или вот оно то, чего не бывает. Ну, так считают многие комментаторы на Дзене. В Средние века из сыродутной печи можно получить некую таинственную “сыромятину”, которая не идет ни в какое сравнение с нормальной сталью, дамаском, а тем более булатом. И только с фантастическим усилиями можно получить из нее дамаск. Для полноты картины добавлю цитату: “а из стали тогда только булат и дамаск и были.” Тогда – это средние века и начало Возрождения. Еще то, что стали было критически мало, и была она доступна только элите.
Это на самом деле так? Нет.
Для начала разберемся с историей вопроса. В 19 веке мнения о том, что предки не умели массово делать сталь, как-то не высказывали. Поскольку современные методы появились-то только в второй половине этого века. А нормальное изучение структуры железа и стали – в последней трети, с установления в 1868 Черновым критических температур стали, точек Чернова, и связанных с ними изменения структуры металла.
Уточнение: тогда и возникла мысль называть сталью только металл, полученный этими самыми современными методами. Несмотря на чисто маркетинговое происхождение (смотрите, вот у нас - настоящая, современная сталь! не то, что у них!), она частично прижилась. В наиболее современном варианте: Ultra Low Carbon Steel - менее 0.005% углерода, Low Carbon Steel - менее 0.3% углерода, Medium Carbon Steel - 0.3-0.7% углерода, High Carbon Steel 0.7-1.2% углерода, Ultra High Carbon Steel 1.3-2.1% углерода. Тем не менее, историки вообще и историки металлургии по-прежнему называют сталью все сплавы железа и углерода с содержанием углерода 0.3-1.8%. Даже металлурги и физики по образованию и роду деятельности. Разные авторы могут расширять границы до 0.2-2.5% (в некоторых булатах содержание углерода бывает и таким). Меньше – (кричное)железо, больше - чугун.
Годы шли, металлургическая промышленность становилась все больше и сложнее, и все дальше от понимания неспециалистов. И к 1950м установилась примерно такая точка зрения на то, как в Средние века могла изготавливаться сталь:
- булатная технология – только Восток и Индия;
- науглероживанием тонких пластин и чешуек железа;
- науглероживанием криц целиком;
- сквозным науглероживанием изделий (почти не практиковалось в Западной Европе, ограниченно – в Центральной);
- непосредственно в сыродутном горне с сортировкой частей криц (с очень малым выходом стали по сравнению с железом).
Обратите внимание – то, что в сыродутном горне нельзя получить сталь – не утверждалось. Предполагалось только малое количество стали, а значит: малая доступность и высокая цена.
С тех пор были найдены, описаны, исследованы сотни новых образцов железных и стальных изделий, криц, полуфабрикатов, сыродутных печей.
История стала все шире применять естественнонаучные методы и эксперимент. Классическая металлография для образцов была со временем дополнена электронными сканирующими микроскопами и рентгеновской спектрометрией (SEM-EDX), исследованием состава дифракцией нейтронов, рентгенографией для выявления надписей… Развилась экспериментальная археология. Во многих странах десятки студентов-практикантов под руководством своих профессоров жгли древесный уголь, промывали и обжигали руду, строили печи и качали меха. Исследования повторялись, проверялись, сравнивались с археологическими находками.
Десятилетиями (буквально!) изучалась конструкция сыродутных печей и происходящие в них процессы. Конструкции и принципы работы были столь основательно забыты, что в большинстве публикаций до 1990х могут содержаться критические ошибки. Как пример, можно встретить утверждение, что крица образуется на дне печи. Это неверно, крица формируется над нижним слоем шлака, примерно на уровне входа воздуха. Также, только в 90х были непосредственно (зондами) измерены температуры внутри печи. И наконец, точных моделей, что именно происходит внутри печи нет до сих пор. Базовые есть. Примерно известно, что нужно делать для желаемых результатов. Но точное описание процессов? Например, как именно и в каких пределах содержание фосфора и марганца в руде влияет на состав металла? Какие процессы идут в частично расплавленном металле, а какие при взаимодействии твердой фазы с газами? Эксперименты продолжаются.
