У меня, возможно, до сих пор сохраняется кинжал «ханджарам» из дамасской стали, практически точно вот такой http://www.bayohunter.ru/index.php?id=163, но только рукоять не из дерева, а из какого-то рога. Его в 90-х подарил одному нашему сукиному сыну пресс-секретарь Саддама Хусейна, а этот сукин сын подарил кинжал мне (я ему дал за него рубль). По виду, тому моему кинжалу лет 500. Мой сын, тогда подросток, восхитившись тем, что это настоящий булат, попробовал без моего разрешения рубить им гвозди. Ага! Гвозди оставили те ещё зазубрины на острие этого настоящего старинного булата с затейливым рисунком на лезвии.
Отдам проблеме должное - на самом деле вопрос о булате очень не простой даже для нынешних металлургов, поскольку издавна существует всеобщее убеждение, что достоинством булата являются узоры на его поверхности, а не то, за что он действительно ценился в те далёкие времена, когда его начали изготавливать. Поэтому я расскажу о булате то, что вы вряд ли от кого-то иного услышите. А я в свое время услышал это от преподавателя термообработки – практика, обладавшего большим объёмом таких знаний о стали, сведений о которых я больше никогда не встречал в книгах и статьях. Скажем, как термической обработкой увеличить линейные размеры уже готовой детали (её объём). Он много рассказал нам, будущим металлургам, и о том, что такое булат, как его получить, и зачем он нужен. Рассказал просто так – «для общего развития», а точнее – чтобы привить интерес к металлургии.
В Интернете я видел ролики и фотоподборки от любителей-кузнецов, которые ковали «булат» из совершенно разных сортов стали и изготавливали из этого «булата» ножи, довольно красивые. Я перед этими кузнецами снимаю шляпу – они заимели себе толковое хобби, развивающее ум, и эту их работу можно только приветствовать. Но они совершенно не представляют себе ни что такое булат или дамасская сталь, ни какое требование вообще должно быть к стали, идущей на режущий инструмент или оружие типа ножей, сабель или мечей. И когда начинают рассуждать, что булатом можно рубить железо, остаётся только пожать плечами – вы полагаете, что наши предки изготавливали ножи и сабли, чтобы рубить ими железо? А если не для этого, то кому это было необходимо, чтобы нож рубил гвозди, а сабля оставляла зазубрины на вражеской сабле? Разве в бой идут для того, чтобы оставить противнику зазубрины на саблях?
Немножко о железе и об истории получения железа и изделий из него, чтобы вы поняли проблемы перед тогдашними металлургами.
Железом у металлургов считается металл, в котором практически нет никаких иных добавок, особенно самой обыденной - углерода. Если в металле более 2% углерода, то тогда этот металл называют чугуном. Металл с содержанием углерода где-то от 0,1 до 2% - это сталь. В стали могут быть и другие химические элементы, и если в стали собственно железа становится меньше 50%, то этот металл называют сплавом.
Теория вопроса. Железная руда – то из чего получают собственно железо, - это окисел железа, это соединение атомов железа с атомами кислорода. Стало быть, чтобы получить железо, необходимо эти атомы кислорода от железа оторвать. В древности и в подавляющих случаях сегодня делается это так. Кусочки окислов (руды) смешиваются с углеродом (тогда с древесным углём, сегодня чаще всего с каменноугольным коксом), и эта смесь нагревается. Сегодня способов нагрева много, но тогда нагрев осуществлялся за счёт сжигания дров, в лучшем случае – древесного угля. При достижении нужной температуры сродство углерода к кислороду становится выше, чем сродство железа к кислороду, и углерод отрывает от железа кислород, образуя угарный газ или двуокись углерода, которые улетают в атмосферу – удаляются из зоны реакции. Железо остаётся свободным – в металлическом виде.
Напомню, что наши общие предки начали металлургию не с железа, а со сплавов меди – с бронзы. Но медные сплавы легкоплавки – они переходят в жидкое состояние при температурах не на много выше 1000 градусов имени товарища Цельсия. Поэтому годилась вот такая технология.
Из огнеупорной глины, выдерживающей нагрев свыше 1600 градусов, изготавливали тигли – глиняные сосуды, внутренним диаметром где-то около 120 мм и высотой 1200 мм с крышкой. В тигли засыпали шихту – то, из чего собрались получить бронзу. Тигли ставили в печь, вокруг них грузили дрова, их разжигали и поддерживали высокую интенсивность горения топлива дутьём – вдували в печь мехами воздух. И в этих тиглях легко получалась жидкая бронза.
