Харалужные мечи

Холодное оружие до конца XIV века было основным вооружением русского войска. О высоком качестве булатных клинков на Руси знали с незапамятных времен. Русский былинный эпос часто воспевал харалужные мечи. Харалужная — цветастая — так на Руси до середины XV века называли булатную сталь. «… Храбрая сердца в жестоцем харалузе скована, а в булати закалена», — говорится в «Слове о полку Игореве». Известный русский путешественник Афанасий Никитин, посетивший Персию, Индию и другие страны Востока в. 1466–1472 годах, в своей книге «Хождение за три моря» употребляет уже только слово «булат» при описании военных доспехов, сделанных из восточной стали.

Советские археологи установили, что в V–VIII веках древние русские кузнецы умели делать железные ножи со стальными лезвиями. В IX-Х веках в России достигла высокого уровня техника производства сварочного булата. В трактате багдадского философа Аль-Кинди «О различных видах мечей и железе хороших клинков и о местностях, по которым они называются», написанном в первой половине IX века, указывается на то, что франкские и слиманские мечи изготовляются из дамасской стали. Современник Аль-Кинди арабский ученый Ибн-Руста называет народ, владевший слиманскими мечами, «русами»; Аль-Бируни сообщает: «Русы выделывали свои мечи из шабуркана (твердой стали — Авт.), а долы посредине их из нармохана (мягкой стали — Авт.), чтобы придать им прочносгь при ударе, предотвратить их хрупкость». Аль-Бируни сообщает также, что на Руси для изготовления долов применяли плетение из длинных проволок, приготовленных из разных сортов железа, твердого и мягкого.

Современный исследователь истории производства холодного оружия в России Б. А. Колчин указывает, что все известные нам древнерусские мечи (их найдено более 75) имеют конструкцию клинка, подобную описанной Аль-Бируни. На основании обнаруженных структурных схем металла древнерусских мечей была реконструирована технология их изготовления.

Основа клинка делалась из железа или сваривалась из трех полос стали и железа Когда ее сваривали только из стали, то брали малоуглеродистый металл. Довольно широко применялась и узорчатая сварка. В этом случае основа клинка изготавливалась из средней железной и двух крайних стальных специально сваренных полос. Последние состояли из нескольких прутьев (слоев) с разным содержанием углерода, много раз перекрученных и раскованных в полосу. К предварительно сваренному и подготовленному бруску основы клинка в торец наваривали стальные полосы — будущие лезвия. После сварки клинок выковывали таким образом, чтобы стальные полосы вышли на лезвия. Отковав клинок заданного размера, вытягивали черенок рукоятки, после чего выстругивали долы (прорезы). Затем клинок полировали и травили. Многие русские клинки, подобно древнеримскому сварочному булату, имели рисунок в елочку.

В работе советского исследователя А. Н. Кирпичникова есть сведения о мечах из сварочного булата, найденных на территории древнерусских селений Боре, Новоселках, Михайловском и других. Меч, найденный в Михайловском, хранится в Государственном историческом музее в Москве. Полоса дамасской стали наварена на нем поверх дола и состоит из трех прутиков — слоев. Средний из них имеет крупный узор, напоминающий узор литого булата.

Не удивительно, что русские мечи с «редкостными» узорами пользовались большим спросом на внешних рынках: в Византии, Средней Азии и других странах. Арабский писатель Ибн-Хордадбех в середине IX века писал: «Что же касается купцов русских — они же суть племя из славян, — то они вывозят меха выдры, меха лисиц и мечи из дальнейших концов Славонии к Румейскому (Черному) морю». Сохранилась переписка между Иваном II и крымским ханом Менглн-Гиреем. Хан, который имел дамасское и багдадское оружие, выпрашивал русские доспехи: «Сего году ординских татар кони потоптали есмя, мелкой доспех истеряли есмя. У тебя, у брата своего, мелкого доспеху просити есми».

Русское оружие славилось не только качеством стали, но и ее термообработкой. Закаленную сталь на Руси называли «трьпенный оцел» («стойкая сталь»). Наваренные «оцелом» топоры находили в курганах, относящихся к XI веку. «Каленные» стрелы и сабли часто упоминаются в былинах. Известна древняя поговорка:

«Пещь искушает оцел во калении». Рогатина тверского князя Бориса Александровича имела рожну из закаленного булата.

В России умели делать сварочный булат вплоть до конца XIX века. В Государственной оружейной палате в Москве можно увидеть саблю царя Михаила Федоровича, изготовленную мастером Нилом Просвитом в 1618 году. Полоса у этой сабли булатная с прорезами (долами), украшена насечкой с надписью о времени изготовления. Сохранились сведения, что, кроме Нила Просвита, клинки из сварочного булата делали московские мастера Дмитрий Коновалов, Богдан Ипатьев и другие. Эти сведения в настоящее время пополняются в связи с тем, что в последние годы более успешно идет расшифровка надписей на проржавевшем древнем оружии.

Рижский историк-металловед А. К. Антейн сравнительно недавно приготовил очень эффективный реактив для расчистки проржавевших лезвий древних мечей. На лезвиях древних мечей, обработанных «бальзамом Антейна», выявляют очень тонкие надписи, которые обычно располагались в верхней трети клинка. Они, как правило, инкрустированы в горячем состоянии обычной или перекрученной железной либо стальной проволокой. Так, например, в Киевском историческом музее хранится меч с красивой рукояткой с рисунком в виде перевитых друг с другом чудовищ. Меч находился в музее более 50 лет и его безоговорочно считали нерусским изделием. К изумлению историков, после обработки «бальзамом Антейна» на мече проявилась русская надпись «Коваль Людоша». Как было установлено, надпись сделана русскими прописными буквами, характерными для первой половины XI века. По сей день специалисты ищут и опознают образцы русских клинков от Сибири до Франции!

Приведенные факты убедительно подтверждают, что на Руси тысячу лет назад существовали специализированные мастерские по производству оружия из сварочного булата. Оружие обладало очень высоким качеством и имело тонкую художественную отделку. Во второй половине XVII века существовала мастерская по изготовлению оружия из булата в Астрахани. Дело в том, что с 1556 по 1649 год английские купцы пользовались правом на транзитную торговлю со странами Востока по Волжскому пути. Очевидно, они и завезли в Астрахань булатную сталь и способы изготовления из нее оружия. Известно, что царь Алексей Михайлович, большой любитель дамасских клинков, посылал туда трех учеников «для учения булатных сабельных полос». Судьба учеников неизвестна, но сабли из сварочного булата, относящиеся к этому времени, хранятся в московской Оружейной палате.

В XVIII и XIX веках изделия из сварочного булата умели делать и в Златоусте. В Златоустовском музее хранятся стальной столик и несколько сабель, имеющих красивые узоры, характерные для сварочного булата. Наконец, сварочный булат в это же время хорошо делали тульские оружейники. В Туле сварочный булат яазывали ккрасным железом». Получали «краевое железо» путем сварки железных и стальных полос в самых разнообразных сочетаниях. Тульских дробовиков и другого оружия из «красного железа» сохранилось довольно много. Есть оно в Государственном историческом музее, Государственном Эрмитаже, Тульском. Смоленском и других музеях. Так что сварочный булат на Руси знали очень хорошо испокон веков. Был известен у нас и настоящий, литой булат. И некоторые сведения об этом история сохранила.

К XIX веку за словом «булат» в России укрепляется понятие высококачественной литой стали с естественным узором после ковки. Как верно заметил П. П. Аносов, «под словом булат каждый россиянин привык понимать металл более твердый и острый, нежели обыкновенная сталь».

Как уже отмечалось, клинки из восточной стали попадали в Россию из Индии и Дамаска через Персию Грузию, Астрахань. Попадало на Русь также египетское и турецкое оружие из булата. Сохранилась булатная сабля второй четверти XVI века, принадлежавшая Федору Михайловичу Мстиславскому. В описи 1884 года о ней сказано: «Полоса булатная по турецкому образцу» Клинок сабли широкий с обухом и незначительны» расширением книзу — елманью. От елмани к концу клинок обоюдоострый. На клинке в круглом клейме исполнена золотом арабская надпись: «Изделие раба всевышнего бога Касима из Каира». В 1830 году из Троице-Сергиевой лавры в Загорске в Оружейную палату поступили подобного типа сабли, принадлежавшие Кузьме Захаровичу Минину и Дмитрию Михайловичу Пожарскомую. Булатные сабли упоминаются в числе подарков царю Федору Ивановичу и Борису Годунову от Кызылбашского (персидского) шаха Абасса и от Гилянского царя Ахмета. Среди подарков значатся: сабель булатных — пять; полос сабельных — две; щит — один. Начавшееся затем на Руси «смутное время» прервало отношения между Россией и Персией. В 1613 году в Москву прибывает новое посольство из Персии. Привезенные им подарки царю Михаилу Федоровичу состоят исключительно из булатного оружия.

