Тигельная плавка стали.

Сама идея плавить металл в тиглях — огнеупорных сосудах — появилась ещё в бронзовом веке, и сначала так получали медь и бронзу. Но настоящий прорыв случился, когда технологию адаптировали для стали.

Считается, что впервые тигельную плавку для получения стали освоили в Южной Индии и Шри-Ланке примерно в середине I тысячелетия до н. э.. Там развился процесс, который получил название «вутц» (wootz). Индийские мастера создавали высокоуглеродистую сталь с равномерной структурой и выдающимися механическими свойствами. Такие слитки («кейки») экспортировали в Персию и другие регионы. Из вутца ковали клинки для мечей, славившиеся балансом твёрдости и гибкости.

Позже технологию переняли в других странах Древнего Востока — в Персии, Сирии. Археологи находят остатки печей, фрагменты тиглей со шлаками и невосстановленными спеками, склады сырья в разных регионах (например, в Центральной Азии — в Мерве, Термезе, Ахсикете). Расцвет тигельной металлургии высококачественной стали (вутца, дамаска, булата) пришёлся на V–XIII века.

Со временем секрет тигельной плавки в ряде регионов был потерян. В Европе на какое-то время возобладала другая технология — сыродутная плавка.

Переломный момент наступил в XVIII веке. Английский часовой мастер Бенджамин Хантсмен (1704–1776) из Шеффилда искал способ получить более качественную сталь для часовых пружин и маятников. Он понял: если переплавить уже готовую цементованную сталь (которую получали науглероживанием железной заготовки в твёрдом состоянии), можно добиться однородности и очистить металл от шлаковых включений. После нескольких лет опытов Хантсмен в 1740 году построил в Атерклифе (предместье Шеффилда) первый сталелитейный завод.

По сравнению с конвертерной или мартеновской сталью тигельная сталь была сильно дороже, но тем не менее производительность типичной мастерской в Шеффилде с 12 горнами и семью рабочими составляла около 25 тонн стали в неделю (6 рабочих дней с тремя плавками в день), а производство всех шеффилдских заводов в конце XIX в. — более 1000 тонн только лучшего сорта инструментальной стали в неделю (не считая стали низших сортов и мягкого литого железа для котельных листов и заклепок). В больших объемах тигельная сталь производилась также в Германии, России, США и других странах.

В России П. П. Аносов начал работы по получению литой тигельной стали в 1828 году. К тому времени в России и за рубежом уже проводились опыты с таким металлом, но систематизированных знаний не было, и инженеру пришлось разрабатывать технологию самостоятельно.

Что он сделал:

• Сконструировал плавильные печи собственной конструкции. Например, построил корпус с восемью печами, в каждой из которых можно было одновременно нагревать несколько тиглей.
• Решал проблему с тиглями («плавильными горшками»). Изначально их выписывали из-за границы (из немецкого города Пассау), но это было дорого. Аносов разработал отечественный рецепт: смесь из огнестойкой челябинской глины, измельчённых бывших в употреблении горшков и древесно-угольного мусора. Златоустовские тигли оказались не только дешевле, но и не уступали в огнеупорности зарубежным.
• Провёл сотни экспериментальных плавок. В ходе опытов он изучал влияние на качество стали добавок марганца, кремния, хрома и других элементов.
• Открыл процесс газовой цементации — науглероживания железа в газовой среде (с окисью и двуокисью углерода) прямо в процессе плавки, что ускоряло проникновение углерода в металл.
• Разработал несколько вариантов тигельного способа, включая прямое сплавление железа с графитом (источником углерода).

Что получилось в итоге:

• Аносов получил тигельную сталь высокого качества, которая успешно прошла испытания у столичных мастеров. Небольшими партиями её даже отправляли на Нижегородскую ярмарку.
• Параллельно с этим Аносов вплотную занялся разгадкой тайны булатной стали — особого сорта с уникальными свойствами. Он провёл около 200 опытов и в 1837 году получил первый полноценный булатный клинок. Златоустовский булат ни в чём не уступал древним восточным аналогам.

Важный нюанс: после того как Аносова назначили начальником Алтайских горных заводов и он уехал из Златоуста, созданное им производство тигельной стали ликвидировали.

Дело Аносова продолжил П. М. Обухов. В 1854 году его перевели в Златоуст на должность управителя Златоустовской оружейной фабрики с задачей перевести производство на выпуск огнестрельного оружия. Для этого требовались особо прочные сорта стали, которые раньше покупали за границей.

В 1857 году он получил привилегию (патент) на свой способ массового производства тигельной стали высокого качества.

30 марта 1860 года Обухов отлил первую в России стальную пушку. На испытаниях она выдержала 4 017 выстрелов, не уступив зарубежным аналогам (в частности, продукции Круппа).

Тигельное производство в Златоусте просуществовало почти до начала XX века. Однако со временем оно стало уступать место более прогрессивным методам — мартеновскому и электросталеплавильному производству.