Занимательно о железе

Дороже золота

“В бою железо дороже золота” — гласит татарская пословица. И русские говорили: “При рати железо дороже золота. Железом и золото добуду”.

Имеются веские доказательства того, что было время, когда железо ценилось дороже золота.

В Египте в период Древнего и Нового царства железо первоначально применялось в основном для ювелирных изделий — амулетов и украшений. Еще в XIV веке до н.э. железо считалось драгоценным металлом и из него, как и из золота, изготовляли украшения. Железо наряду с золотом и серебром входило в состав дани, которую платили покоренные народы Ассирии в IX веке до н.э.

Известно, что женщины многих африканских племен носили на руках и на ногах железные кольца. Жены богатых людей несли на себе иногда чуть ли не целый пуд таких украшений. Невесту одного из негритянских племен Западной Африки так нагружали железными украшениями, что она не могла двигаться без посторонней помощи.

Туземцы Африки и островитяне экваториального пояса почти до середины XIX века считали железо дороже всех металлов.

Английский мореплаватель XVIII века Джеймс Кук рассказывал, что на всех островах Полинезии, известных ему, любимым подарком для жителей было железо. Спутники Кука говорили, что за один крупный гвоздь туземцы охотно давали несколько ярдов местной ткани, а за десяток железных костылей моряки получали десять свиней. Кук приводит пример, как один из вождей на о. Таити, имея у себя два гвоздя, получал за них довольно значительный доход. Он ссужал эти гвозди для пробития отверстий в тех случаях, когда другим способом сделать это не удавалось.

В конце XVIII века русский просветитель В. Певшин писал в своем “Словаре коммерческом”: “Если бы цена вещей определялась по их полезности, железо должно бы считаемо быть драгоценнейшим из металлов, нет художества, ни рукомесла, в котором не было бы оное необходимо, и надобно бы целые книги наполнить одним описанием таковых вещей”.

Почетная профессия

Одна старинная легенда рассказывает о таком случае. Царь Соломон по окончании строительства иерусалимского храма (X век до н.э.) задумал прославить лучших строителей и пригласил их во дворец. Даже свой царский трон уступил на время пира лучшему из лучших — тому, кто особенно много сделал для сооружения храма.

Когда приглашенные явились во дворец, один из них быстро взошел по ступеням золотого трона и сел на него. Его поступок вызвал изумление присутствующих.

— Кто ты и по какому праву занял это место? — грозно спросил разгневанный царь.

Незнакомец обернулся к каменщику и спросил его:

— Кто сделал твои инструменты?

— Кузнец, — ответил тот. Сидящий обратился к плотнику, столяру:

— Кто вам сделал инструменты?

— Кузнец, — отвечали те.

И все, к кому обращался незнакомец, отвечали:

— Да, кузнец выковал наши инструменты, которыми был построен храм.

Тогда незнакомец сказал царю:

— Я кузнец. Царь, видишь, никто из них не мог бы выполнить свою работу без сделанных мною железных инструментов. Мне по праву принадлежит это место.

Убежденный доводами кузнеца, царь обратился к присутствующим:

— Да, кузнец прав, он заслуживает наибольшего почета среди строителей храма.

Но так было не только в легенде.

В старину кузнец, он же металлург, при сыродутном процессе получал железо и превращал его в изделие. Людей поражало, что кузнец делал ценные вещи из куска какого-то бурого камня. Поэтому многие народы считали кузнеца “вещим человеком”, чуть ли не чародеем. Нередко эта профессия была очень почетной.

“С кузнецом не положено на “ты” говорить, — уважительно отмечает финская поговорка. “Тысяча ударов портного — один удар кузнеца”, — почтительно говорили узбеки.

Самыми уважаемыми людьми были кузнецы у различных первобытных племен Африки. Немецкий этнограф Ю. Липс сообщает, что даже царям африканских государств южнее Сахары часто было совершенно необходимо знать кузнечное дело. В средние века в одном из больших государств на территории Конго всякий феодал, который хотел стать царем, должен был доказать, что он хороший кузнец.

У азиатских народов, например у бурят, кузнецом мог стать только тот человек, среди предков которого уже были кузнецы. Обыкновенный человек не мог так просто взяться за это священное ремесло. О происхождении этого занятия рассказывает древний бурятский миф. В нем говорится о тяжелых временах, когда человечество, еще не зная железа, влачило жалкое существование. Но вот однажды тенгри, или добрые духи, решили послать на землю бога Божинтая и его девять сыновей, чтобы те научили людей священному ремеслу. Бог вскоре вернулся на небо, а его сыновья женились на дочерях человека, и их первые ученики стали предками всех кузнецов. У бурят кузнецы принадлежали к высшему классу общества, их освобождали от уплаты налогов и считали как бы сродни богам. У монголов дар хаты — это кузнецы в звании, соответствующем рыцарскому.

Интересно отметить, что единственным “рабочим” среди богов различных религий был бог-кузнец: Гефест — у греков, Вулкан — у римлян, Сварог — у славян.

Заглянем в “личное дело” наиболее известного из этих богов — Гефеста. Бог огня и покровитель кузнечного ремесла Гефест вошел в высший сонм двенадцати главных богов греческого Олимпа. Имел он знатное происхождение: сын Зевса и Геры, верховных богов греков.

Гефест всегда изображался могучим кузнецом с молотом или клещами в руках, в хитоне ремесленника с открытой правой рукой и плечом. В отличие от других олимпийских богов он не проводил время в пирах и праздности, а работал в своей полной чудес кузнице. Посредине мастерской стояла огромная наковальня, в углу горн с пылающим огнем и чудесными мехами, которые повиновались слову бога-кузнеца. Черный от угольной пыли и копоти трудился бог-кузнец в своей кузнице.