В Государственном Эрмитаже хранится булатная сабля, принадлежавшая сподвижнику Петра I генерал-фельдмаршалу Б. П. Шереметьеву. На поверхности клинка типичный булатный узор. Это не парадное оружие, а боевой клинок. От удара он был сломан у эфеса и наварен железом Из этого видно, что клинком дорожили. Профессор И. С. Гаев, тщательно исследовавший шереметьевский булат уже в наши дни, отмечает, что у режущей кромки клинка после травления была выявлена тонковолокнистая микроструктура, являющаяся результатом ковки в одном направлении. В середине же выявлен коленчато-ониксовидный рисунок, полученный в результате ковки в особых условиях, с деформацией в различных направлениях. Остальная часть поверхности клинка имеет менее четко выраженный узор спутанного характера. На поперечном изломе структура металла мелкозернистая. Булатные сабли, подобные сабле Шереметьева, имели, очевидно, очень высокие свойства.

Могли ли сабли из настоящего булата делать в России? Очевидно, выковать булатную саблю из вутца русские кузнецы умели, но получить булатную сталь до конца XVIII века в России, как и в Западной Европе, было вряд ли возможно. И вот почему.

Мы теперь уже определенно знаем, что булатная сталь — прежде всего литая сталь. А из сообщений Аль-Бируни и исследования археологических объектов следует, что вплоть до XVIII века в России, так же как и в Европе, литой стали не знали и делать ее не могли. Возникает вопрос: а как же тогда делали железо и сталь?

Здесь есть смысл слегка углубиться в историю развития металлургии. Это поможет лучше разобраться в тех исторических условиях, которые сложились, перед тем как П. П. Аносов впервые сумел выплавить русский булат.

 

Век железа

В отличие от серебра, золота, меди и других металлов железо редко встречается в природе в чистом виде, поэтому оно было освоено человеком сравнительно поздно. Первые образцы железа, которые держали в руках наши предки, были неземного, метеоритного происхождения. При раскопках Эль-Обейда (Судан) и Ура (Месопотамия) были найдены два предмета из метеоритного железа, которые относят к IV–III векам до нашей эры. Среди археологических находок у ацтеков Мексики, индейцев Северной Америки, эскимосов и других племен, не знавших способов извлечения железа из руд, часто встречаются изделия из железа метеоритного происхождения. Причем это не только украшения, но и предметы быта. В XVII веке до нашей эры египтяне применяли магнитные иглы, указывающие на юг, зеркала из полированного железа.

Использовать метеоритное железо было непросто, оно куется только в холодном состоянии. Сохранилась легенда о том, как эмир Бухары приказал своим лучшим оружейникам отковать меч из куска «небесного железа». Как ни старались кузнецы, у них ничего не получилось. За невыполнение приказа эмира кузнецы поплатились жизнью. А дело было в том, что при нагревании метеоритное железо становится хрупким…

Древние египтяне называли железо «ваасперс» — «родившееся на небе», а древние копты называли его «камнем неба». То, что железо, с которым люди познакомились впервые, «упало с неба», подтверждает суеверный запрет у некоторых народов его использовать и даже прикасаться к нему. Римским и сабинским жрецам было запрещено дотрагиваться до железа, поэтому они брились только бронзовыми бритвами и стриглись бронзовыми ножницами. Всякий раз, когда в священную рощу арвальских братьев в Риме вносили железный гравировальный инструмент, чтобы высечь на камне надпись, нужно было принести искупительную жертву в виде ягненка или свиньи. Народность бодуви, живущая на острове Ява, до сих пор не использует при вспашке полей железных орудий.

Запрет прикасаться к железу напоминает восточные законы, запрещающие прикасаться к верховным правителям, считавшимся священными. Известно, что под страхом смертной казни запрещалось притрагиваться к сиамскому владыке, без особого разрешения никто не имел права прикасаться к королю Камбоджи. Однажды, когда он выпал из перевернувшегося экипажа, никто из его свиты не осмелился ему помочь. Он долго лежал без чувств на земле, пока его не поднял подоспевший к месту происшествия европеец и не привел во дворец…

Когда же человек научился получать железо из руды? Ответить на этот вопрос трудно: ведь железный век наступил отнюдь не сразу и не благодаря отдельному открытию одной выдающейся личности в одном месте, как это полагали древние и как до недавнего времени считали многие историки металлургии. Археологические находки железа, относящиеся к II тысячелетию до нашей эры, а также упоминания о нем в древних документах довольно часты. Около 1800 года до нашей эры царь Пурушханды передал хеттскому правителю Аниттасу символы верховного владычества — железный трон и железный скипетр. Сохранилось письмо Тушратты, царя северомессопотамского государства Митании, фараону Аменхотепу III (XV век до нашей эры), извещающее о посылке ему в дар кинжала с железным клинком. У хеттов наиболее важные документы вырезались на железных табличках. Хеттские законы устанавливали цену на железо. Оно стоило в 6400 раз дороже меди, в 20 раз дороже серебра, в 5 раз дороже золота. В конце бронзового века железо сравнительно широко распространяется и становится гораздо дешевле. В документе XIII века до нашей эры из Угарита (территория сегодняшней Сирии) железо уже лишь в 2 раза дороже серебра.

Г. Е. Арешнян из Ереванского государственного университета сравнительно недавно сделал интереснейший анализ упоминаний железа в «Илиаде» и «Одиссее». Сам Гомер жил в железном веке, но его эпос относится к Микенской Греции бронзового века. Поэтому оружие всех гомеровских героев, в том числе и то, что Гефест лично кует для Ахилла, — медное железо, как замечает Г. Е. Арешнян, у Гомера несет три основные нагрузки. Во-первых, оно фигурирует в качестве «небесного металла», «металла богов» — ось колесницы Геры и Ворота Тартара (олимпийского ада) сделаны из железа. Во-вторых, железо — сокровище. Троянские вожди, попав в плен, предлагают за себя выкуп «много и меди и злата и хитрых изделий железа». В-третьих, железо, так же как и в наше время, используется для сравнений. Гекуба обращаясь к Приаму, восклицает: «У тебя ль не железное сердце?»

Таким образом, греки бронзового века и народы Древнего Востока были хорошо знакомы с железом. Но было ли это железо, полученное из руды? Установлено, что в природе все же встречается самородное железо. Крупное скопление его найдено, например, на южном берегу острова Диско у берегов Гренландии. Оно залегало в базальте в виде блесток, зерен и даже мощных глыб. В отличие от метеоритного железо самородное содержит гораздо меньше никеля, очень мало углерода.

И все-таки Г. Е. Арешнян утверждает, что древние греки получали железо из руды. Он обращает внимание, что Гомер постоянно прилагает к железу элите который Н. И. Гнедич переводит как «хитрое изделие», «красивое изделие», но дословно оно означает «многотрудное», изготовленное с большим трудом. Есть и другие доказательства в пользу распространения вы плавки железа из руд в конце бронзового века.

Несмотря на то что процесс изготовления железа был, безусловно, известен во II тысячелетии до нашей эры, железный век начался гораздо позднее. Известно, что первое железо было часто мягче бронзы. Потребовалось еще много сотен лет, чтобы люди нашли способ сделать железо более твердым и заменить им каменные, деревянные и бронзовые орудия.

На Переднем Востоке, в Закавказье и в Восточном Средиземноморье переход к массовому железному производству произошел только в XII–XI веках до нашей эры. С этого времени и начинается «век железа», который продолжается до сих пор. Правда, к массовому производству железа в разных странах приступали в разные времена. В Египте полная смена каменных орудий железными произошла в 671 году до нашей эры после завоевания его Ассирией. Примерно в то ж время начался железный век в Индии, а через 101 лет — ив Китае. На территории Советского Союза широкое производство железа началось в VII веке до нашей эры и в V–IV веках до нашей эры достигло расцвета.

Трудно найти другой какой-либо металл, с которым так тесно был бы связан технический прогресс. Уже несколько веков производство железа, чугуна и стали является показателем технического и экономического развития государства, его общей культуры.