И, в результате, в 1990х-2010х годах сложилась новая картина:
- технологии булата были тщательно исследованы, и снова, в очередной раз, “тайны булата были открыты”;
- науглероживание тонких пластин и чешуек, естественно, работает – но было, видимо, не слишком распространено в Средние века;.
- то же и с науглероживанием готовых изделий, с замечанием – широко распространено в Восточной Европе, особенно в финно-угорской кузнечной традиции, заметно менее – в Центральной, где угасло к 12-13 веку;
- была воспроизведена возможная, но не подтвержденная археологией “аристотелева сталь” – способ получения средне- и высокоуглеродистой стали из железа переплавкой в кузнечном горне;
- и наконец, в сыродутных печах можно стабильно получать сталь с самым разным содержанием углерода – не из всякой руды, естественно. Более того, для ряда руд сталь получается очень легко – и надо следить, чтобы она не превратилась в чугун. Руды, естественно, использовались из месторождений, доступных или разрабатываемых в Средние века. И да, среди них были болотные и озерные руды.
Копия одной из средневековых торгово-обменных форм металла рядом с рисунком оригинала. Содержание углерода 0.2-0.7%. Изготовлено из болотной руды.
Естественно, содержание углерода в крицах было неравномерным. И тут было три варианта: либо многократная перековка со сложением для получения более однородной стали, либо рубка и сортировка частей крицы (для чего потребовалось нарастить размеры криц, что и произошло в позднее Средневековье одновременно с освоением передельного процесса), либо использование как есть. Последнее неплохо работало для массивных изделий - топоров, молотов, скованных из одного куска крицы. Более твердая часть шла на лезвие или боек, что и давало нужное распределение твердости без дополнительных усилий по сварке или частичному науглероживанию лезвия. Такое мнение высказывалось еще Б.А. Колчиным на основании изучения древнерусских изделий, и вполне подтверждается исследованиями скандинавских изделий.
Пример из Норвегии 4-5 веков: вот такие клинья (да, предполагается, что это не топоры, а именно клинья, не имевшие постоянных рукоятей, а возможно, и торгово-обменная форма для стали) зачастую имеют содержание углерода в лезвии 0.4-0.8% и в основном теле 0.2-0.4%.
Наиболее интересные эксперименты по получению стали и железа будут разобраны отдельно, в последующих статьях.
Зачем же, если все было так хорошо, наши предки перешли к домнам, к непрямому процессу чугун-железо-сталь или чугун-сталь? У прямого процесса в сыродутной печи есть несколько неустранимых недостатков:
- низкий процент извлечения железа из руды – зачастую сырьем для домн служили шлаки от старых печей
- меньшая точность контроля результата, менее предсказуемое качество металла на выходе
Тем не менее в ряде регионов прямой процесс получения железа и стали дожил до 19 века.
С историей изучения немножко разобрались.
Следуют продолжения на тему:
- современные опыты и практика по получению железа и стали в репликах средневековых печей (в ряде стран не только ковка, но и выплавка металла стала частью реконструкторского движения);
- качество средневековых железа и стали в разных странах, центры производства, торговые пути;
- распространенность, доступность, цена железа и стали в Средние века и Возрождение;
- потери железа на пути от руды до готовых изделий;
- сколько нужно было железа в сельском хозяйстве, и сколько терялось каждый год при обработке земли.
Основные источники:
Исторический обзор: Бухвальд 2005 Iron and steel …, Колчин 1953 Черная металлургия… .
Современное положение дел: Бухвальд 2005, Бухвальд 2008 Iron, steel and cast iron…, Кру 2013 Twenty-five years of bloomery experiments… .
Точные ссылки и полный список – в карточке статьи на сайте этого канала Kopist.site
Подписка, комментарий, лайк помогут развитию канала. Спасибо!