С помощью могучих помощников циклопов Гефест ковал молнии для громовержца Зевса, воздвиг на Олимпе дворец для богов, изготовил для Зевса щит-эгиду, колесницу для солнечного бога Гелиоса, ковал несокрушимое оружие для богов и некоторых избранных смертных, например для грозного Ахилла, героя Троянской войны. Он же выковывал и замечательные по красоте изделия — драгоценные украшения, чаши и кубки. В Афинах в честь Гефеста ремесленники устраивали даже особый праздник кузнецов, совершая бег с факелами.

И вот однажды титан Прометей, великий благодетель человечества по греческому мифу, тайком пробрался в жилище Гефеста, похитил у него огненное ремесло кузнеца и передал его человеку. Жизнь людей намного облегчилась, но Прометей был наказан богами за похищение огня.

В этом мифе отразилось отношение людей к замечательной профессии кузнеца. Так было в древности. А как относились к этой профессии позже?

В средневековой Европе кузнец тоже пользовался большим почетом.

В Англии, в период роста железоделательного производства, многие удачливые кузнецы богатели и становились даже лордами. Родоначальник одной такой династии заводчиков Фуллер на своем дворянском гербе изобразил кузнечные клещи, а девизом избрал слова: “Углем и щипцами”.

“Чтобы стать кузнецом, надо ковать”, — говорят французы. Этому надо учиться. Вот, что об этой профессии писали в старинной книге “Зрелище природы и художеств” (1788 год): “Ни которой художник (ремесленник — Н.М.) столько в обществе человеческом не нужен, как кузнец. Полезному сему рукоделию учащиеся выучиваются за плату в два года; а без платы должен работать на мастера четыре или пять лет. Во многих местах за довольный знак искусства в кузнечестве преемлется, ежели кузнец скует хорошо две подковы, навозные вилы и топор”.

В наше время кузнец работает на молотах, прессах, выполняет работы по ковке простых и сложных деталей, соблюдая установленные припуски и чистоту поверхности. Однако в процессе учебы кузнец овладевает и ручной ковкой.

Каких высот можно достичь в такой профессии? В народе говорят: “Хороший кузнец и муравья подкует”. И верно. Один тульский умелец имел присловье “Железо ломать — ума не надобно”, а сам мог свободной ковкой отковать портрет или, к примеру, сделать под молотом розан-цветок. Искусство! Обуховский кузнец Иван Агеев ковал стальные розы и ударом пятитонного парового молота мог закрыть крышку карманных часов, лежавших на наковальне.

В наши дни приходится работать на невиданном в старые времена кузнечном оборудовании. Краматорские кузнецы на исполинском, высотой с четырехэтажный дом ковочном прессе отковали, например, многотонные гребные валы для атомохода “Ленин”. Громадные стальные слитки превращаются в валы турбин для Волжской, Братской, Вилюйской, Красноярской и других ГЭС.

Кузнец… Когда-то он весь день трудился в угарном цехе, в дымящейся на теле от жары одежде. Продолжительность жизни кузнеца Донбасса была еще меньше, чем шахтера. Сегодняшний кузнец — это повелитель прессов, человек технически грамотный, любящий свою профессию, гордящийся ею.

Железная колонна в Дели

Среднеазиатский ученый из Хорезма Бируни закончил в 1048 году свой большой труд “Минералогия, или собрание сведений для познания драгоценностей”. В 1963 году книга была впервые опубликована полностью на русском языке. В ней есть интересная глава “О железе”, в которой Буруни с удивлением сообщает:

“К небылицам о происхождении железа, хотя они и так во множестве упоминаются в летописях, относится и то, что в Кандахаре во время его завоевания арабами был найден железный столб высотой в 70 локтей. Хишам Ибн-Амир приказал откопать его до основания, при этом было обнаружено, что столб был вкопан еще на 30 локтей в землю. Тогда он стал расспрашивать о нем, и ему сообщили, что один Тубба из Йемена вступил в их страну вместе с

персами, и когда они овладели Индией, то йеменцы отлили из своих мечей этот столб и сказали: “Мы не хотим идти отсюда дальше в другую страну”, — и завладели Синдом. И говорят: “Это слова тех, кто ничего не понимает в деле обработки металлов и изготовления крупных отливок из него”. Это даже глупость, ибо тот, кто нуждается во время завоевания страны в увеличении количества оружия, не стал бы уменьшать его вместо того, чтобы увеличивать, точно он собирался сражаться при помощи столба. Это напоминает рассказ тех людей, которые совершают поездки между Хорезмом и страной гузов, о железной наковальне величиной с большой дом, мимо которой проходят по дороге, ведущей…”.

К сожалению, на этом обрывается глава о железе — конец ее утерян. Однако сообщение о железном столбе Бируни напрасно отнесено к небылицам. Такой столб уже в его время более 600 лет стоял в Индии. Он сохранился и до наших дней.

Вот, что пишет Д. Неру в книге “Открытие Индии”:

“Древняя Индия добилась, очевидно, больших успехов в обработке железа. Близ Дели высится огромная железная колонна, ставящая в тупик современных ученых, которые не могут определить способ ее изготовления, предохранивший железо от окисления и других атмосферных явлений”.

Колонна была воздвигнута в 415 году в честь царя Чандрагупты II. Первоначально она находилась на востоке страны, была увенчана изображением священной птицы Гаруды и стояла перед храмом. В 1050 году царь Анакг Пола перевез ее в Дели. Теперь она стоит на одной из площадей индийской столицы. Темная поверхность колонны на высоте человеческого роста блестит. С давних времен стекались к ней толпы богомольцев: считалось, что, кто прислонится спиной к колонне и обхватит ее руками, тот будет счастлив.

Колонна весит около 6,5 тонн, высота ее более 7 метров, диаметр у основания — около 42 сантиметров, у верха — до 30 сантиметров. Она изготовлена почти из чистого металла (99,72% железа) и содержит лишь незначительные примеси углерода, серы и фосфора. Этим и объясняется ее долговечность и антикоррозионность. Однако в наши дни ядовитые вещества и кислоты, содержащиеся в воздухе, “вгрызаются” в старинные дворцы, соборы, статуи. Пятна ржавчины стали появляться и на знаменитой железной колонне в Дели — впервые за многие века ее существования.

