Античная сталь

R.J. Forbes, Metallurgy in Antiquity (Leiden, 1950), cтр. 409-411 (перевод Ильдара Каюмова):

В отличие от этого отрицательного результата мы уверены, что сталь в античности производилась. Сталь называлась chalybs, а также adamas (неукротимый) или kyanos (темно-синий). Словом acies или stomoma обозначалась острота или острое лезвие оружия или инструментов, но эти слова никогда не использовались для стали непосредственно, хотя они могут обозначать части предметов «покрытые сталью».

Сомнительно, знали ли древние какой-либо прямой метод получения стали, скорее всего, они получили ее случайно, тогда когда они обрабатывали соответствующую руду. При работе с содержащими марганец железными рудами, свободными от фосфора, мышьяка или серы, имелась возможность получения стали в сыродутной шахтной печи. Нужно принимать меры предосторожности для того, чтобы не обезуглеродить крицу полностью и, таким образом, получить хорошую ковкую сталь. Этот факт был, вероятно, обнаружен кельтами в Норике около 500 г до н.э., хотя, конечно, не был понят. Характерные шахтные печи, приблизительно 1-2 метра высотой, найденные в этой области, прекрасно подошли бы для производства такой "природной" стали. Такое стойкое соединение не ограничено только сидеритом и возможность прямого производства «природной стали» могла существовать в некоторых других древних металлургических центрах, но эта пункт еще не может быть установлен из-за отсутствия должных аналитических данных относительно руд и изделий.

Второй возможностью было бы приготовление стали при помощи процесса тигельной плавки, т.е. процесса плавления. Неясно, производили ли римляне когда-либо сталь или железо процессом плавления, в свете настоящего свидетельства это кажется очень маловероятным. Они, возможно, иногда производили аморфный карбид железа, если мы можем верить интерпретации пассажа Плиния Ричардсоном (Richardson) (Nat. Hist., 34. 141), но твердым доказательством того, что они не знали процесса плавления, представляется факт, что вся их лучшая сталь была импортирована с Востока. Плиний неверно полагает, что «серикское» железо - это китайская сталь, в действительности же, оно являлось индийской сталью из района Хайдарабада, известное в настоящее время, как вутц. Вутц производился из черной магнетитовой руды, бамбукового древесного угля, и листьев некоторых углеродосодержащих растений, герметизированных в тигле из местной глины. Плавка содержимого в пламени древесного угля с помощью воздушного дутья дает королек или штейн металла, который попеременно расплавлялся и охлаждался снова четыре или пять раз, до получения круглых слитков 5-ти дюймов в диаметре и полдюйма толщиной, весом приблизительно 2 фунта. Это были слитки вутца, экспортируемые в античности в Дамаск, а позже в Толедо и другие арабские металлургические центры для изготовления так называемой "дамасской стали". Это была высококачественная сталь с определенным, продиктованным вкусом, узором. Такие дамасские клинки ковались из слитков вутца, растягиванием металла в двух или более направлениях, ударами молота. После продолжительного отжига, клинки затем закалялись и приводились к желаемой твердости, полировались и гравировались. Последняя операция наносит "дамасский" узор на поверхность. Узор и цвет, в значительной степени, определяют качество этой восточной стали. Существуют различные методы приготовления этой стали, один из которых мы описали. Другой состоит в ковке и обработке стали до темно-красного каления без закалки, но, как бы то ни было, метод ковки использовался, общая характеристика дамасской стали - это структура с небольшими шаровидными частицами цементита, который легко идентифицируется под микроскопом. Персидская сталь, как представляется, должна была производиться за счет цементации и плавления кованого железа вместе с древесным углем в тигле и эта "парфянская сталь" уступала только славе серикского железа! Известность этой восточной стали продолжалась до настоящих времен и мы часто находим ссылки на это в литературе, главным образом, без глубоких знаний этого секретного процесса о котором мы расскажем побольше. Так, Томас Кантипрэ (Thomas of Cantipre) сообщает, что восточное железо, называемое andena или alidea, очень хорошо подходит для резки и плавится, подобно меди и серебру, но менее пластично, чем железо из других частей мира! Конечно, эту превосходную сталь скоро начали имитировать и даже в античности пытались произвести подобные изделия. Так, кельтские кузнецы первого века нашей эры изобрели процесс наваривания стальных полос или проволоки на брусок из кованого железа и ложной дамаскизации при помощи перекрестной ковки, как доказано новой находкой из Нидама (Nydam). Наиболее вероятно, что этот "дамасский" узор был заимствован от метеоритов. Сидериты при прохождении через атмосферу к земле покрываются тонкой пленкой оксида магнетита. Во время ковки при низких температурах, выявляется кристаллический узор, так называемый видманштаттенский (Widmanstatten) рисунок, т.е. узор, который разрушается при белом калении. Представляется наиболее вероятным, что "вутцевский" узор, т.е. контраст между высокоуглеродистыми и низкоуглеродистыми частицами стали, является имитацией этого "дамасского" узора метеоритов.

Такая непосредственная сталь, получаемая при помощи процесса плавки, зависит от высоких печных температур, большого количества древесного угля и подходящей глины и других компонентов для огнеупорных тиглей. В настоящее время "литая сталь" все еще, в значительной степени, приготовляется в подобных тиглях при помощи процесса плавления, но часто сырое железо цементировалось к "пузырьковой стали" ("blistersteel") и проковывалось прямо в инструментах. Литая сталь - конечно современное изобретение, хотя Бирингуччио (Biringuccio) советовал о прямом производстве литой стали из штюкофенского (stückofen) железа. Но истинным развитием этого процесса была работа поколений металлургов от Реомюра (1722) до начала девятнадцатого века.

Ричардсон придерживается того мнения, что халибы также использовали их знаменитой стали процесс плавления в тиглях, но на этот счет нет никаких прямых свидетельств.

Тем не менее, наибольшое количество древней стали было сделано при помощи третьего процесса, цементации или карбидизации кованого железа. Древнее кованое железо - не всегда очень чистое, оно зачастую содержит небольшие частицы шлака и, прежде всего, содержание углерода различается по всему предмету. Другими словами, очищенная заготовка насталивается частично и неравномерно. Так вот, постепенное завоевание этого "сталелитейного" процесса было реальным импульсом подъема металлургии железа в античности. Несмотря на то, что предметы из кованого железа могли, конечно, использоваться для многих целей, они были, в большинстве случаев, менее значимыми, чем бронза, производство которой было уже хорошо освоено в течение столетий, прежде чем железо выдвинулось на первый план. Современный процесс влечет за собой нагревание пудлингового железа или мягкой стали в порошкообразной массе богатого углеродом материала. Он, как правило, называется цементированием и поверхность изделия цементируется в глубину в зависимости от длительности обработки. Он обычно производится цементированием своместно с древесным углем, молотым в порошок рогом, экскрементами или подобным углеродистым материалом, хотя при помощи современных процессов с цианистым калием чистая корка стали может быть сформирована по желанию. Вероятно, что этот тип цементации, который очень широко распространен среди проанализированных стальных инструментов, был случайным открытием. При ковке бруска обработанного железа, примитивный кузнец должен был его часто разогревать и если он достиг этого нагрева помещением своего бруска в самую середину пламени от древесного угля и поддерживал температуру, используя дутье, недостаточно сильное для того, чтобы проникнуть в сердце топки, у него будут идеальные условия для этого процесса.