 

От крицы к слитку

Железо — тугоплавкий металл, температура его плавления 1539 °C. Такой высокой температуры долгое время достигнуть не могли. Предпосылкой широкого распространения железной металлургии было открытие сыродутного процесса, осуществляющего восстановление железа из руды при температуре порядка 900 °C. Для перехода от меди и бронзы к железу это имело большое значение. Выплавка меди из руды представляла более сложный процесс, чем выплавка железа: она требовала более высоких температур и необходимости выпуска жидкого шлака из печи. Кроме того, медные рудники были уже очень сильно истощены и не могли обеспечивать металлом потребности общества. Железные руды к этому времени были хорошо известны, они находились на поверхности земли. Это были бурые железняки, озерные, болотные и другие легко восстанавливающиеся руда.

Для приготовления железа руда дробилась и обжигалась на открытом огне. После этого руду и древесный уголь слоями складывали в яму или каменный горн, в который продували воздух. В связи с тем что «сырой» (неподогретый) воздух продувался через порцию руды 1 угля, процесс уже в наше время назвали сыродутным. Продувку в древние времена осуществляли так. Брали длинные полые стебли лотоса или бамбука, вставляли их в отверстия внизу горна и, напрягая легкие, дули изо всех сил. Но человеческие легкие оказались слишком слабыми, чтобы обеспечить нужный поток воздуха, поэтому со временем вместо дутьевой трубки начинают применять мехи, сшитые из шкур животных.

Сгорая в потоке воздуха, уголь нагревал руду и частично восстанавливал ее до железа. Оставшаяся часть окислов железа вместе с окислами других примесей плавилась и образовывала жидкий шлак. В результате этого на дне горна получали комок пористого, тестообразного, пропитанного жидким шлаком металла. Этот комок называли крицей. Первое время масса получаемой крицы была от одного до нескольких килограммов. Многократной проковкой крицы в горячем состоянии «выжимали» шлак и получали железную поковку, представляющую собой так называемое сварочное, ковкое железо, или мягкую сталь. Содержание углерода в такой стали составляло 0,12–0,26 %; серы, фосфора и других примесей, как правило, было очень мало.

В настоящее время известно, что железо никогда не бывает чистым, оно всегда содержит примеси. Фосфор и сера относятся к вредным примесям, так как вызывают хрупкость металла. Техническим железом называют сплав железа и углерода, который содержит 99,8–99,9 %, железа, 0,1–0,2 % примесей и до 0,02 % углерода. Сплавы железа с большим количеством углерода называют сталью или чугуном. Чугун — сплав, содержащий более 2 % углерода, сталь — менее 2 %. Если в стали 0,6–1,2 % углерода, ее называют высокоуглеродистой, при содержания 0,25–0,6 % углерода — среднеуглеродистой, а если углерода меньше 0,25 % — низкоуглеродистой.

Как же из сварочного железа в прошлом получал углеродистую сталь? Археологические находки говоря о том, что уже в глубокой древности был известен способ цементации (науглероживания) железа. Для получения высокой твердости и прочности углеродистую сталь необходимо закалить. Древние знали и это.

В средние века секреты многих способов цементаци железа были утеряны, но в XVII веке они вновь начина ют широко применяться. Один из первых патентов в мире был выдан английским королем Яковом в 1617 год лондонским ремесленникам Вильяму Эллиоту и Матис Мейсею — на изобретенный ими способ переработки железа при помощи цементации.

В Древней Руси наряду с железом часто применяли углеродистую сталь. Наибольшее распространение получили способы изготовления ее в кузнечном горне. В обычный кузнечный горн клали железную крицу, засыпали ее древесным углем и нагревали. Начиная с температур 700–900 °C, углерод диффундировал (проникал) в железо. Кузнец вынимал крицу и быстро охлаждал ее в воде или снеге. Сталистая поверхность крицы охрупчивалась и при ударах молота отделялась. Подобную операцию проделывали до тех пор, пока вся криц; не превращалась в стальные пластины. Полученные пластины отжигали и сваривали между собой.

На Руси было также хорошо известно науглероживание (цементация) всей массы железного изделия. Для этого изделие вместе с карбюризатором (древесным углем) закладывали в огнеупорный сосуд, сделанный из глины или кирпичных плиток, нагревали в горне до высокой температуры и выдерживали длительное время Таким образом получали углеродистые стали, содержащие не более чем 0,4–08 % углерода.

С увеличением содержания углерода в стали повышается ее твердость, износоустойчивость и прочность. Лучшие клинки из сварочного булата изготовлялись из стальных полос, содержащих 0,6–0,8 % углерода, в то время как индийский вутц или литой булат содержал от 1,6 до 2,0 %, углерода. Нет сомнений, что по сравнению с сыродутным железом и среднеуглеродистой сталью булат имел фантастическую по тем временам прочность и износоустойчивость.

Со временем сыродутный процесс получения железа совершенствовался. Горн представлял собой уже каменную камеру квадратного сечения со стороной примерно 1,2–2,0 м и высотой 1 м. Камеру заполняли глиной и формировали рабочее пространство грушевидной формы с отверстием в верхней, более узкой части. Железо и древесный уголь в такой горн загружались слоями. В передней стенке горна делалось отверстие для его разогрева дровами, выпуска шлака и выгрузки готовой крицы. Воздух нагнетали через огнеупорную трубку (сопло) более мощными мехами. В таком горне температура процесса была поднята до 1000–1100 °C, и это позволяло получать крицы массой 20–25 кг. Существенными недостатками сыродутного процесса была низкая производительность и небольшая степень извлечения железа из руды — всего 50 %. Поэтому в дальнейшем стремились повысить производительность посредством увеличения площади поперечного сечения горна и особенно его высоты. Это стало возможным после изобретения гидравлического колеса, которое увеличило мощность мехов, позволило вдувать в горн большее количество воздуха под более высоким давлением. Теперь температура процесса повысилась до 1250–1350" С, и воздух стал проникать через более высокий столб шихты. Но главное, значительно изменились температурные условия по высоте горна: в верхнюю часть горна попадало меньше воздуха, и его температура понизилась, а в нижней его части температура была значительно выше. Поэтому в нижней части горна руда восстанавливалась быстрее. Шлака здесь еще было мало, и восстановленное железо поглощало углерод. Последнее привело к тому, что в сыродутных печах вместе с тестообразной крицей и жидким шлаком начали получать еще очень жидкий металл со странными свойствами: он был хрупкий и не поддавался ковке. Сегодня все знают, что это мог быть только чугун — сплав железа с 3–4 % углерода, Его температура плавления примерно 1200 °C.

Когда было замечено, что чугун образуется там, где железо долго соприкасается с углем, его начали считать негодным продуктом, получающимся из-за расстроенного хода плавки. Поэтому чугуну дали нелестные названия — «вода», «чугунная свинка», «чушка». В Англии чугун до сих пор называют «свинским железом» («pig iron»).

Вскоре люди научились использовать чугун как хороший литейный материал. Появились чугунные изделия. Потребность в них способствовала созданию специального горна. Было обнаружено, что если сыродутную печь сделать достаточно высокой, загружать в нее слоями железную руду и древесный уголь и обеспечить вдувание большого количества воздуха, то можно получать только жидкий чугун. Печи для получения чугуна имели высокую шахту (средняя часть печи). Они обладали значительно большей производительностью чем сыродутные, и позволяли в большей степени извлекать из руды железо. Изготовление чугуна оказалось более выгодным процессом. Так техника подошла вплотную к доменному производству.

Свойства чугуна не давали возможности его широко применять для промышленных изделий. Вот если бы из чугуна удалось сделать углеродистую сталь! Эта проблема тоже была решена металлургами. Установили, что при нагревании чугуна в контакте с железной рудой и струёй воздуха в специальных горнах можно получать железную крицу. В процессе нагрева чугун размягчался, плавился и взаимодействовал с кислородом руды и воздуха. В результате происходило окисление примесей чугуна и в первую очередь углерода. По мере окисления углерода температура плавления повышалась, и в конце концов получалась крица сварочного железа. Так в XIII–XIV веках возник в Европе кричный способ передела чугуна в сталь. Распространение кричного производства железа и стали привело к широкому развитии доменного производства.

В России первые доменные печи были построены в 1632 году на речке Тулице, в 15 км от Тулы. Применение нового способа получения стали привело не только к значительному увеличению объема ее производства, но и к повышению качества металла. Стало возможным делать сталь для инструмента и оружия с содержанием углерода до 1,0 %. Заметим, что такое содержание угле рода все еще ниже, чем в булатной стали. Следовательно, булат и его свойства и на этом этапе развития металлургии оставались недосягаемыми.