Древняя Индия славилась искусством своих металлургов. О выплавке железа в Индии говорится в Ригведах — священных книгах, относящихся примерно к XIII–XII векам до н.э. Таким образом, ко времени создания колонны металлургия Индии имела, по крайней мере, полуторатысячелетнюю историю, и железо стало таким обычным, что его употребляли для изготовления плугов. Строители храма Солнца в Канараке сделали железный каркас здания. Плиты стен храма скреплены железными прутьями и клиньями, потолок основного зала держится на металлических балках длиной 10 метров и в поперечнике 20 сантиметров. Одни из них кованые, другие сварены холодным способом из широких железных полос.

Историки сообщают, что применявшиеся при сооружении египетских пирамид орудия из железа для обработки камня изготовляли в Южной Индии, которая вела оживленную торговлю с Римом, Египтом и Грецией. Индия настолько была известна на Востоке своими изделиями из стали, что у персов в разговоре о чем-нибудь излишнем и ненужном бытовала поговорка: “В Индию сталь возить”.

Известен памятник иранской архитектуры XIV века — купольный мавзолей — мечеть Ольдшайту-хана в Султании. Мечеть была декорирована мозаикой из разноцветных глазурованных и люстровых плиток. Главной достопримечательностью мавзолея были двери гробницы хана, сделанные из тончайшей индийской стали. Из стали была сделана и решетка “толщиной в руку”, окружавшая могилу Ольдшайт-хана. Она, якобы, была изготовлена из одного куска стали, и в Индии над нею трудились более семи лет.

А теперь вернемся к железной колонне. Наверное, читателей интересует вопрос — как же была изготовлена она?

Некоторые считают, что современные металлурги до сих пор не научились делать ничего подобного. Это не так. В наши дни научились делать и нержавеющую сталь, и железо такой чистоты, какой не знали древние металлурги. И все-таки искусство старинных мастеров достойно восхищения.

По вопросу о способе изготовления замечательной колонны до сих пор нет единого мнения. Некоторые авторы заявляют, что она была отлита — это менее всего вероятно. Другие считают, что при выплавке “на глазок”, как это бывало в древности, возможны очень большие отклонения в качестве металла. Вот, дескать, одним из таких исключений и могла быть колонна. Третьи предполагают, что колонна изготовлена методом сварки отдельных криц массой по 36 килограммов и последующей их проковки.

По мнению одного специалиста, древние металлурги для получения чистого железа растирали губку сварочного железа в порошок и просеивали его. А потом полученный чистый порошок железа нагревали до красного каления и под ударами молота его частицы слипались в одно целое — сейчас это называется методом порошковой металлургии. Из таких кусков железа, возможно, и составлена огромная колонна в Дели.

Булат — знаменитая сталь

Вальтер Скотт в своем романе “Талисман” рассказывает о состязании в ловкости между султаном Саладином и английским королем Ричардом Львиное Сердце. Во время состязания Ричард мечом разрубил на две части копье одного из рыцарей — все видели высокую прочность стали и огромную силу удара короля. В ответ Саладин подбросил в воздух тонкое покрывало и рассек его саблей — прекрасное доказательство остроты клинка и ловкости воина. Клинок султана был булатный. Эта одна из многих легенд, рассказывающая о чудесных свойствах булата.

Булат — знаменитая сталь, о которой слышали многие. Первые сведения о булате до нас дошли от участников похода Александра Македонского в Индию — за 2300 лет до наших дней.

Правители одного из пенджабских княжеств преподнесли Александру Македонскому сто талантов стали (талант — 25,9 килограмма — по тому времени величина изрядная, достойная упоминания в описании похода великого полководца!).

Да, Индия была родиной булата. Отсюда в восточные страны ввозили вутцы — “хлебцы” из стали. Они имели вид плоской лепешки диаметром около 12,5 сантиметра, толщиной 0,25 сантиметра и массой около 900 граммов. Каждый такой “хлебец” разрубали пополам на равные части, чтобы покупатель мог рассмотреть строение металла.

Индийские мастера много веков владели искусством обработки стали. Знаменитый арабский путешественник и географ Эдризи в 1154 году писал, что индийцы в то время славились производством стали и выковкой мечей. За сотню лет до этого Бируни, описывая производство стали и мечей, восклицал: “Никогда не будет народа, который лучше бы разбирался в отдельных видах мечей и в их названиях, чем жители Индии!” И далее он рассказывает, что мечи в Индии делали всяких цветов: зеленые (отполированное железо натирали раскаленным порошком медного купороса), синие, белые, цвета фиринд или фаранд (шелковая узорчатая ткань), то есть с узорчатым рисунком из стали, с красным полем и белыми узорами на нем.

Узоры, рисунки на металле были самой главной внешней отличительной особенностью булатных мечей. На некоторых булатах узоры были видны невооруженным глазом сразу после полировки. На других узоры появлялись только после травления соком растений. Узор мог быть крупным или мелким.

Мастера Востока тщательно хранили секрет производства булата, передавая его только лишь из рода в род. Было несколько известных центров по изготовлению булата. Особенно славился этим сирийский город Дамаск. Там уже 1800 лет назад существовала первая крупная мастерская по изготовлению стали и производству оружия из индийского вутца. Мечи из Дамаска в середине века попадали даже в африканские государства Гану, Мали и другие. Название “дамасская сталь” позже была собирательным понятием булатной стали, изготовлявшейся в разных странах.

Булатные клинки ценились очень высоко во все времена. Бируни, сообщая о различных видах индийских мечей, упоминает один из них — маджли, на котором изображались животные, деревья: “Стоимость такого меча равна цене лучшего слона, если же рисунок будет изображать человека, то ценность и стоимость меча еще выше”.

