Это история про средневековую легированную сталь и про то, что не только узором определяется качество булата.
Канал "Книжные раскопки" продолжает цикл статей об исторических технологиях стали. И начинает серию статей о булатах. И начнем с персидских - поскольку по ним есть достаточно новая, 2020-2023 года, информация.
Но сначала - короткий обзор предмета разговора. Булат - тигельная сталь с содержанием углерода 1.4-1.9% в среднем. За счет своей тигельной природы имеет минимальное количество шлаков из всех ранних сталей. Волшебных свойств не имеет :), хотя с этим согласны не все.
Где и когда точно изобретен - пока неизвестно. Письменные источники - письменными источниками, легенды - легендами, а вот подтвержденные находки изделий пока датируются, самое раннее: 5 век - Кавказ, 6 век - Иран и Пакистан. Подтвержденные места производства с бесспорными датировками также начинаются примерно с 6 века (Шри-Ланка). Если брать спорные - то речь пойдет о 3-2 веках до нашей эры, или даже 8-4 веках до нашей эры (Южная Индия).
Зато известно, где булат производился. Достоверно, с найденными производственными центрами: Южная и Северная Индии - по разным технологиям, Шри-Ланка, Персия - Хоросан и Фарс (Парс), Турция - Анатолия. По письменным свидетельством, Йемен, возможно, арабская часть Испании. Китай тигельную сталь, судя по всему, знал, но не стремился производить в столь углеродистом варианте.
Возможные способы производства также известны: науглероживание железа или низкоуглеродистой стали, сплавление чугуна и железа, разуглероживание чугуна. Первый способ был, вероятно, первым и хронологически, и самым распространённым географически. Он достоверно использовался при производстве булата в Ферганской долине, и дискуссионно - в Мерве. Это - средневековый Хоросан. А что в Фарсе?
Итак, Персия - Иран, часть современной провинции Йезд, часть исторической области Фарс, шахрестан Хатем, окрестности города Герат (не путать с афганским Гератом), селение, бывшее средневековым городом - Чахак (Chāhak, араб. Ṣāha, Ṣāhak).
Интересующимся историей булата город известен по упоминаниям в средневековых манускриптах, начиная с 12 века, а позже по публикациям середины 2010х, когда появился термин "традиция Чахак" и были представлены первые реконструкции тиглей из Чахака. За последние же годы были выяснены подробности процесса производства стали, проанализированы капли металла, сохранившиеся в тиглях, металлургические шлаки, а также обнаруженная в Чахаке сыродутная крица. Также были произведены эксперименты по частичному воспроизведению процесса производства стали в Чахаке, и с высокой долей вероятности был определен один из загадочных компонентов рецепта булата Аль-Бируни.
Никаких археологических следов чугуна или средневекового производства чугуна в окрестностях не найдено. Оттого логично предположить, что использовалась технология науглероживания. Давайте пойдем по шагам технологического процесса.
Во-первых, понадобится исходное железо или сталь. Рецепт Аль-Бируни говорит о мягком железе, "подковах и гвоздях от них", но здесь реальность может преподнести сюрприз. Обнаруженная в Чахаке крица в металлических частях имела содержание углерода 0.7-0.8%, то есть это уже была сталь.
Второй особенностью крицы было высокое содержание фосфора, до 1% (до 4% в шлаковых включениях). Такое же содержание фосфора было отмечено и в каплях стали, зафиксировавшихся на стенках тиглей или в шлаках. Такое возможно, например, если железная руда содержит апатит - о болотных рудах в горах Ирана речи не идет. И такие месторождения поблизости имеются.
Во-вторых, понадобятся тигли. Вот такие:
Средний внутренний диаметр тигля - 6.7 см, высота без крышки - 27 см. Полный внутренний объем - 1 литр с точностью до 10%. Объем слитка стали оценивается в 340-580 мл, таким образом, масса его составит 3-5 кг.
Структура заполненного тигля:
Сверху вниз: герметично закрытая (замазанная) крышка, пустая область с отпечатком ткани (часть процесса производства) и каплями металла, область шлака, область слитка с характерными, похожими на пчелиные соты отпечатками и утолщенное дополнительным куском глины дно.