Когда начали получать первое железо, то пошли по отработанной на бронзе технологии, но не тут-то было – температура плавления железа 1539 градусов, поэтому для получения и железа в тиглях нужны были героические усилия. По этой причине Европа при получении железа на долгое время отказалась от тигля, правда, Индия и Ближний Восток и при производстве железа держались за тигли очень долго, хотя и несли огромные расходы. В начале XIX века на килограмм получаемой в тигле стали расходовалось около 9 килограмм древесного угля, и можно представить, как жгли лес в древности, чтобы получить кусок железа, из которого можно было бы сделать топор. Не мудрено, что первое железо стоило дороже серебра, и тайна его получения хранилась очень бережно.
Уверенности нет, но в Европе, скорее всего, получение железа сразу же велось в специфических печах – домницах. Это что-то вроде глиняной бочки с толстыми стенками, но не очень большой по диаметру и высоте. По сути это был горн с бортами. В домницу грузилась железная руда и древесный уголь – окислы железа и углерод. (Напомню, что тогдашние металлурги ничего про окислы, про углерод и прочее не знали, всё делалось путём проб и ошибок). Сбоку к домнице, как и к горну, подводилось воздушное дутье. Организованная подача большого количества кислорода, содержащегося в воздухе, увеличивала единовременное выделение относительно большого количества тепла от горения угля, и руда сильнее нагревалась. Однако, из-за малого размера домницы, руда нагревалась достаточно, чтобы произошло восстановление железа – чтобы углерод отобрал кислород у окисла железа, но недостаточно, чтобы железо расплавилось, и даже для того, чтобы углерод смог раствориться в образовавшемся чистом железе. Получалась крица. Представьте поролоновую губку, пропитанную водой, так вот, и в домнице получалось нечто подобное: скелет из железа, а в порах не вода, а капельки легкоплавкого шлака - вот это крица.
Готовую крицу клещами вынимали из домницы, клали на наковальню и начинали гупать по ней молотами, сплющивая крицу во всех направлениях. Из-за этого сплющивания капельки шлака вылетали из пор, а железные стенки пустот крицы соединялись и сваривались в единый кусок железа. (Кстати, настоящим символом кузнеца надо считать не молот, которым орудовал специальный рабочий – молотобоец, а фартук из толстой кожи, чтобы предохранить кузнецов от разлетающихся капелек расплавленного шлака).
При таком способе его получения, железо практически не имело никаких иных примесей, поэтому было очень тугоплавким (напомню - 1539 градусов Цельсия) и по своим свойствам очень мягким. Нож из такого железа наточить легко, кусок мяса он отрежет, но после этого его снова надо точить. Причём, такое железо невозможно сделать твёрдым путём закалки. Поэтому в те далёкие времена и получалось так, что железо уже научились получать, а мечи и ножи ценились бронзовые, поскольку бронза была намного тверже железа и не так быстро тупилась.
Правда, научились и как-то помогать этой беде, придумав способ, известный металлургам и крестьянам – по научному этот способ называется «наклёп». Нужно без нагрева, в холодном состоянии сплющить острие лезвия, а от этого зерна железа (и любого металла кроме свинца) в острие измельчатся, и эта сплющенная часть острия станет твёрдой. (Крестьяне для этого отбивают косы перед косьбой на специальной маленькой наковаленке). Был такой фильм «Ярославна, королева Франции», в нём есть секундный эпизод, который, пожалуй, кроме крестьян мало, кто понял. Актёр Караченцов, игравший телохранителя Анны, на одном камне другим камнем отбивает острие своего меча. Повторю, кричное (чистое) железо - мягкое, и это было проблемой в те времена, когда наиболее дешёвым способом ничего иного, кроме такого железа, получать не могли.
Однако увеличение производительности требовало увеличивать размер домниц, и металлурги их увеличивали, увеличивали и доувеличивались до размеров маленьких доменных печей – до таких размеров, когда в центре очага температура повысилась до величины, при которой углерод угля начал активно растворяться в ещё твёрдом железе. И тут пошёл встречный процесс – при растворении углерода в железе температура плавления такого сплава начинает падать, и при 4% углерода она падает до 1150 градусов. Кузнец, понимаешь, хотел крицу получить, и вот он в домнице шлак после плавки разгребает, а в домнице лужа жидкого металла. Дал кузнец металлу остыть, бросает на наковальню и пробует ковать – а фиг вам! Металл разлетается на мелкие кусочки!
У нас в России небольшие слитки этого металла – чугуна, – идущие на передел, называют, как и свиней – чушками, а англичане чугун прямо зовут пиг-айрон – свинское железо. Древних металлургов можно было понять - кузнец руду добыл, деревья свалил, уголь из них выжег, плавку провёл, а в результате получил чёрт знает что! Но очень твёрдое! Ну, очень! В результате, в те времена чугун просто выбрасывали как производственный брак.