Знакомство европейцев с булатом началось еще в эпоху римского владычества — около 2 тысяч лет назад. Позднее славу булатного оружия разнесли купцы, приобретавшие его в Дамаске и развозившие по многим странам. С начала III века способ ковки дамасских мечей распространился в Западной Европе. Однако спустя 700 лет секрет производства был снова утерян.

В средние века производство булатов было и на Руси. Имеются документы, подтверждающие, что в Москве существовало производство булатов. Так, в 1616 году оружейный мастер Дмитрий Коновалов выковал зерцало из булата. В ряде документов встречаются записи: “… сабельные полосы, булат синей, московский выков”, “сабля полоса русская с долами на булатное дело”. Однако к концу XVII века это искусство, видимо, пришло в упадок, а потом и вовсе забылось. Здесь уместно будет затронуть вопрос — почему же так легко были утрачены многие секреты древних мастеров?

Академик Л.Ф. Верещагин, отвечая на этот вопрос, приводит пример с загадкой дамасской стали. Как удавалось людям средневековья без нынешней техники и без легирующих добавок получать эту изумительную нержавеющую и необыкновенно прочную сталь? Если производство дамасских клинков было уже когда-то освоено, то почему же люди позабыли его? Академик так ответил на этот вопрос: “То, что случайно найдено путем экспериментов и еще не осмысленно, не понято людьми, принадлежит им только наполовину. Человеку выпала большая удача — он нашел самородок золота. Нашел случайно. Он порадовался увесистой находке,, подержал ее в руках, спрятал под куст в надежде вернуться сюда, а потом сколько ни искал, уже не мог ее найти. Примерно тоже случилось и с дамасской сталью. Случай дал ее в руки человеку, случай и отнял”.

Несмотря на утрату секрета, интерес людей к булатной стали не пропадал. В прошлом веке ученые многих стран пытались разгадать тайну булата. Среди них был и знаменитый английский физик Фарадей, пытавшийся получать булат путем добавки к стали алюминия и платины. Однако тайну булатной стали раскрыл русский металлург Павел Петрович Аносов. После многолетних опытов он в 1833 году изготовил в Златоусте первый булатный клинок. “Полоска булата сгибалась без малейшего повреждения, издавала чистый и высокий звон. Отполированный конец крошил лучшие английские зубила”, — писал Аносов в “Горном журнале”.

Изготовленные на Златоустовской фабрике булатные клинки были золотистого отлива с крупным сетчатым или коленчатым узором, что, по мнению знатоков, было признаком высшего сорта булата. Эти клинки разрубали кости и гвозди, не повреждая лезвия, и вместе с тем легко перерезали в воздухе газовый платок.

Так что же такое булат, над тайной которого так долго и упорно бились многие люди? “Железо и углерод и ничего более, — отвечал Аносов. — Все дело в чистоте исходных материалов, в методе охлаждения, в кристаллизации”.

Да, действительно, булат оказался высокоуглеродистой сталью, полученной в результате естественной кристаллизации. Сущность образования булата заключалась в насыщении сплава большим количеством углерода (около 1,3–1,5%). В условиях медленного охлаждения образовалось и находилось в некотором избытке соединение железа с углеродом — так называемый цементит, который не растворялся, как это бывает в обычной стали, а оставался среди железа во взвешенном состоянии. Прослойки цементита обволакивались медленно остывающим мягким железом. Поэтому при высоком содержании углерода, что придает металлу твердость, булат сохраняет высокую вязкость, упругость. Из-за наличия прослоек хрупкого цементита отковка булата должна производиться крайне осторожно, ударами легкого молота, с многократным нагревом до температуры красного каления, переход за которую ведет к потере булатом своих основных свойств и характерного рисунка. Процесс изготовления булата был очень трудоемким, длительным и требовал высокого искусства.

Работы Аносова по освоению производства булатной стали оказали большое влияние на дальнейшее развитие металлургии. Ведь в то время мартеновский и конверторный процессы еще не были известны. В Англии, России и других странах литую сталь получали трудоемким длительным и малопроизводительным процессом — путем переплавки цементованных кусков железа в тиглях. Цементация, то есть науглероживание железа, представляла собой еще более длительный процесс, а иногда продолжался несколько дней.

Аносов во время работы над булатом разработал новый способ получения стали, сущность которого “заключается в сплавлении негодных к употреблению железных и стальных обсечков в глиняных горшках при помощи возвышенной температуры воздушных печей”. Если же сплавляли мягкое железо, т.е. металл с низким содержанием углерода, Аносов соединял процесс плавления с процессом науглероживания железа в газовой среде, при этом операция цементации совмещалась с плавлением. Открытие газовой цементации явилось крупным вкладом в практику металлургии и обеспечивало получение литой стали в сравнительно больших однородных массах.

Наладив на Урале производство тигельной стали, Аносов с законной гордостью писал: “В Златоусте литая сталь, получаемая из стальных обсечков и тагильского железа, может не уступать английской литой стали: в этом меня убеждают многие сравнительные опыты”.

Завершая свой рассказ о булате, автор уже предвидит вопрос нетерпеливого читателя: какова судьба булата?

В 60-е годы нашего века производство булатной стали освоили на Златоустовском заводе. Современная техника нашла много способов получения самых разнообразных сплавов с различными свойствами, которыми не обладала булатная сталь. Однако для специалистов и сегодня булат остается примером редкого сочетания двух почти несовместимых свойств — высокой прочности и пластичности. Не угас интерес к восстановлению особенностей технологии производства булатных изделий и выяснения возможности использования ее в современной металлургии.

На основе этих исследований в Советском Союзе была создана кар-бонитридная строительная сталь. Авторы технологии были удостоены Государственной премии СССР. В разработке участвовали ученые УралНИИчермета, ЦНИИчермета им. Бардина и другие.