А вот как их делали:
В-третьих, загрузка тиглей. В них помещают железо или сталь, измельченное небольшими кусками, и смесь реагентов, состоящую из высушенных и измельченных корок граната (источник углерода), а также магнезию и нечто жженое-черное (rusaktaj). Слово, обозначающее магнезию, со временем изменило значение. В средневековых словарях оно означало не сульфат магния, а оксид марганца. А под жжено-черным, по мнению исследователей, подразумевается хромит - хромистый железняк, хромистый шпинель. Использовался в средневековой Персии и как компонент косметики, и как черный пигмент в знаменитой персидской керамике.
И в радиусе 50 километров от Чахака есть минимум по одному месторождению и того, и другого.
А самое главное - в каплях металла из тиглей содержится в среднем 1.4% хрома и 0.2-0.6% марганца. Которых не содержится в крице. Которых не содержится в керамике тиглей. Зато они имеются в шлаках на стенках тиглей и кузнечных шлаках. Что свидетельствует о постоянном, целенаправленном применении этих добавок во время работы булатного производства. То есть мы имеем средневековую сталь не природно-легированную, а легированную мастерами целенаправленно. Вероятно, несколько веков подряд - активное производство в Чахаке продолжалось минимум с 12 по 15 век, по письменным свидетельствам.
Чему есть еще одно свидетельство - довольно известное кресало 12-13 века.
Держатель выполнен из бронзы, а вот ударная часть - из булата с содержанием хрома 3.7%, и марганца 0.3%. Да, булат не был только и исключительно оружейной сталью. Он был просто хорошей, дорогой сталью.
Но в итоге получается сталь весьма специфического состава. Хром и марганец - это прекрасно, они, кроме прочего, помогают лучше проявиться булатному узору. 1.4-2.0% углерода - ну да, это же булат. И 1-2% фосфора, которые радикально портят картину, увеличивая хрупкость стали.
Примерно так писали средневековые авторы: делали в Чахаке отличный булат. Красивый, яркий, его даже с индийским путали. И шел он сначала в ту же цену, что индийский. Но вот беда - хрупкими оказались мечи из него, легко ломались. Разобрались люди, и стал булат из Чахака стоить меньше индийского.
Что, с современной точки зрения, ожидаемо. Производство от этого не прекратилось - стали в средние века слишком много не бывает.
В-четвертых, собственно плавка. И современные эксперименты.
Последние, надо сказать, производились в чисто лабораторных условиях, для определения очень грубых приближений. Так, исходным металлом служили просто гвозди, реагенты в первых опытах не измельчались, а просто ссыпались в тигль и так далее. Естественно, оказалось, что сделать напрямую "по книжке" нельзя, если насыпать кучку гвоздей, а сверху - корок граната, булата не получится.
А получится вот такое:
После перехода к нормальному измельчению реагентов и их равномерному распределению в тигле, подбора температур и длительности удалось получить вполне приличные слитки:
Состав привести в точное соответствие с данными их Чахака не удалось, но близкие результаты получены были.
Первый: 4% фосфора, 1.3% хрома, <0.3% марганца.
Второй: 1.6% фосфора, 0.8% хрома, 0.5% марганца.
И микроструктуры:
Это еще не полная удача экспериментов, но явно правильный путь. Базовые компоненты для данного производственного процесса можно считать определенными.
Основные источники: "Производство персидского булата: традиция Чахака", Алипур и др., 2014; "Хромистая тигельная сталь была впервые сделана в Персии", Алипур и др., 2021; "Прикладные алхимия и археология: экспериментальное воспроизведение персидской хромистой тигельной стали", Алипур, Ререн, 2023.
Подробности и точные ссылки – в карточке статьи на Kopist.site. Каталог статей и источников обновляется раз в одну-две недели.
Другие "производственные" статьи на канале:
Сталь для катаны: цветы в огне и механизмы кузнечной сварки при ковке японского меча - о внутренних механизмах кузнечной сварки, и о том, что получится, если поместить датчики прямо м свариваемую сталь.
Как сварить китайский меч? Цзянь, дао и технология совместной сварки от Хань до Мин, 1-17 века - о том, как китайцы делали тремя способами сталь из чугуна и обезуглероженного железа. Один из механизмов похож на изготовление булата сплавлением железа и чугуна, однако не до конца.
Подписка, комментарий, лайк или репост помогут развитию канала! Спасибо!