Появление доменного процесса и кричного передела Чугуна не явилось революцией в металлургии. Первый технический переворот в металлургии, как и во всей промышленности, произошел позднее, в конце XVIII — начале XIX века и вот при каких обстоятельствах.

В середине XVII века в Англии свершилась буржуазная революция, которая устранила препятствия для роста капиталистических отношений и открыла путь бурному развитию производительных сил. Это привело к промышленному перевороту, который вскоре захватил и другие европейские страны. В это время быстро развивается наука. В Лондоне в 1649 году основывается Королевское общество, играющее до сих пор роль английской академии наук. В 1666 году открывается Парижская академия наук, в 1700-Берлинская, в 1725 — Петербургская.

Одной из важных предпосылок промышленного переворота явилось открытие нового мощного источника механической энергии — паровой машины Джеймса Уатта. Появление парового двигателя имело следствием огромный рост промышленного производства и увеличение числа машин. Это вызвало повышенную потребность в металле и послужило толчком к развитию металлургии.

В те времена прогрессу в металлургии препятствовали в основном два обстоятельства: не было научной теории окисления и восстановления металлов и не был найден заменитель древесного угля, который применялся в доменном и кричном процессах. Древесный уголь был дорог, а запасы древесины ограничены, и это сдерживало увеличение объема производства железа и стали. В то же время запасы каменного угля огромны, и при горении он дает даже больше тепла, чем древесный. Однако при первых попытках применения каменного угля металлурги встретились с непреодолимой трудностью — высокой температурой его воспламенения.

Английский экономист Уильям Вуд писал: «Железо после шерсти — важнейшая индустриальная основа Англии. Англия потребляла ежегодно около 30 тысяч тонн железа, из которого, вследствие нехватки в древесном угле, около 20 тысяч тонн мы должны были покупать у наших соседей…» Еще в 1558 году в Англии королева Елизавета издает указ о запрещении использования в стране леса для производства угля. Было время, когда даже в России местные и столичные власти всячески ограничивали постройку любых печей, потребляющих древесное топливо, во избежание истребления лесов.

Известно: техническая потребность является движущей силой науки. Революция в химии в конце XVIII века целиком и полностью связана с потребностями металлургии.

В начале XVIII века в химии господствовала теории горения немецкого химика Г. Э. Шталя, согласно которой все горючие вещества, в том числе и металлы, содержат «огненную материю» (флогистон). Горение (окисление вещества) связывалось с выделением флогистона. Горит — значит, уходит флогистон!

Интересно, что несоответствие теории флогистона металлургической практике не осталось незамеченным ещё в XVII веке. Так, известный французский физик Жан Рэй, наблюдая металлургические процессы на железоделательной фабрике, сделал вывод о несостоятельности роли флогистона, поскольку во всех случаях он фиксировал увеличение веса металла при прокаливании. В своем трактате о «смешивании» металла с воздухом Рэй указывал, что «воздух как бы пристает к металлу и делает окалину плотнее». Но во времена Рэя развитию металлургии теория флогистона еще не мешала. Поэтому труды Рэя были забыты, и о них вспомнили лишь через много лет.

В 1777 году во Франции строится первый завод для переливания старых чугунных пушек. Наблюдая процесс расплавления чугуна, французский металлург К. Вендель нашел, что в результате взаимодействия чугуна с ржавчиной (окалиной) на его поверхности появляется ковкое железо. Чугун превращается в очень хорошее железо «под действием тепла и собственной флогистона»! Это было непостижимо. Здесь уже история явно стучалась в двери невозмутимого Антуана Лавуазье, который в 1780 году наконец-то решается громогласно объявить о своем открытии: горение и окисление суть соединения металлов с «чистым воздухом» (кислородом), открытым Д. Присли и К. Шееле в 1774 году.

Блестящим экспериментом — пропусканием водяного пара через ствол ружья, наполненный железными опилками, — Лавуазье показывает, что вода состоит из горючего воздуха (водорода) я чистого воздуха (кислорода). Следовательно, железо ржавеет потому, что оно соединяется с кислородом… Теперь металлурги знают, что получение хорошей стали зависит от соотношения углерода и кислорода в процессе восстановления руды.

Несколько раньше, в 1748 году, Михаил Васильевич Ломоносов организовал первую в России химическую лабораторию, открыл закон сохранения материи и заложил основы физической химии. Он еще до Лавуазье высказывал свои взгляды об окислении металлов: «… нет никакого сомнения, что частички воздуха, текущего постоянно над обжигаемым телом, с ним соединяются и увеличивают его вес».

Ломоносов тщательно исследует состояние металлургии в России, изучает опубликованные в 1550 году труды Георга Агриколы, посвященные рудному делу и металлургии. В течение двух веков они были единственным произведением о производстве металлов и представляли собой описание ряда приемов горного и кузнечного ремесла. Стараниями Ломоносова значение работ Агриколы было оценено в России значительно раньше, чем в Западной Европе. Ломоносов обобщает достижения в деле извлечения металлов из руд за 200 лет в своей известной книге «Металлургия». Изданная в 1753 году, она явилась первой монографией, описывающей процессы добычи руд, выплавки и обработки металлов, характеристики их свойств.

Отметим, что в Западной Европе подобная монография вышла в свет только в 1788 году: К. П. Бертолле, А. Вандермонд и Г. Монж опубликовали коллективный «Мемуар», в котором также анализировались достижения в области производства стали и ее механической обработки.

Однако публикации несколько отставали от практики. Еще в 1619 году англичанин Дод Додлей получил королевский патент на способ плавки железной руды и производства из нее чугунного литья или брусков путем применения каменного угля в печах с «раздувательными» мехами. Свое изобретение Додлей сохранял в тайне всю свою долгую жизнь.

Прошло около ста лет, прежде чем другой английский металлург Абрахам Дерби-старший взялся за решение этой трудной задачи. В 1713 году он нашел способ очистки каменного угля от вредных примесей: он стал обжигать его в кучах, примерно таких же, какие угольщики использовали для приготовления древесного угля Но для воспламенения каменного угля понадобилось сильное воздушное дутье. Такой техникой Дерби старший не располагал, поэтому он применил каменный уголь в доменной плавке лишь частично.

В 1735 году его сын Абрахам Дерби-средний использовал для доменного дутья паровую машину и получил первый чугун, сделанный на каменном угле. Качество этого чугуна было значительно более высоким. Паровые воздуходувки давали небывалый жар, полыхающий в домне. Вагонетки едва успевали подавать руду и уголь на колошник доменной печи. И Дерби решает заменить деревянные рельсы, по которым катились вагонетки, чугунными. Эффект даже для него оказался неожиданным: по чугунным рельсам лошадь везла в 7 раз больше груза, чем по деревянным! Так металлурги подарили миру «чугунку» — первую железную дорогу.

Применение каменного угля и первых воздуходувок резко увеличило производительность доменных печей. В 1779 году Абрахам Дерби-младший строит на реке Северн первый в мире мост из литых чугунных деталей. С тех пор чугунные мосты прочно вошли в жизнь.

Все же изобретение Дерби, распространяется медленно. Обожженный каменный уголь содержал много серы, и использовать его в кричном способе производства железа из чугуна было нельзя: металлурги знали, что «сера своим флогистоном может сжечь железо», то есть сделать его хрупким. В 1771 году М. Гитон получает из каменного угля кокс со сравнительно низким содержанием серы и выплавляет на нем чугун с достаточно высокими свойствами. В 1784 году Генри Корт показывает, что для получения из чугуна чистого в отношении примесей серы железа надо организовать процесс так, чтобы чугун не соприкасался с коксом во время плавки.

После долгих поисков разрабатывается процесс пудлингования. Этот процесс позволял получать крупные железные крицы в пламенных (отражательных) печах, отапливаемых коксом. В такой печи пламя отражается от свода и сам кокс с металлом не контактирует. В результате взаимодействия жидкого чугуна с окислительным шлаком и кислородом воздуха на поду отражательной печи получали тестообразное железо или низкоуглеродистую сталь, которую накатывали на ломик и вытаскивали из печи. Этот продукт также называли крицей. Этим и завершился первый значительный подъем в металлургии на рубеже XVIII и XIX веков.

Часовая производительность сыродутного процесса была 0,5–0,6 кг железа, кричного — 50–60, а пудлинговой печи — 140 кг сварочного железа. Производительность пудлинговых печей ограничивалась физическими возможностями обслуживающих их рабочих.