Древние создатели булата сумели “загнать” карбиды с границ зерен в глубь кристаллов и таким образом сохранить и прочность, и вязкость достаточно высокими. В наших условиях для обеспечения подобных свойств получают сталь с добавкой 0,15% ванадия, который образует в стали стойкие химические соединения с углеродом и азотом — карбиды и нитриды. Затем сталь подвергают нормализации — нагреву с последующим охлаждением на воздухе. Причем режим подобран таким образом, что одна часть карбонитридов при нагреве растворяется в кристаллической решетке железа и после охлаждения остается там в виде мельчайших частиц. Более крупные карбонитриды при нагреве располагаются по границам зерен, сдерживая их рост, но при охлаждении освобождают границы и также уходят внутрь кристалла. В итоге получается сталь с весьма мелкозернистой структурой, а значит высокой прочностью и вязкостью, как у булата.

Уральская марка

Верхотурский воевода Протасьев 23 января 1697 года доложил в Москву, что в горе у берегов реки Тагил найден железный камень-магнит, а по берегам реки Нейвы — железные руды. Образец магнитного железняка направили для пробы в Амстердам. Оттуда получили ответ, что “лучше того железа добротою и мягкостью быть невозможно”. Найденные месторождения послужили рудной базой для первых уральских железоделательных заводов.

В 1701 году на Урале были пущены два завода — Каменский и Невьянский. Один из крупнейших заводов Урала появился в Нижнем Тагиле, где в 1725 голу построили плотину и две доменные печи. Позднее появились еще две доменные печи, два молота и плющильная машина. Суточная производительность одной доменной печи в 1727 году составляла 250–400 пудов, а годовая — около 120 тысяч пудов.

Академик С.Г. Струмилин писал позже о Нижнетагильском заводе: “Завод оказался самым крупным и жизнеспособным наследием той эпохи. В преображенном виде и грандиозно возросших масштабах он и ныне является одним из лучших украшений современного Урала”.

Вслед за этим возникли и другие заводы Демидовых, входившие в Нижнетагильский горный округ. Заводы Демидовых были самыми крупными в мире по производству чугуна.

На уральский металл ставили заводское клеймо, на котором был изображен маленький бегущий соболь. Металл с маркой “Старый соболь” выплавлялся из чистых, без вредных примесей уральских руд на древесном угле, не засорявшем металл примесями, и был известен всему миру. Аносов в своем производстве булатной стали использовал тагильское железо, ибо в его процессе успех дела состоял прежде всего в “чистоте исходных материалов”. Уральский металл был таким “добрым” и “мягким”, что его сравнивали с собольим мехом, а потому и. назвали заводское клеймо “Старый соболь”.

В Нижнетагильском краеведческом музее и сейчас можно видеть старинные изделия из уральского металла — образцы проката, свитые в узлы, самовар, железные бутылки — все они свидетельствуют о замечательном качестве железа и высоком искусстве уральских металлургов. Узлы из круглого железа затянуты в холодном состоянии при помощи строгального станка. Самовар сделан из круглых железных дисков в холодном состоянии постепенным загибом с оттягиванием без единого шва, сварки или склепывания. Железные бутылки оттянуты в нагретом состоянии.

Великолепные качества уральского железа высоко ценились за границей. Особенно охотно покупали его в Англии. “Демидовское железо “старый русский соболь”, — писала 16 апреля 1851 года английская газета “Морнинг пост”, — …играет важную роль в истории нашей народной промышленности; оно впервые введено было в Великобритании для передела в сталь в начале XV III столетия, когда стал ед ел а тельное наше производство едва начало развиваться. Демидовское железо много способствовало к основанию знаменитых шеффильдских изделий”.

Марка “Старый соболь” особенно славилась в XVIII веке — золотом веке старой уральской металлургии. Тогда Россия занимала первое место в мире по производству металла, обогнав Англию и Швецию. В России же главной металлургической базой являлся Урал: в середине XVIII века здесь производилось до двух третей всего металла в стране.

Немалую долю в вывозе русского металла в Англию занимало уральское железо. Английская металлургия в то же время переживала застойный период из-за недостатка топлива, и поэтому Англия развивала свою промышленность в основном за счет русского и шведского железа. В конце XVIII века Нижнетагильский завод вырабатывал ежегодно до 280 тысяч пудов металла, который почти полностью отправляли в Англию.

Уральские заводы XVIII века и в техническом отношении стояли на первом месте в мире. В центральной России имелись еще заводы, получавшие железо устаревшим сыродутным способом. На Урале же получали железо только из чугуна — технически это был более совершенный способ.

Уральской металлургии XVIII века принадлежали мировые рекорды и по выплавке чугуна на одну печь и по экономическим показателям расхода топлива и сырья. Доменные печи Нижнетагильского завода по своей величине и производительности значительно превосходили западноевропейские. Высота их достигала почти 13 аршин, в то время как шведские и французские были не выше 10,5 аршина, а немецкие 9–10 аршин. Средняя выплавка одной уральской печи составляла около 100 тысяч пудов в год, а некоторые печи в конце XVIII столетия давали по 150–300 тысяч пудов. Такой производительностью не отличались крупнейшие коксовые печи Англии того времени.

Однако в XIX веке положение русской металлургии изменилось. В то время как, например, Англия, снабженная русским и шведским железом, проводила технические преобразования своей промышленности, становясь на капиталистический путь развития, Россия отставала от Англии и других стран в социально-экономическом отношении. В стране до 1861 года сохранялось крепостное право. Оно послужило главным тормозом в развитии уральской металлургии. Техника уральских заводов оставалась на прежнем уровне, в то время как в других капиталистических странах она непрерывно совершенствовалась. Россия лишилась заграничных рынков сбыта железа, а внутренний спрос из-за экономической отсталости развивался слабо.

