Среди множества продуктов черной металлургии, доступных в Китае, сами китайцы выделяли два вида металла как особо подходящие для мечей: 百 炼钢, Bailiangang steel, "стократно/тысячекратно сложенная" сталь и 灌钢, Guangang steel, "начиненная" сталь. Первая, скорее всего, является вполне привычной нам рафинированной многократным сложением и перековкой сталью, с той лишь разницей, что исходный металл для нее производился передельным способом.
Вторая, судя по всему, чисто китайское ноу-хау. (Возможно, что корейское.) Для ее производства бралось кричное железо (передельное) и чугун. Они соединялись в единую заготовку одним из способов ниже, заготовка разогревалась до сварочного жара, затем перековывалась в несколько сложений, и из нее ковался меч. В пятидесятых годах двадцатого века, при описании метода на английском языке, для него предложили термин co-fusion, "совместная плавка". Не совсем точно, поскольку плавится при такой технологии только чугун, но термин прижился. Можно предложить "совместная сварка" — отсюда и название статьи, но будет слишком легко перепутать с кузнечной сваркой вообще, и будет путаница с термином "weld".
Сроки появления технологий: рафинированная сталь - 1-2 века нашей эры (династия Хань), для co-fusion сложнее. Здесь есть споры. Достоверно, что технология возникает не позже 3-4 века (Троецарствие, Шесть династий), однако специализирующиеся в изучении данного метода ученые настаивают на конце ханьского периода, то есть на 1-3 веках. Сложность и в том, что после определенного числа сложений отличить одну сталь от другой будет невозможно — доказано экспериментом. И вот к экспериментам с разными методами производства "начиненной" стали мы и перейдем.
В 2020 году китайские ученые опубликовали как результаты экспериментов по воспроизведению технологии, так и результаты лабораторного эксперимента, позволяющего вживую увидеть, что происходит в металле при таком процессе.
Температура во всех экспериментах строго контролировалась, и не превышала 1300° С. Содержание углерода в использованном чугуне - 3.75%.
Метод первый, самый старый и самый простой
Китайцы даже не придумали для него специального названия!
Чугунные пластины просто зажимаются между пластинами железа, и после нагрева при сварочном жаре проковываются в 4 сложения. Результат после полировки:
Подобные узоры можно обнаружить при полировке ханьских цзяней, например.
Угар металла: исходный вес - 500 грамм, клинок - 280 грамм. Содержание углерода примерно 0.28%, твердость после закалки около 40 HRC. Метод требует опытного кузнеца, чтобы поддерживать нужную температуру и не дать сгореть даже не столько металлу, сколько углероду.
Метод второй, самый поздний
"Накройте чугуном железо". Этот метод описан в книге 1637 года (династия Мин), Тянь гун кай у, Сун Инсин.
В разогретой железной пластине были сделаны выемки, с тем, чтобы расплавившийся чугун заполнил их.
Угар металла: исходный вес - 500 грамм, клинок - 192 грамма. Содержание углерода примерно 0.41%, твердость после закалки около 51 HRC. Угар железа сильнее, потери углерода меньше. Можно визуально проконтролировать нужный момент, когда чугун полностью расплавится.
Третий метод, самый сложный
Именно с ним, скорее всего, и связанно название "начиненная сталь". "Сгибая железо, вставьте чугун." Описан в сборнике эссе Шэнь Ко, "Эссе ручья снов" (зачастую принято переводить как "Эссе о бассейне мечты", "The Dream Pool Essays", дословно "Разговор кисти [для письма] из Ручья Снов", где "Ручей Снов" - поместье автора), 1088 год (династия Сун). Именно этот метод исследовали наиболее подробно.
Угар металла: исходный вес - 500 грамм, клинок - 222 грамма. Содержание углерода примерно 0.40%, твердость после закалки около 49 HRC. Угар железа заметно меньше, чем во втором случае, особенно если учитывать количество сложений и отобранные образцы. Потери углерода меньше, чем в первом случае. Если бы остановились после 4-6 сложений, содержание углерода составило бы 0.45-0.47%.
После девяти сложений структура стали, естественно, отличается. От нуля до восьми сложений:
На восьмом сложении уже была получена гомогенная среднеуглеродистая сталь. Судя по археологическим находкам, мастера зачастую останавливались на четвертом или пятом (e-f), с явно наблюдаемой слоистой структурой. Либо мы не можем отличить данную технологию при большем числе сложений.
Во время лабораторного эксперимента по сплавлению железа и чугуна выяснилась интересная вещь: примеси стремятся покинуть чугунный слой и перейти в область шва. Наблюдение производилось при помощи конфокального сканирующего лазерного микроскопа (HT-CLSM) при нагреве образца в атмосфере аргона. (Метод позволяет наблюдать фазовые переходы в металлах в реальном времени, оттого очень популярен последние годы среди металловедов.)
Оказывало ли это влияние на свойства оружия — неясно. Все это, в общем-то, предварительные эксперименты. Испытаний на механические свойства пока не проводилось.
Основные источники: "Эксперименты по воспроизведению..." Цяо и Цянь, 2020а; "Непосредственное наблюдение древнего процесса..." Цяо и Цянь, 2020b.
Подробности и точные ссылки – в карточке статьи на Kopist.site. Карточка может появиться на сайте с задержкой в несколько дней.
Подписка, комментарий, лайк или репост помогут развитию канала! Спасибо!