Про болезненного ребёнка говорят, что у него, если и не понос, так золотуха, вот и у металлургов до XVIII века - до изобретения и массового внедрения пудлингования - были или золотуха мягкого железа, или понос твёрдого, но хрупкого чугуна. Со временем научились получать высокое содержание углерода на поверхности железного изделия – цементировать железо (для этого его в нагретом состоянии выдерживали в контакте с мелким углём), но получать нужное равномерное содержание углерода в объёме металла, не могли. Железо, и чугун научились использовать без остатка, но, разумеется, перед металлургами стоял и стоял вопрос, как в одном куске металла соединить и пластичность железа, и твёрдость чугуна? Ответ как бы напрашивался – смешайте их! Кто додумался первым до такого смешения – Европа или Индия - сказать трудно. Кстати, в древнем мире лучшими металлургами Европы были кельты, а одно из кельтских племён вошло в ту смесь народов, которая потом стала славянами, причём, произошло это вливание кельтов в будущих славян в богатых рудами горах Чехии. Поэтому не удивительно, что славяне (поляне), переселившиеся на Днепр, платили местным хазарам дань не только мёдом и холстами, а и булатными мечами (харалужными) и, соответственно, и сами ими при необходимости орудовали: «Яръ туре Всеволодѣ! стоиши на борони, прыщеши на вои стрѣлами, гремлеши о шеломы мечи харалужными».
О технологии производства булата славянами сведений не осталось, но по арабским источникам можно судить, что технология у тех же полян была очень заморочливой и дорогой – свариванием пучка проволоки. Представьте, нужно было получить крицу, проковать её, выбив шлак, порубить её на куски, кускам придать форму прутов, прутья протягивать (волочить) поочерёдно через всё меньшие и меньшее отверстия, превращая их в проволоку. Затем проволоку выдержать в горне без дутья, чтобы поверхность проволочек насытилась углеродом, затем этот пучок ковать, сваривая ковкой эти проволочки в единый кусок металла, а уж из него отковывая клинок меча или ножа. (Кстати, в Интернете видел фото, как некоторые современные кузнецы получают «булат» кузнечным свариванием куска стального троса).
От помянутого преподавателя помню технологию получения булата в России: бралась полоса науглероженного железа, нагревалась, складывалась пополам, сваривалась ковкой и ковкой же оттягивалась до прежних размеров, затем снова нагревалась, снова складывалась, и снова сваривалась и оттягивалась, и снова нагревалась. И так 24 раза. А потом уже из того, что осталось от этой полосы (при каждом нагреве железо угорает) ковали лезвие булатной сабли.
А по технологии Индии и Ближнего Востока в их тиглях происходило следующее. В тигли грузили руду и уголь, грели снаружи очень сильно и долго, восстановленные частички железа науглероживались, становились жидким чугуном и стекали вниз, по пути на дно тигля часть капелек чугуна при контакте с рудой теряла углерод, температура плавления этих капелек повышалась, и капельки становились густыми. В результате на дне тигля образовывалась в среднем сталь (железо с углеродом), но сталь очень неоднородная по составу углерода в отдельных частях. То есть, в образовавшемся в низу тигля слитке этой стали (2-3 кг) какие-то части имели много углерода, другие – мало, и всё это было смешано ещё в тигле, а потом еще смешивалось при ковке этого слитка в полосы клинков.
Что объединяет все эти восточные и европейские технологии получения булата? Хотя они и различались, но если взять куски булата полученные в Европе и полученные в Индии, то они будут представлять из себя сплавленную (Индия) или сваренную кузнечным способом (Европа) механическую смесь железа с разным содержание углерода. Сегодня сказали бы – смесь разных марок стали. Какие-то части такого куска будут очень твёрдыми, а какие-то очень мягкими. А вместе они придадут небольшому изделию, вроде клинка меча, вполне приемлемые свойства. Скажем, упругую гибкость всего клинка, при высокой твёрдости острия его лезвия. Но это не всё. Есть и бонус - если клинок из булата отполировать, то из-за разных светоотражающих способностей железа с разным содержанием углерода, на поверхности стали уже будет виден некий рисунок. А если протравить отполированную поверхность кислотой, которая в зависимости от содержания углерода растворит железо на разную глубину, то этот рисунок проявится ещё явственнее. То есть, рисунок булата является следствием НЕОДНОРОДНОСТИ химических и механических свойств отдельных частей того куска стали, из которого сделано изделие.
Возьмите два куска пластилина разного цвета, скажем, чёрного и красного, хорошо смешайте их в руках, а потом раскатайте его в заготовку для клинка. И вы увидите на поверхности этой пластилиновой полосы узор булата.