О положении в горной промышленности того времени сохранилось примечательное свидетельство современника. Корреспондент П. Крапивин с Урала писал в “Промышленном листке”: “Отовсюду слышатся жалобы на дороговизну, а частию и на негодность продуктов нашей горнозаводской промышленности… Если уж в центрах горной производительности, как например, у нас на Урале, железо по цене своей составляет предмет мало доступный земледельцам и вообще массе мелких потребителей, то можно представить в какой мере доступно оно там, где горных заводов в близости нет. Прорежьте Россию по какому угодно направлению, и вы то и дело встретите из десяти крестьянских лошадей подкованную одну, из ста саней подкованные двое — трое, из десяти скатов колес два — три без шин, на четыре дома три топора, целые деревни без железного гвоздя, огромные села без кузницы”.

Новый рассвет уральской металлургии наступил только при Советской власти. Была осуществлена идея продвижения металлургии на Восток — создание здесь крупного угольно-металлургического центра страны. Большие запасы уральской железной руды, сочетание их с сибирским углем, благоприятное географическое положение создавали необходимые предпосылки для развития на Урале технически передового крупного комбинированного хозяйства и превращения Урала в крупный металлургический центр.

По этому плану перед Великой Отечественной войной на Урале возникли такие гиганты металлургии, как Нижнетагильский (НТМК) и Магнитогорский (ММК) комбинаты.

В годы войны особенно сказались все преимущества создания этого металлургического центра. Уральские металлурги снабжали фронт металлом и боевыми машинами. В сложных условиях военного времени освоили много новых процессов: впервые в мире начали выплавлять феррохром в доменных печах на металлургическом заводе им. Серова, ферромарганец в больших доменных печах ММК из уральских бедных марганцевых руд. Сталеплавильщики овладели производством высоколегированной стали в больших мартеновских печах, а также освоили выплавку сталей-заменителей, в которых содержалось незначительное количество дефицитных легирующих элементов.

В послевоенные годы уральская металлургия продолжает свое развитие, с каждым годом увеличивая выпуск металла для мирных целей. Тагильские металлурги обеспечивают прокатом свыше 6 тысяч заводов и строек нашей страны. Металл, раньше известный под маркой “Старый соболь”, теперь с маркой НТМК и других заводов экспортируется во многие государства мира.

Петровский указ

6 апреля 1722 года был издан и сразу же разослан по заводам важный для развития русской металлургии указ Берг-коллегии “О пробовании железа”. Вот текст этой “прародительницы” современных инструкций ОТК — так называют сейчас на заводах отдел технического контроля.

“Его императорское Величество указал послать из Берг-коллегии на все железные заводы, где железо делается, чтобы 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 об весть кругом 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 клеймы полосного железа отнюдь чтоб не продавали”.

Это, пожалуй, самый первый документ об испытании металла перед использованием его в деле. Указ говорит также о том, что в эпоху Петра I заботились не только о количестве выпускаемого металла, но уже создавали методы контроля его качества. Причем спрос с бракоделов был строгий. В другом указе писалось:

“Повелеваю хозяина Тульской оружейной мастерской Корнея Белоглаза бить кнутом и сослать в работу в монастырь за то, что он, подлец, дерзнул войску государеву продавать плохие пищали и фузеи. Старшего приемщика Флорку Минаева бить кнутом и сослать в Азов, пусть не ставит клейма на плохо сделанное оружие”.

В давние времена металлические изделия не подвергались испытанию на прочность. Правда, из средневековья дошла до нас такая история о “контроле” продукции. Рассказывают, что в старину, когда оружейнику заказывали стальную рубашку — кольчугу, то примерку готового изделия производили на мастере. Заказчик брал в руку кинжал и наносил по кольчуге несколько ударов.

В связи с развитием машиностроения в XIX веке к металлу предъявили строгие требования во всех областях техники. Появилась необходимость в разработке общепринятых методов испытания металлов на прочность. С конца 50-х годов прошлого столетия начинают вводить систематические испытания прочности металла на разрыв, твердость, затем испытания на повторную нагрузку, изгиб, удар. В 1852 году для нужд железных дорог Англии и Германии строились специальные испытательные станки и машины. К этому времени уже во многих странах ведутся регулярные испытания прочности железа, проводятся сравнение и анализ результатов, издаются сводки по отдельным производствам — первая из них опубликована десять лет спустя.

В России до XX века между потребителями металлических изделий и железоделательными заводами не было соглашений относительно сортов поставляемого металла. Каждый завод имел свой сортамент. Еще в 1885 году профессор Н.А. Белелюбский требовал установить единообразные размеры проката, но только в 1894 году Постоянная совещательная контора железозаводчиков приступила к выработке русского сортамента фасонного железа. В результате пятилетней работы комиссии был принят и опубликован “Русский нормальный сортамент фасонного железа: угловое, тавровое, двутавровое, корытное и зетовое железо”.

Постоянное изучение способов испытаний и условий приемки материалов началось в 1884 году. Через три года в Стокгольме образовался Международный союз по испытанию технических материалов, который разработал международные нормы по испытанию металлов, условия технической приемки, способствовал созданию единообразия в испытании материалов. Введение механических испытаний значительно снизило брак производства, так как предварительный контроль устранял негодный металл из последующих технологических процессов.

До мировой войны и в течение нескольких последующих лет основой расчета деталей машин служили показатели статических испытаний: пределы прочности, текучести и модуль упругости. Установление того факта, что ответственные детали подвергаются в большинстве случаев действию различных по величине циклических нагрузок, явилось новым шагом в развитии теории прочности. В 20–30 годах были введены такие понятия, как усталостная прочность, пределы усталости при изгибе, кручении и растяжении-сжатии, предел усталости при знакопеременной нагрузке, конструкционная прочность, не утратившие своего значения и в настоящее время.

