На заре цивилизации

Восточные мастера выплавляли булат из тщательно подготовленной железной руды в небольших глиняных сосудах — тиглях. В отличие от современных способов у древних не получался чугун, как промежуточный продукт. Из руды сразу образовывалась сталь. Этот способ называется прямым восстановлением железа, и современная металлургия начинает возвращаться к нему. В частности, в нашей стране в городе Старый Оскол сооружается завод, где сталь будут выплавлять способом прямого восстановления. Но вернемся к древним мастерам.

Железную руду они сначала дробили на мелкие кусочки. Потом эти кусочки обжигали в костре. При этом выгорали сера, фосфор и некоторые другие вещества, которые встречаются в руде и ухудшают свойства металла. Впрочем, мастера и не подозревали об этих веществах. Основываясь на опыте предшественников и своем собственном, они знали, что из измельченной и обожженной руды получается лучшая сталь, чем из обычной. Но почему так получается, они не знали.

После обжига руду засыпали в тигель послойно с порошком из древесного угля: сначала слой угля, потом слой руды, затем опять слой угля, и так пять-шесть раз. Уголь, как говорят металлурги, играл роль носителя тепла: он горел и расплавлял руду. А чтобы горение было более интенсивным, в основании тигля проделывали отверстие, куда гнали воздух с помощью больших кожаных мехов. В тигле создавалась очень высокая температура, от которой руда расплавлялась и превращалась в железо.

Вот вплоть до этого момента описываемый нами способ никакого секрета не представлял. Его знали и употребляли в Египте и на Британских островах, в древней Элладе и в славянских поселениях. И во всех этих местах он быстро сменился другими, более производительными способами. Глиняные тигли уступили место небольшим печам-домницам, которые давали гораздо больше металла. А вот на Востоке этот способ держался долго. Почему? Да потому, что, получив в тигле железо, восточные мастера отнюдь не считали свою работу законченной. Железо надо было еще превратить в булатную сталь. Как? Вот тут-то и начинались секреты.

Удалив подмастерьев из мастерской и тщательно заперев двери, мастер доставал из укромных уголков спрятанные растения — цветы, травы, ветки кустарников — и бросал их в тигель в только ему известной пропорции. У каждого мастера был свой набор растений. В древности верили, что их соки обладают «волшебными» свойствами — прочностью, гибкостью, вязкостью, которые и передают металлу. И они действительно передавали... После того как растения сгорали в расплавленном металле, железо превращалось в сталь. Правда, вместе с растениями в металл сыпали графитовый порошок, тоже в определенных пропорциях. Но он считался как бы подсобным материалом, не влияющим на свойства металла. И невдомек было мастерам, что именно графит превращал железо в сталь, а растения играли совсем иную, хотя и не менее важную роль.

Как известно, графит — это чистый углерод. А этот элемент играет одну из основных ролей в металлургии... Но, пожалуй, пора наконец сказать о том, что такое сталь. Школьный учебник химии дает на этот вопрос простой и четкий ответ: сталь — это сплав железа с углеродом. Правда, этот ответ не полный. Ведь углерод может растворяться в железе в различных количествах. И все это будет сталь?

Нет, сталью считается только тот сплав, в котором количество углерода не превышает двух процентов. И самое замечательное в этом соединении то, что чем больше углерода, тем сталь делается более крепкой... и хрупкой. Изделия из нее нельзя сгибать — сломаются. Да и изготовить изделия из хрупкой стали не просто. Давайте запомним один современный термин — пластичность. Это свойство материала изменять свою форму под влиянием внешних сил. Пластично железо, когда под ударами молота принимает форму нужной детали. Пластично оно и тогда, когда при нажатии изгибается, а потом снова возвращается в прежнее положение. В этом случае мы говорим, что металл упругий, а упругость — одна из форм пластичности. Таким образом пластичность — это важнейшее свойство металлов. Мы еще встретимся с этим свойством в дальнейшем.