Так вот, расскажу вам секрет – начиная со второй половины XIX века профессиональные металлурги тратят огромные усилия, чтобы НЕ ПОЛУЧАТЬ булатную сталь – не получать неоднородность слитков своей стали. Продукция профессиональных металлургов должна иметь исключительную однородность в каждом микрообъёме стального слитка. Только это гарантирует заданные механические и любые иные свойства стали. Во времена моего студенчества электромагнитное перемешивание жидкой стали в печах только начиналось, и на тех печах, на которых пришлось на практике поработать и мне, перед выпуском стали подручные сталевара через загрузочное окно стальными шуровками мешали и мешали озеро жидкой стали в ванне печи, добиваясь, чтобы химсостав первого слитка этой плавки не сильно отличался от химсостава последнего.
Задаю себе вопрос, а если бы надо было получать булат в промышленных объёмах, то есть в миллионах тонн, то как его получить? Не вижу проблем. Есть такая технология разливки стали – непрерывная, - по этой технологии жидкую сталь из ковша сливают в кристаллизатор машины непрерывной разливки стали, а в кристаллизаторе сталь застывает очень быстро – за секунды. Вот если в этот кристаллизатор вливать одновременно и малоуглеродистую жидкую сталь и чугун, то полученный металл не успеет усредниться по углероду, и при прокатке слитков после такой разливки на листы или полосы, будут получены листы и полосы булатной стали.
Понимаете, если бы сегодня в булате был хоть малейший практический смысл, то китайские металлурги уже давно бы завалили весь мир булатными ножами. Однако, если вы поняли, о чём я написал, то должны понять и то, что по взглядам сегодняшней металлургии, булат – это жуткий брак.
Да, конечно, можно поностальгировать по старине и сварить борщ в древнем глиняном горшке. Можно! Получится! Но ведь гораздо удобнее варить его в стальной или алюминиевой кастрюле. Так и с булатом. Металлурги уже лет 150 имеют в запасе для всех изделий из стали сорта стали, намного превосходящие булатную сталь по любым эксплуатационным свойствам. Скажем, уже лет 150 лучшие бритвы мира производят не в Индии или Дамаске, а в немецком Золингене или британском Шеффилде, но это бритвы и ножи не из булата.
Далее, ножи ведь нужны не только для того, чтобы любоваться рисунком поверхности их клинка, ножами ещё и работают. Опять воспоминания юности. Приятель после школы начал работать на мясокомбинате и очень удивил меня рассказом о том, что обвальщики мяса (срезающие его с костей), во-первых, работают в кольчугах, чтобы ненароком не проткнуть себя, если нож соскользнёт с кости, во-вторых, у них в качестве ножа для обвалки очень ценится немецкий штык.
Вот мы как раз и подошли к разговору о том, что ценится в ноже, и что изначально ценилось в булате. Наш известный металлург начала XIX века П.П. Аносов, сообщая о булатах его собственного изготовления, написал и о том, что именно изначально ценилось в булатной стали: «Здесь скажу только, что известия, сообщенные нам путешественниками о достоинстве некоторых азиатских булатов, отнюдь не столь преувеличены, как многим из новейших металлургов до сего времени казалось; ибо после того, что мною сказано о различии булатов от стали, каждому будет понятно и различие в достоинстве их. Итак, если коленчатым или сетчатым булатом с крупными узорами и золотистым отливом перерезывают легко на воздухе газовый платок, то тут ничего нет преувеличенного; моими булатами я мог делать то же самое. Но острота изделий из английской литой стали для произведения подобной пробы недостаточна. Самое большое, чего я мог достигать клинком из английской литой стали, состоит в нарезании шелковой материи». Способность перерезать в воздухе платок из легчайшей материи – газа, – падающий на лезвие клинка, это и есть тест на качество булатной стали. Булатное острие можно было заточить до состояния, до которого острие из других металлов довести не удавалось. Вот в этом и было преимущество булатной стали – ввиду его превосходной остроты, даже слабосильный боец мог нанести противнику такую рану, какую бронзовым или железным мечом мог нанести только физически очень сильный боец. Вот за это булатное оружие ценилось, а не за рисунок на клинке.
И в булате, как и в любой иной стали для ручного режущего инструмента, ценилась не способность булата рубить гвозди, а способность ЗАТАЧИВАТЬСЯ до исключительной остроты. Изделия из булата, повторю, ценились за легкость нанесения противнику глубоких ран, если речь шла о мечах и саблях. Ценились за способность долго не тупиться, а при затуплении легко восстанавливать остроту даже не заточкой, а только правкой.
Но уже с конца позапрошлого века металлурги разработали и сорта, и термообработку (и до сих пор их совершенствуют) сталей, которые по своему качеству намного превосходят булат. Булат стал не нужен не просто из-за непомерной дороговизны, но и из-за худших эксплуатационных свойств.
Значит ли это, что булат сегодня не нужен вообще?
Как это?? Ведь булат красив! И покупается булатный нож не для того, чтобы колбасу резать, а потому, что мужчин, пока они не потеряли мужских качеств, всегда будет тянуть к оружию.
А к красивому оружию – особенно!
|
|