Усложнение методов испытания металлических изделий продолжается. Этого настоятельно требуют заботы о безопасности в использовании технических средств. Ни одна машина, ни один самолет без испытаний статическими и динамическими нагрузками не пойдет в серийное производство. А как испытать на прочность океанский лайнер или железнодорожный мост? Или исполинскую турбину, гигантский пресс?

Современное машиностроение использует детали в 30–40 метров длиной, диаметром 1,5–2 метра и весом сотни тонн. Такие громадины не испытаешь. Их только рассчитывают. Ошибок не должно быть, чтобы не произошла авария. Вот почему инженеры стараются строить машины или сооружения понадежнее — берут запас в 10–12 раз больше расчетной прочности. Это ведет к огромным убыткам. Поэтому для испытания крупных изделий строят испытательные машины. Шведская разрывная машина “Амелер”, созданная еще в первые десятилетия XX века, в новых моделях способна разорвать, как нитку, стальной стержень толщиной 60–80 миллиметров. Но с валом 300 миллиметров толщины ей не справиться. Нужны другие машины.

В Москве в Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения построены уникальные установки. На них можно проверять прочность балок толщиной 400 миллиметров, давать этим балкам статические, динамические нагрузки, определять предел усталости.

Самые большие в мире испытательные машины стараются разрушить коленчатые валы мощных двигателей, крупные гребные валы морских судов, детали прессов с усилием в десятки тысяч тонн и другие. Однако ученые пытаются постигнуть точные закономерности масштабного фактора. Вот тогда не понадобится ломать дорогие образцы, чтобы определить их прочность. Ответ дадут малые образцы, модели в 1/10, 1/100 долю натуры.

В наши дни техника контроля обогатилась многими точными приборами, созданными на основе последних достижений науки. На каждом заводе имеется ОТК со штампом специалистов, разбирающихся во всех тонкостях производства. Контролер ОТК — еще одна металлургическая профессия. Задача контролера — проследить за точным выполнением технологической инструкции на всех этапах производства металла, тем самым обеспечить надлежащее качество металла при испытаниях. Контролерами на заводах часто работают женщины. Их аккуратность, прилежность, усидчивость обеспечивают точность контроля.

А в старину все это началось с петровского указа.

Исчезнувшие профессии

Перенесемся мысленно в Англию, лет на 100–150 назад. В то время она была наиболее промышленно развитой страной мира и занимала первое место по производству железа. Один французский автор с восторгом писал в 1833 году об английских достижениях в использовании железа:

“Надобно приехать в Англию, чтобы оценить всю пользу железа. Англичане, будучи принуждены употреблять железо вместо дерева, за недостатком леса, старались выделывать оное самою дешевою ценой, и обратили ко множеству таких употреблений, о которых мы на твердой земле Европы не могли бы и подумать. Здесь на каждом шагу увидите железо, чугун, железные листы, сталь в разных видах: в машинах, столбах, колоннах разного размера, от двух дюймов до четырех футов в поперечнике, в водопроводах, в газопроводах, в колеях на дорогах, в решетках, мостах, полах, кровлях, целых набережных, дорогах и прочем”.

Впечатляющую картину нарисовал автор. Действительно, в Англии много производилось железа. А как его добывали?

Вот, как описывает другой автор железоделательное производство графства Стаффорширского, крупного металлургического района Англии:

“40 000 работников — мужчин, женщин и детей — черных, как циклопы, трудятся беспрестанно под атмосферою, наполненною дымом, вокруг тысячи пылающих горнов, на краях черных болот и пропастей, изрытых в земле еще более черной…”.

Можно представить себе условия работы у металлургических печей того времени: изнуряющая жара от раскаленного металла и тяжелый физический труд при отсутствии всяких механизмов для перемещения тяжестей.

Среди многих металлургических профессий того времени, пожалуй, самой тяжелой была работа пудлинговщика. Пудлингование было основным способом получения железа на протяжении почти всего XIX столетия.

На подину пламенной печи загружались чушки чугуна, их расплавляли. По мере выгорания из металла углерода и других примесей температура плавления повышалась и из жидкого расплава начинали “вымораживаться” кристаллы довольно чистого железа. На подине печи собирался комок слипшейся тестообразной массы. Рабочие-пудлинговщики приступали к операции накатывания крицы с помощью железного лома. Перемешивая ломом массу металла, они старались собрать вокруг лома комок или крицу железа. Такой комок имел массу до 50–80 килограммов и более. Крицу вытаскивали из печи и подавали сразу на молот — для проковки с целью удаления частиц шлака и уплотнения металла.

Обратимся к свидетельству современника — бельгийскому писателю Лемонье, описавшего в романе “Завод” (1886 год) тяжелую жизнь рабочих-металлургов.

“Хрипло дыша от напряжения и надсады, ожесточенная толпа пудлинговщиков, пыльная и почерневшая от пламени печей, надрывала свои силы в тяжелой работе, от которой пот, точно слезы, струился длинными ручьями с измученных человеческих тел и стекал на утоптанную их подошвами окалину. Вдруг, в двадцати разных местах открывались заслонки горнил, и множество рук, вооруженных клещами, проникали в пекло, извлекая оттуда страшные шероховатые болванки, покрытые ослепительно сверкающими, белыми как рис, крупинками, напоминая голову медуз, с горящими на них гривами; одна за другой болванки летели в железные фургоны, которые извергали пламя из своих глаз, ноздрей и ртов, уносили их по направлению к паровым молотам.

… Пудлинговщики… подходили один за другим к чанам с водой, поставленным у входа, и погружали в них голову и тело до самой поясницы; в алом свете дня их лица казались мертвенно бледными и розовые пятна ожогов виднелись на их коже, покусанной палящим дыханием печей. Хрипло вздымались груди, горячими струями вырывалось дыхание из пересохших ртов”.

Не удивительно, что пудлинговые мастера не желали приучать своих детей к этой работе, которая делала человека неспособным к ней около 45–50 лет жизни. И такая профессия сохранялась кое-где до начала XX века.