Пудлинговое железо, получаемое в больших количествах, начинает широко применяться для строительства машин, судов, мостов и других строительных сооружений. Но продуктом пудлингового процесса по-прежнему оставалась тестообразная крица. Следовательно, условия для получения литого булата в Европе пока не существовали. И долго бы еще не существовали, если бы в Англии не произошло событие, которое история науки часто забывает отметить должным образом.

В середине XVIII века в городе Шеффилде славился изделиями часовых дел мастер Бенджамин Гентсман. И знал этот часовщик, что для сердца часов — пружины — нужна очень чистая и однородная по составу сталь. Шведская цементованная сталь, получавшаяся науглероживанием сварочного железа, этим требованиям не удовлетворяла (теперь мы знаем, что углерод неравномерно распространялся в ее объеме). И Гентсман понял, что для равномерного распределения «цемента» (углерода) необходимо растворить его в жидком металле. Так часовщик подошел к тигельному процессу производства стали. Он переплавил в глиняном тигле цементованное железо, разлил жидкую сталь в чугунные формы, проковал и получил углеродистую сталь очень высокого качества. Тигельным способом удавалось получать сталь с содержанием углерода 1,0–2,0 %.

В 1740 году Гентсман основал первую сталелитейную фабрику в Атерклифе близ Шеффилда. Этим было положено начало производству литой стали. Несмотря на высокие свойства инструмента, ножей, бритвенных лезвий, часовых пружин и других изделий, Гентсману не удалось продать шеффилдским фабрикантам свое изобретение. Гентсман тщательно хранил секреты производства своей стали; но все-таки шеффилдский железозаводчик Самуэл Уокер сумел их раздобыть. Способы получения литого металла быстро распространяются в Англии, а потом и в Европе. Наибольшего развития тигельный процесс достиг в первой половине XIX век», после того как немецкая фирма Круппа купила патент Гентсмана.

Пудлинговый процесс обеспечил резкое увеличение объема выплавляемой стали, но качество ее оставалось на прежнем уровне, И только тигельный процесс привел к получению стали такого высокого качества, которого промышленность раньше не знала. Он создал условия для разработки потерянных способов выплавки булата и позволил открыть легированные марки стали — эти современные булаты.

Отметим кстати, что недавно наши металлурги изобрели новый высоколегированный прецензионный сплав для часовых пружин, отличающийся повышенной упругостью. Его применение увеличивает точность и продолжительность хода часов после одного завода на 2–3 часа. При создании сплава строго регламентированы физические свойства металла, которые обеспечиваются точностью его химического состава. Новый сплав для пружин часов назвали «булатом».

Может возникнуть вопрос: как же тогда древние индийцы получали литую булатную сталь, если тигельный процесс был открыт так поздно? Верно иногда говорят: новое — это забытое старое. Историки и археологи уже в наши времена доказали, что тигельный процесс люди знали очень давно. Этот древнейший способ получение металлов в жидком состоянии был известен, по-видимому, еще с бронзового века, когда медь и ее сплавы выплавляли в горшках на очагах или простейших горнах. Барельефы в Саккаре свидетельствуют, что у египтян за много сотен лет до нашей эры были плавильные печи. Тигельная плавка железа была известна Аристотелю, который писал, что она использовалась в странах Древнего Востока (Персия, Индия, Сирия) при производстве стали для холодного оружия, высококачественных ножей и инструмента. В средние века тигельная плавка была окончательно забыта. В Европе XVIII века она была открыта еще раз Но в чугунные формы сталь залили впервые. Гентсман получил не только литую сталь, но в первый стальной слиток.

 

Секрет, окруженный непроницаемым покровом тайны

В начале XIX века проблема получения сталей с высокими механическими свойствами становится первостепенной Пудлинговая сталь вследствие низкой прочности не обеспечила надлежащей работы токарных, фрезерных и других станков, что сильно тормозило развитие металлообрабатывающей промышленности. В связи с этим растет интерес к булату, и многие ученые и специалисты ищут способы его производства.

В химико-металлургической литературе начинают появляться исследования, касающиеся вопросов изготовления и свойств стали, ее природы и составных частей» Во второй половине XVIII века Г. О. Бергман открывает присутствие в стали углерода, а К. Б. Карстен (первая половина XIX века) устанавливает, что углерод может существовать в этих сплавах как в виде химического соединения — карбида железа, так и в свободном состоянии — в виде графита. Теперь все знают, что железо, сталь и чугун различаются между собой содержанием углерода и формой его существования.

Однако сущности процесса перехода сплава железо-углерод из одного состояния в другое металлурги еще не понимают. Еще не раскрыта также роль окиси углерода и углекислоты в процессе восстановления железной руды, хотя в 1802 году А. Круйкштейн показывает, что известный ранее тяжелый горючий газ есть окись углерода. В 1806 году Жозеф Луи Пруст открывает закон постоянства состава вещества и устанавливает, что существуют два различных окисла железа: с содержанием кислорода 27 и 48 %.

Между тем ученые и металлурги Западной Европы пытаются разгадать тайну булатных узоров. Одним из первых по поручению Лондонского Королевского общества пытается решить эту задачу известный английский физик XIX века Майкл Фарадей. Будучи сыном кузнеца, Фарадей с детства был знаком с изготовлением стальных и железных изделий, он также неплохо знает методы химического анализа металлов. Из Бомбея привозят индийскую сталь (вутц), и Фарадей находит в ней… алюминий. «Следовательно, — решает Фарадей, — узор булата является результатом примеси к сплаву алюминия!» Для подтверждения этой мысли он приготовил несколько сплавов чугуна с алюминием. Чугун дробился, растирался в порошок, смешивался с чистым алюминием и сплавлялся в закрытом тигле. Полученный сплав содержал 6,4 % алюминия и внешним видом был похож на вутц.

В дальнейшем Фарадей исследует сплавы стали с серебром, платиной и другими элементами и подтверждает способность таких сплавов давать «струистую» структуру, якобы обеспечивающую высокие свойства.

Изделия из фарадеевского «булата» не сохранились, Известно только, что из этой стали была изготовлена партия бритв, которые Фарадей любил раздавать друзьям. В то же время попытка одной из фирм использовать сплавы Фарадея для промышленных целей не увенчалась успехом, поэтому его предположение о природе булатного узора нельзя считать подтвердившимся. Все же Западная Европа, кроме всего, обязана ему и тем, что он в первой четверти XIX века пытался установить разницу между естественным литым булатом и искусственным, сварочным (дамасской сталью).

Теперь хорошо известно, что алюминий встречается в природе только в виде окислов и солей, из которых он очень трудно восстанавливается. Электролитический способ получения алюминия был открыт Чарльсом Холлом в 1886 году. В 1825 году, в то время, когда Фарадей делал свои эксперименты, алюминий стоил в 1500 раз дороже железа и гораздо дороже платины. Повторить опыты Фарадея было не так-то просто, и поэтому они произвели большое впечатление на металлургов и химиков.

Директор Парижского монетного двора Г. Бреан поддерживает мнение Фарадея о том, что булат — сплав железа с какими-то металлическими примесями, подобно тому как бронза — сплав меди с оловом. Он изготовляет сплавы с различными металлами. Его клинок из сплава высокоуглеродистой стали и платины (0,5 %) даже демонстрировался на Парижской промышленной выставке. Кроме узора, никаких других свойств булата Бреану подтвердить не удалось. А сравнивать было с чем. Наполеон во время египетского похода захватил в качестве трофея булатные клинки, поражающие необыкновенной прочностью, упругостью и красотой узоров.

Позднее, после многочисленных опытов. Бреан приходит к выводу, что булат — литая углеродистая сталь, в которой «при надлежащем ходе охлаждения происходит кристаллизация двух определенных соединений — углерода и железа», причем углерод находится в избытке. Это представление о существовании особого вида соединения углерода с железом в булатных сталях находит себе сторонников. Появляются работы, в которых утверждается, что секрет индийского вутца заключается в том, что в жидкую сталь добавляют ветки и листья кустарников и деревьев особых пород, способствующих образованию необычного соединения углерода и железа.

Однако на основании опубликованых докладов М. Мериме и М. Г. Милле можно заключить, что и после приведенных работ многие западные металлурги продолжали отождествлять сварочный булат с индийским вутцем. Так, Мериме, описывая способ изготовления булата путем сварки железных полос с цементацией их хлопком, приводит свидетельства миссионера из Индии о том, что там при изготовлении клинков также применяют остатки хлопка. Этой ссылкой он пытается доказать, что секрет булата им раскрыт. К аналогичным приемам прибегает и Милле, который, получив сварочный булат при помощи особых способов цементации железа, отождествляет его с индийским вутцем.

Шведский металлург Ринман вообще отрицал возможность появления узоров на литой стали. Он считал, что узоры булата могут быть только результатом сваривания стали и железа разной твердости, а различие в узорах зависит от способов сваривания. В то же время многие западноевропейские металлурги продолжают утверждать, что булат — сплав железа с другими элементами. Г. Бертье, Фабр дю Фор и другие получают узорчатую поверхность стальных изделий, сделанных из сплавов железа с серебром, платиной, хромом, и берут на этот способ патенты. Патенты выданы, а заключение печальное: «Фабрикация булатных клинков является секретом, окруженным непроницаемым покровом тайны восточных мастеров. Европейцы тщетно старались в течение долгого времени открыть этот секрет», — подводит итог западноевропейским работам по булату в первой четверти XIX века французский металлург Г. Турай.

Так же, как и в Западной Европе, в России начала XIX века шли поиски секрета приготовления булатной стали. Только что закончившаяся война с Наполеоном показала: к этому времени русская армия, считавшаяся одной из сильнейших в мире, не имела на вооружении хороших клинков. Военное министерство энергично ищет хороший металл для производства холодного оружия.

Начало поисков нельзя назвать удачным. Штаб корпуса горных инженеров дает задание Златоустовскому заводу проверить методы изготовления булатной стали западных металлургов Бреана и Фабр дю Фора, патенты которых были куплены русским правительством. Опыты, естественно, показывают, что стали с необходимыми свойствами этими методами получить нельзя!

В 1826 году Г. И. Реваз, дворянин грузинского происхождения, коллежский регистратор мастерской оружейной палаты, в специальном прошении правительству изъявляет готовность открыть известный ему секрет «составления булата и литой стали и научить сему мастеров». Опыты начинаются в 1827 году на Тульском оружейном заводе. Приготовленные Ревазом образцы стали и сабельные клинки оказались очень высокого качества. Они были освидетельствованы в Тульском правлении и получили следующую оценку: «Клинки Реваза сделаны подобно настоящему восточному булату, известному под названием вутц, и сохраняют дамаскировку или узорчатую поверхность даже после новой переплавки. Резкой чистоты звук, издаваемый сими последними, совершенно сходствует со звуком, издаваемым при ударения восточными клинками…»

Когда же Реваз описал свой способ получения литого булата из «шинного железа, чугуна, руды и мела», опытные металлурги обнаружили, что этот «способ противоречит здравым понятиям первоначальных правил химии». Было установлено, что «в его руках было некоторое количество знаменитого индийского вутца, из которого он и приготовил свои изделия, выдавши его за металл собственного производства».

В начале XIX века в России идут также упорные поиски способов производства литой стали. Такую сталь уже научились получать в Англии и других странах Западной Европы. Тигельная литая сталь обладала механическими свойствами намного выше цементованной, и поэтому ее стали называть «булатной», или «дамасской» сталью. Первые сообщения о получении литой стали носили явно рекламный характер. Так, например, в декабре 1820 года Департамент горных и соляных дел получил сообщение с Баташевского (ныне Выксунского) завода» в котором утверждалось, что там делают «самой булат или подражание дамаскинской стали». Встречались подобные сообщения и в газете «Северная пчела»: «Клинки Завьялова гнутся как китовый ус, упруги, крепости необыкновенной, берут все, даже, подобно дамасская, самое железо». Таким образом, появляющиеся образцы обычной литой тигельной стали первое время ошибочно связывали с производством булата.

Отметим, что выдающийся металлург С. И. Бадаев в 1820–1830 годах нашел способ производства литой стали, не уступавшей по своему качеству лучшим иностранным образцам тигельного металла. Бадаевская сталь с успехом применялась для инструмента на монетном дворе. Все же газета «Северный муравей», очевидно, несколько преувеличивала, когда сообщала в 1830 году, что Бадаев показывал «столь отличные образцы литой стали, что она как фигурами дамаскировки своей, так и крепостью едва ли уступит настоящему булату», причем «сталь сия» была «чистая литая сталь без малейшей примеси платины, серебра и хрома».

Литого булата Бадаеву получить не удалось…

 

В Индию с железом

То, что не сумели сделать западноевропейские металлурги, сделал русский инженер П. П. Аносов: он раскрыл в конце концов тайну, «окруженную непроницаемым покровом», и разработал технологию получения булата, по качеству не уступающего древнему вутцу.

Как мы уже выяснили, русские мастера производства литого булата не знали, но им были известны способы изготовления оружия и инструмента из сварочного булата. Кроме того, в Астрахани и Тифлисе умели ковать клинки из индийского вутца, в то время как в Западной Европе этого делать не могли. В XVIII веке, по свидетельству Баязета, парижские оружейники не сумели изготовить оружие из доставленных им образцов булат ной стали.

Славилась Русь и качеством сварочного железа. Сохранились так называемые «Торговые книги», из которых следует, что еще в XVI и XVII веках обычным делом была продажа русского уклада (стали) «в Немцех» (так на Руси в то время называли все западноевропейские страны). Западноевропейский деятель Яков Рейтенфельс, побывавший в Московии в 1670 году, писал, что страна московитов «живой источник хлеба и металла».

Интересно, что в те времена были широко распространены железоделательные промыслы, созданные по инициативе крестьян. Так, например, неподалеку от Новгорода в районе Устюжны было такое множество «горнов для делания железа», что приехавшему сюда новгородскому губернатору показалось, будто он «заехал в предместье Вулкана». При раскопках в Старой Рязани в 16 из 19 жилищ горожан обнаружены следы «домашней» варки железа, которая проводилась в горшках в обыкновенной печи.

«Индивидуальное» производство железа было возможным потому, что для его варки применялись болотные руды, встречающиеся на Руси повсеместно на дне болот, озер и на берегах рек. Это были бурые железняки органического происхождения, которые начинали восстанавливаться при 400 °C, а при 700–800 °C можно было получить железо.

Наряду с индивидуальным существовало и специализированное крупное производство. Известна домница XIII века, найденная близ города Бердичева. Она совершеннее новгородских домниц XVIII века: шлак у нее непрерывно стекал по каналам в специальные ямы. Недалеко от Нурека в Гочевском городище был обнаружен металлургический «завод», относящийся к XV веку. Пространство площадью 10000 м2 было завалено остатками домниц, шлаком и крицами. Таких центров производства железа на Руси было много. Недаром в знаменитом литературном памятнике XII века «Слове Даниила Заточника» сказано: «Лучше бы ми железо варити, нежели со злою женою быти». Далее, говоря о трудностях, связанных с производством железа из руды, Д. Заточник поясняет: «Не огнь творит разжение железу, но надмение мешное». «Надмение мешное» — надувные меха. Их раздували вручную, и это было тяжелым делом. Кстати, в значении «дуть» в древности употреблялось еще слово «сопеть». Отсюда сопло — трубка, через которую воздух подавался в печь.

В начале XVIII века русская металлургия начинает быстро развиваться. Петру I необходимо оружие, а для его производства нужны прежде всего железо и чугун. Он организует, опираясь на отечественный и зарубежный опыт, небывалое для тех дней заводское строительство. Благодаря этому с 1700 по 1800 годы только на одном Урале было построено 123 железоделательных завода. Русское железо помогло стране построить огромное количество предприятий. К концу жизни Петра их насчитывалось 233, а к концу XVIII века — свыше 3100, не считая горных заводов. Производство чугуна в России за это время увеличилось со 150 тысяч пудов (1700 год) до 9,91 миллиона пудов (1800 год). Победа русской металлургии над шведской была не менее значительной, чем победа русской армии во главе с Петром I над шведами в 1721 году. Если в XVII веке основным поставщиком железа в Европе была Швеция, то в XVIII веке им становится Россия. Так, в 1716 году в Англию была вывезена первая партия русского железа в количестве 2200 пудов, а в 1732 году вывоз железа уже превышал 200 тысяч пудов.

В 1722 году Петр I издает указ, который, по сути дела, дает первые технические условия на железо, обеспечивающие его высокое качество: «Его Императорское Величество указал послать из Берг-коллегии на все железные заводы, где железо делается, чтоб с сего времени железо пробовали сим образом, и отпускали в указанные места, и продавали со следующими знаками:

Первая проба: вкопать круглые столбы толщиной в диаметре по шести вершков в землю так далеко, чтобы оное неподвижно было, и выдолбить в них диры величиною против полос, и в тое диру то железо просунуть, и обвесть кругом того столба трижды, потом назад его от столба отвесть, и ежели не переломится, и знаку переломного не будет, то на нем сверх заводского клейма наклеймить № 1.