Теперь профессии пудлинговщика нет. Работа сталевара, конверторщика на современных агрегатах проходит совсем в других условиях. Конечно, и сейчас металлург имеет дело с раскаленным металлом, но ему теперь помогают многие механизмы и автоматические устройства.

А что представляла собой прокатка сто лет назад? Н.И. Покровский, автор книги “Рудник и завод”, изданной в 1864 году, так описывал работу прокатного стана:

“Машина, приводящая валки в движение, вертится обыкновенно с большой быстротою, чтобы самые валки быстро вертелись и быстро пропускали металл между собою. Нужно удивляться ловкости рабочих, которые с одной стороны валков вдвигают в них добела раскаленный ком железа, а с другой — подхватывают выходящую их них, еще белую от жара металлическую штуку, поднимают ее и передают на другую сторону валков. Вода, падающая на валки из особых трубок, попадает иногда на раскаленный металл в минуту вступления его в валки и, обращаясь мгновенно в пары, производит как бы настоящие ружейные выстрелы. Любопытно видеть прокатку рельсов, когда из толстой массы белого раскаленного металла, длиною не более полутора аршин, после двух или трех первых прокатов уже является рельс в несколько сажен длиною. Как адская огненная змея стремится он из валков и гнется под собственною тяжестью. Рабочие принимают его на железные палки и крючья, чтобы потом приподнять и передать рельс на другую сторону валков для новой прокатки”.

Прокатные валки могли вращаться только в одну сторону. Они не обладали способностью реверсивного движения, как в нынешних прокатных станах, когда валки вращаются туда и обратно. Кроме того, раскаленную полосу нужно было вручную подавать в валки. Это и делали рабочие-кантовщики.

Рельсы того времени были сравнительно невелики. А если приходилось прокатывать огромные массы металла? Тогда было так.

В Шеффильде на заводе Д. Брауна и К° 6 сентября 1867 года была прокатана толстая броневая плита массой около 300 тонн. “Масса железа больших размеров до сих пор не прокатывалась еще нигде”, — отмечали в прессе.

После нагрева в печи пакет “с величайшими затруднениями был вынут из оной и поднесен к валкам, причем рабочим от невыносимого жара приходилось часто переменяться между собой, несмотря на то, что все они были одеты с головы до ног в парусину, напитанную водой. После попеременной прокатки пакета взад и вперед, длившейся четверть часа, была получена удовлетворительная броневая плита толщиной в 15 дюймов. Эта громадная операция, кончившаяся так удачно, потребовала 200 человек рабочей силы…”

А теперь? Современный прокатный цех — весьма механизированный и автоматизированный участок на заводе. И пришедшего впервые на металлургический завод новичка больше всего поражает прокатка. Да и не только новичка завораживает работа прокатных механизмов. Каждый раз, попадая в прокатный цех, и бывалый металлург засмотрится на точную работу механизмов, которой руководит оператор за пультом управления. Огромный раскаленный слиток вылетает из валков и бежит по рольгангу, но ролики рольганга уже сменили направление вращения и слиток мчится обратно в валки. В промежутках между проходами слитка линейки манипулятора устанавливают его перед тем или иным калибром и кантуют его — переворачивают с боку на бок, чтобы равномерно проходило обжатие металла. Так исчезла еще одна тяжелая профессия.

В старых доменных цехах самой распространенной профессией была тяжелая работа каталя. Сейчас металлургам, особенно молодым, надо объяснять о существовании такой профессии.

Доменная печь, даже небольшая по сравнению с современными гигантами, потребляла много угля, руды, известняка. Загружать все эти материалы в печь входило раньше в обязанности каталя. Изо дня в день тащил он свою “козу” на колошник доменной печи, обливаясь потом, задыхаясь от чада, выбиваясь из сил. Сколько их становилось инвалидами, не способными к работе. Известный доменщик И.Г. Коробов рассказывал о работе каталя на Макеевском заводе, принадлежавшем французскому акционерному обществу:

“На работу каталя брали только сильных и выносливых. Не каждый может в течение смены нагрузить на “козу”, перевезти и разгрузить около 2000 пудов железной руды… За 12 и более часов работы на заводе платили 70–80 копеек (по копейке за “козу”), а на каждую “козу” грузили ни мало, ни много 25–30 пудов руды. Двор был весь в рытвинах, повороты узкие, колеи разбиты…”

Теперь на доменные печи подают материалы скипами — подъемными саморазгружающимися тележками-коробами. На новейших доменных печах для этого используется даже транспортерная подача сыпучих материалов, например на Криворожском и Череповецком металлургических комбинатах.

Загрузку мартеновских печей раньше производили тоже вручную — до революции на русских заводах не было завалочных машин. Все сыпучие материалы — руду, известняк — кидали в печь обычными лопатами. А загрузку тяжелого металлического лома выполняли специальные рабочие. Они забрасывали куски лома на огромную лопату с длинной рукояткой, висевшей на цепи. Иногда груз весил 40–60 пудов. Несколько рабочих-садчиков налегали на ручку груженой лопаты и под “Дубинушку” толкали ее в печь, переворачивая. А теперь в мартеновском цехе эту работу выполняет мощная машина, двигающаяся по железнодорожной колее шириной в 8224 миллиметров. Такая завалочная машина может подать за один прием более 10 тонн лома!

Так, на примере этих четырех исчезнувших профессий — пудлинговщика, кантовщика, каталя, садчика — можно представить наглядно изменения, внесенные техническим прогрессом в металлургические цехи.

За годы Советской власти в черной металлургии ликвидированы многие профессии тяжелого физического труда: катали. колошниковые, чугунщики, формовщики — в доменных цехах; завальщики, рабочие по подъему крышек завалочных окон — в мартеновских цехах; смазчики, ломовщики — в прокатных цехах. Взамен появилось немало новых профессий, связанных с управлением технологическими агрегатами, механизмами, аппаратами.