Вторая проба: взяв железные полосы бить о наковальню трижды, потом другим концом обратя такожды трижды от всей силы ударить, и которое выдержит, и знаку к перелому не будет, то каждое сверх заводского клейма заклеймить его № 2.

На последнее, которое тех проб не выдержит, ставить сверх заводских клейм № 3. А без клейм полосного железа отнюдь чтоб не продавали».

Долго ещё после петровского указа качество стали оценивалось по числу «загибов». Пружинная сталь делалась в шесть «загибов», монетная — в восемь, инструментальная и дамасская — в двенадцать. За нарушений своих указов царь спрашивал строго. Указом от «II генваря 1723 года» он повелевал: «… Ружейной канцелярии из Петербурга переехать в Тулу и денно и нощно блюсти исправность ружей. Пусть дьяки и подъячие смотрят, как альдерман клейма ставит. Буде сомнение возьмет, самим проверять и смотром и стрельбою. А два ружья каждый месяц стрелять, пока не испортятся.

Буде заминка в войске приключится, особливо при сражении, по недогляду дьяков и подъячих… старшего дьяка отдать в писари, подъячего лишить воскресной чарки сроком на год».

Не удивительно, что в 1734 году подписывается англо-русский торговый договор, согласно которому из России в Англию вывозится «более трех четвертей всего экспортировавшегося за границу полотен и железа». Теперь на английские корабли в Крондштадте и Архангельске погружают ежегодно 28 тыс. т русского железа. А в 1788 году из России было вывезено 38,4 тыс. т железа в Англию и около 5,8 тыс. т в другие страны. Таким образом, в XVIII веке Россия является самым крупным экспортером железа в Западную Европу.

Особенно славилось за границей уральское железо. Очищенную сталь Пышминской и Златоустовской фабрик знал весь мир. Лучшие сорта железа, полученные из особо чистых по сере и фосфору руд, были известны под маркой «Русский соболь». На них стояло фабричное клеймо, изображающее бегущего зверька. Благодаря отсутствию вредных примесей это железо легко ковалось, и из него получали цементованную сталь высокого качества Славилось также кровельное железо, изготовляемое на Невьянских, Белорецких, Каменских и других уральских заводах, а также на заводах Подмосковья. Серебристые листы кровельного железа «Серебряный якорь», выпускаемые Белорецким заводом, покупались нарасхват. Интересно, что первая железная кровля в России — крыша церкви святой Софии — относятся к 1465 году.

Во второй половине XVIII века Англия являлась монополистом в производстве цементованной стали благодаря тему, что ей удалось захватить право исключительной покупки наиболее пригодного для этой цели русского и шведского железа. Недаром английская газета «Морнинг пост» писала в 1851 году: «Демидовское железо «старый русский соболь»… играет важную роль в истории нашей народной промышленности; оно впервые введено в Великобритании для передела в сталь в начале XVIII века, когда сталеделательное наше производство едва начало развиваться. Демидовское железо много способствовало к основанию знаменитых шеффилдских изделий».

Франция, не сумевшая закупить железо в России или Швеции, отстала в области производства стали почти на полвека. Только к концу XVIII века ей удалось решить вопрос получения цементованной стали на местных материалах.

В 1743 году на реке Урал основывается крепость-город Оренбург, и он становится центром торговли России с Индией. Теперь русские купцы часто посещают «страну чудес». Один из них, оренбуржец Габайдула Амиров, странствовал по Индии 30 лет (1775–1805 годы), видел во многих городах «российские произведения», которые «тамошние жители» с удовлетворением покупали. Это «кольца, браслеты, иголки, разные стальные и железные изделия и другие». Так русские пришли «в Индию с железом»!

Нет ничего удивительного, что железоделательные фабрики и заводы в большом количестве создавались на Урале. По берегам рек здесь находили много железной руды, из нее состояли целые горы — Бакал, Высокая, Магнитная, Атлян и много других. В 1696 году в Тулу доставили пробы уральской руды — магнитного железняка. Эта руда оказалась гораздо лучше болотной, из которой чаще всего изготовляли тогда железо в Центральной России. Первое железо из нее приготовил тульский кузнец Антуфьев (Демидов). Железо по качеству не уступало «свойскому» (шведскому) — лучшему в Европе.

Работали тогда заводы на древесном угле. Леса на Урале было много, а для перевозки металла в глубь страны использовали даже несудоходные реки, на которых сооружались заводские плотины. В нужное время, обычно весной, шлюзы плотин одновременно открывались, и на «большой волне» баржи с металлом плыли до реки Уфы или Белой. Поэтому на Уральских заводах операционный (производственный) год начинался в июне, а оканчивался в мае, когда по рекам сплавляли металл.

Первые заводы — Невьянский и Каменский — были основаны в 1701 году, а в 1725 году уже работает металлургический завод в Нижнем Тагиле, который становится самым крупным на Урале. После основания города Оренбурга начинает развиваться горное дело на Южном Урале. Один за другим открываются заводы Кононикольский (1750), Преображенский (1753), Верхне-Авзянопетровский (1755), Нижне-Авзянопетровский (1756), Катав-Ивановский (1757), Белорецкий (1761), Миасский (1776) и другие.

20 ноября 1751 года тульские промышленники Мосоловы заключают контракт с Оренбургской канцелярией на строительство железоделательного завода по речкам Сатке и Кувашу. Однако это место как невыгодное для железоделательного завода вскоре было отдано Строгановым, которые в 1758 году построили здесь Троице-Саткинский чугуноплавильный и железоделательный заводы. А Мосоловы выбрали новое место — в Косотурском урочище, на реке Ай, в полуверсте от устья речки Тесьмы. Здесь и был основан в 1754 году Златоустовский завод — один из самых крупных металлургических заводов на Южном Урале. Он строился медленно, первая домна была задута лишь в 1761 году. В 1773 году завод уже давал до 140 тысяч пудов чугуна, 90 тысяч пудов железа и 1,885 тысячи пудов меди.

К этому времени уральские заводы в техническом отношении занимали первое место в мире. Железо и сталь здесь получали уже только из чугуна методом пудлингования. Эксплуатировались крупнейшие в мире доменные печи, дававшие до 100 тысяч и более пудов чугуна в год. Уральские домны к концу XVIII века ставят мировые рекорды не только по производительности, но и по экономическим показателям: они расходуют вдвое — вчетверо меньше древесного угля на единицу чугуна, чем западноевропейские. Недаром они привлекают внимание металлургов всего мира. Известный немецкий историк Людвиг Бек называл их «величайшими древесноугольными доменными печами континента». Он подчеркивал высокую производительность домен и их экономичность.

Таким образом, к началу XIX века Урал выдвинулся как грандиозный по тогдашним, уже не русским только, а и мировым масштабам, промышленный район.

Перед Отечественной войной 1812 года на Златоустовском заводе было решено основать специальную фабрику белого оружия, но открылась она только в конце 1815 года. Весной 1816 года по реке Ай уже отправляли первую партию холодного оружия. Вскоре Златоуст приобретает широкую известность выделкой холодного оружия, в основном сабель типа «дамасских» (сварочного булата), которые были почему-то известны как «турецкие».

Оружие со специальными украшениями изготовлялось по правительственным заказам, спрос на него из года в год возрастал и особенно усилился после посещения Златоуста царем Александром I в 1824 году. В связи с этим журнал «Отечественные записки» писал:

«Оружейная фабрика — главная достопримечательность Златоуста, предмет, достойный обратить на себя внимание всей просвещенной Европы».

Для отделки холодного оружия в Златоуст были приглашены золингенские мастера из Германии. Среди приглашенных были отец и сын Шафы, славившиеся своим искусством по всей Европе. Пятидесятишестилетний Вильгельм Шаф и его старший сын Людвиг считались непревзойденными мастерами по вытравке и позолоте. Шафы очень дорожили «тайной» своего мастерства. По заключенному договору они «обязаны были секреты состава золочения никому не передавать», но сделать подробное описание, из каких материалов вещество приготовляется, чтобы «опытный человек мог потом его составить». Описание это должно было храниться под сургучными печатями в конторе фабрики.

Уральские умельцы быстро научились у Шафов украшать оружие. Выдающимися мастерами рисунка, вытравки и позолоты на клинках были Иван Николаевич Бушуев и Иван Петрович Бояршинов. Они отделывали клинки не хуже золингенских мастеров. Вскоре оказалось, что Шафы ничего «удивительного» для Златоуста создать уже не могут, и они покинули фабрику. Конверт с сургучными печатями, хранивший «секрет» Шафов, спокойно пролежал в несгораемом шкафу 60 лет и был случайно найден только в 1877 году. Оказалось, что описанные приемы травления и золочения злато-устовские мастера к этому времени очень хорошо знали.

Не случайно в 1829 году образцы Златоустовского холодного оружия были в числе лучших экспонатов на первой промышленной выставке в Петербурге. Особенно отличились охотничий нож с изображением сцен охоты и шпага с крылатыми конями-пегасами, выполненные мастером Иваном Бушуевым. Согласно легенде с тех пор Бушуева стали называть Иванко-Крылатко. Так или иначе, отсюда ведет свое начало знаменитая Злато-устовская гравюра на стали. И крылатый конь в гербе города — тоже оттуда. Герб Златоуста — ковш и пегас. Ковш символизирует сталь, а пегас на ковше — злато-устовскую гравюру на стали.

 

Златоустовская сталь

Павел Петрович Аносов родился в 1799 году в Петербурге в семье мелкого чиновника горного департамента. В 1810 году по ходатайству деда Льва Собакина, механика Камско-Воткинских заводов, был определен в Петербургский горный кадетский корпус, который был тогда единственным высшим учебным заведением, готовившим специалистов горного дела. Павел Аносов окончил его в 1817 году с Большой золотой медалью. В конце этого же года молодой шихтмейстер прибыл на Златоус-товские заводы в качестве практиканта. Вряд ли он знал тогда, что пройдет путь от практиканта до горного начальника Златоустовских заводов и директора оружейной фабрики, что здесь, в Златоусте, он создаст свою теорию производства литой стали и овладеет вековой тайной получения булата. Начал же он с того, что в 1819 году представил дипломную работу «Систематическое описание горного и заводского производства Златоустовского завода».

В то время Златоустовский завод, хотя и имел уже устаревшее оборудование, но являлся металлургическим предприятием с полным циклом. Чугун выплавляли в доменной печи с двумя горнами, воздух в которые подавался цилиндрическими мехами, приводящимися в действие водяными колесами. Кроме передела на железо и сталь, чугун использовали для литья как в песчаные ила глиняные формы, так и в металлические. Отливали кричные молоты, наковальни, колеса, ядра, бомбы, а также гири, горшки, сковородки и другую хозяйственную утварь. В те годы говорили, что «вся Россия печет блины на уральских чугунах» (сковородах).

Для переработки чугуна в кричное железо и «уклад» (сырцовую сталь) на заводе действовали две кричные фабрики с 12 горнами. Каждый горн имел свой особый кричный молот, приводимый в действие водяным колесом. Для изготовления сортового железа работала специальная передельная фабрика с прокатными и резными станами для получения мерной полосы. Сравнительно небольшое количество стали, шедшее на инструменты и холодное оружие, готовилось из «уклада», который подвергали цементации (науглероживанию). Процесс цементации железа производился в специальных томильных печах при температуре около 1000 °C и длился 7–8 суток. Завод изготовлял 11 сортов железа и стали.

Оружейная фабрика, работающая на заводе, славилась уже не только в России, но и далеко за ее пределами. Златоустовские мастера изготовляли холоднее оружие высокого качества; шашки, сабли, палаши, саперные и охотничьи ножи. Эти изделия успешно конкурировали с европейскими образцами. В то же время инструментальная сталь по своему качеству уступала английской. Это главным образом объясняется тем, что, когда Аносов приехал на Златоустовский завод, там литой стали еще не изготовляли.

Секрет получения литой стали в России первой четверти XIX века являлся достоянием отдельных мастеров. Серьезных успехов в этом деле, как уже было отмечено, добился С. И. Бадаев (Камско-Воткинский завод). Он сконструировал специальную печь, имеющую два отделения — цементационное и тигельное. Кричное полосовое железо подвергалось цементации и после этого расплавлялось в тиглях. Затем производилась вторичная цементация полученной стали при помощи карбюризатора, состоящего из различных сортов угля, перемешанного с белой глиной, мелом и минеральными добавками. «Энциклопедический лексикон» Плюшара за 1835 год об инструментальной бадаевской стали говорил, что она лучше знаменитой «гунцмановской» (английской).

Литую цементованную сталь высокого качества получал также Нижегородский заводчик Полюхов. По заключению монетного двора сталь Полюхова «… оказалась на дело инструмента годная и прочную сыпь имеет мелкую и ровную». Оригинальный способ производства литой стали разработал управитель Велетминского завода Пономарев. Тигельные процессы производства стали появлялись на Верхне-Исетском, Невьянском, Каслинском и других заводах. Этому способствовало распространение отражательных (пламенных) печей, в которые помещали тигли со сплавляемыми материалами. Путем сжигания дров, а потом кокса в струе подогретого воздуха в таких печах удавалось получать температуру до 1500"С.

Однако, как и все новое, литая сталь часто встречала недоверие со стороны многих металлургов. Объяснялось это тем, что способы ее выплавки и разливки были недостаточно совершенны, и иногда металл получался либо низкого качества, либо очень высокой стоимости. Так, например, мастер из Золингена Петр Каймер пытался ввести на Златоустовском заводе литую сталь. Он обставлял свою работу большой таинственностью, к плавкам готовился долго и за два года работы выдал всего 9 пудов относительно годной стали. А обошлась его сталь в 10–15 раз дороже цементованной. По этим и другим причинам государственный департамент часто отказывался выдавать привилегии на способы производства тигельного металла. Между тем многие поступающие изобретения имели, очевидно, немалую ценность. Это подтверждает недавно установленный факт, что из всех русских архивов бесследно исчезли описания различных приемов получения стали, применявшихся в то время на заводах страны.

Проанализировав имеющийся опыт различных способов выплавки стали для оружия и инструмента, П. П. Аносов пришел к выводу, что только литая сталь может обладать необходимыми свойствами. «Литая сталь, — писал он, — имеет преимущество перед выварною и цементною из тех же первых материалов, полученных как по равномерному, так и более тесному или химическому соединению частей углерода с железом». Так, П. П. Аносов, исходя из чисто научных соображений, обосновал целесообразность тигельного производства. Предварительные опыты по получению литой стали окончательно убеждают его: только организация тигельного производства коренным образом улучшит качество стального оружия и инструмента на Златоустовском заводе.

Аносов хорошо себе представлял, что производство литой стали складывается из следующих операций:

«Устройство печей, приготовление плавильных горшков, плавка, отливка в формы и ковка». Поэтому он начал с устройства пламенных печей. Им был спроектирован отапливаемый углем горн для печи с подогревом восьми тиглей одновременно и сооружен корпус с восемью такими печами. Печи для выплавки тигельной стали эксплуатировались на Златоустовском заводе до начала XX века, то есть чуть ли не 100 лет!

Одной из самых трудных задач во времена Аносова являлась организация производства тиглей — «плавленных горшков», как их называли. Производство глиняных тиглей было хорошо известно, так как они применялись для литья цветных металлов, а позднее — для переплавки чугуна. Мастер Боткинского завода Федор Мезенцев даже придумал ручной винтовой штамп для приготовления «плавиленных горшков». Но для приготовления литой стали требовались тигли очень высокой огнеупорности. Такие тигли выписывались из-за границы, из города Пассау в Баварии, около которого находились залежи высокоогнеупорной глины. Цена их была очень высокой. Поэтому Аносов пришел к выводу, что «иностранные горшки особенно в столь отдаленном месте, как Златоуст, были бы слишком дороги для стального производства, и, не заменив их своими, успех был бы безнадежен».

А горшки из челябинской глины как будто и обладали достаточно большой огнеупорностью, но постоянно трескались при высоких температурах. Исследование причин образования трещин показало, что они получались вследствие расширения частиц глины: при высоких температурах одни частицы «давили» на другие. Аносов понял, что трещины в горшках являются результатом большой усадки, которую давала глина при нагревании. Для предупреждения трещин было необходимо добавить к глине «тело, которое бы уменьшило… способность сжимания». Аносов делает анализ заграничной глины и находит, что этим «телом» являлся графит. В пассауских горшках сама природа позаботилась соединить глину с графитом. Итак, для предупреждения трещин тигля в челябинскую глину надо добавить графит. Но где его взять?