Николай Мезенин - Занимательно о железе

• Название: Занимательно о железе
• Автор: Николай Мезенин
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Научпоп
• Год: 1985

Словом «железо» обозначают всю совокупность черных металлов, изделия из чугуна и стали. В сплавах на основе железа сочетаются прочность, пластичность, способность превращаться в изделия любой формы и противостоять ударным нагрузкам, работать при очень низких и довольно высоких температурах.

Книга рассказывает о том главном, чем связаны все металлургические профессии — о железе, металле, который добывают и обрабатывают металлурги многих специальностей. Человеку, выбирающему металлургическую профессию, надо знать больше об истории металла, о том, что связано с его производством, обработкой и использованием.

Читатель встретит в книге любопытные сведения о свойствах железа и его сплавов, узнает биографии железных вещей, познакомится со старинными легендами о железе, с некоторыми новейшими профессиями, с ролью железа в научно-технической революции, заглянет в будущее металлургии.

Книга рассчитана на широкий круг читателей.

---

Аносов во время работы над булатом разработал новый способ получения стали, сущность которого “заключается в сплавлении негодных к употреблению железных и стальных обсечков в глиняных горшках при помощи возвышенной температуры воздушных печей”. Если же сплавляли мягкое железо, т.е. металл с низким содержанием углерода, Аносов соединял процесс плавления с процессом науглероживания железа в газовой среде, при этом операция цементации совмещалась с плавлением. Открытие газовой цементации явилось крупным вкладом в практику металлургии и обеспечивало получение литой стали в сравнительно больших однородных массах.

Наладив на Урале производство тигельной стали, Аносов с законной гордостью писал: “В Златоусте литая сталь, получаемая из стальных обсечков и тагильского железа, может не уступать английской литой стали: в этом меня убеждают многие сравнительные опыты”.

Завершая свой рассказ о булате, автор уже предвидит вопрос нетерпеливого читателя: какова судьба булата?

В 60-е годы нашего века производство булатной стали освоили на Златоустовском заводе. Современная техника нашла много способов получения самых разнообразных сплавов с различными свойствами, которыми не обладала булатная сталь. Однако для специалистов и сегодня булат остается примером редкого сочетания двух почти несовместимых свойств — высокой прочности и пластичности. Не угас интерес к восстановлению особенностей технологии производства булатных изделий и выяснения возможности использования ее в современной металлургии.

На основе этих исследований в Советском Союзе была создана кар-бонитридная строительная сталь. Авторы технологии были удостоены Государственной премии СССР. В разработке участвовали ученые УралНИИчермета, ЦНИИчермета им. Бардина и другие.

Древние создатели булата сумели “загнать” карбиды с границ зерен в глубь кристаллов и таким образом сохранить и прочность, и вязкость достаточно высокими. В наших условиях для обеспечения подобных свойств получают сталь с добавкой 0,15% ванадия, который образует в стали стойкие химические соединения с углеродом и азотом — карбиды и нитриды. Затем сталь подвергают нормализации — нагреву с последующим охлаждением на воздухе. Причем режим подобран таким образом, что одна часть карбонитридов при нагреве растворяется в кристаллической решетке железа и после охлаждения остается там в виде мельчайших частиц. Более крупные карбонитриды при нагреве располагаются по границам зерен, сдерживая их рост, но при охлаждении освобождают границы и также уходят внутрь кристалла. В итоге получается сталь с весьма мелкозернистой структурой, а значит высокой прочностью и вязкостью, как у булата.

Уральская марка

Верхотурский воевода Протасьев 23 января 1697 года доложил в Москву, что в горе у берегов реки Тагил найден железный камень-магнит, а по берегам реки Нейвы — железные руды. Образец магнитного железняка направили для пробы в Амстердам. Оттуда получили ответ, что “лучше того железа добротою и мягкостью быть невозможно”. Найденные месторождения послужили рудной базой для первых уральских железоделательных заводов.

В 1701 году на Урале были пущены два завода — Каменский и Невьянский. Один из крупнейших заводов Урала появился в Нижнем Тагиле, где в 1725 голу построили плотину и две доменные печи. Позднее появились еще две доменные печи, два молота и плющильная машина. Суточная производительность одной доменной печи в 1727 году составляла 250–400 пудов, а годовая — около 120 тысяч пудов.

Академик С.Г. Струмилин писал позже о Нижнетагильском заводе: “Завод оказался самым крупным и жизнеспособным наследием той эпохи. В преображенном виде и грандиозно возросших масштабах он и ныне является одним из лучших украшений современного Урала”.

Вслед за этим возникли и другие заводы Демидовых, входившие в Нижнетагильский горный округ. Заводы Демидовых были самыми крупными в мире по производству чугуна.

На уральский металл ставили заводское клеймо, на котором был изображен маленький бегущий соболь. Металл с маркой “Старый соболь” выплавлялся из чистых, без вредных примесей уральских руд на древесном угле, не засорявшем металл примесями, и был известен всему миру. Аносов в своем производстве булатной стали использовал тагильское железо, ибо в его процессе успех дела состоял прежде всего в “чистоте исходных материалов”. Уральский металл был таким “добрым” и “мягким”, что его сравнивали с собольим мехом, а потому и. назвали заводское клеймо “Старый соболь”.

В Нижнетагильском краеведческом музее и сейчас можно видеть старинные изделия из уральского металла — образцы проката, свитые в узлы, самовар, железные бутылки — все они свидетельствуют о замечательном качестве железа и высоком искусстве уральских металлургов. Узлы из круглого железа затянуты в холодном состоянии при помощи строгального станка. Самовар сделан из круглых железных дисков в холодном состоянии постепенным загибом с оттягиванием без единого шва, сварки или склепывания. Железные бутылки оттянуты в нагретом состоянии.

Великолепные качества уральского железа высоко ценились за границей. Особенно охотно покупали его в Англии. “Демидовское железо “старый русский соболь”, — писала 16 апреля 1851 года английская газета “Морнинг пост”, — …играет важную роль в истории нашей народной промышленности; оно впервые введено было в Великобритании для передела в сталь в начале XV III столетия, когда стал ед ел а тельное наше производство едва начало развиваться. Демидовское железо много способствовало к основанию знаменитых шеффильдских изделий”.

Марка “Старый соболь” особенно славилась в XVIII веке — золотом веке старой уральской металлургии. Тогда Россия занимала первое место в мире по производству металла, обогнав Англию и Швецию. В России же главной металлургической базой являлся Урал: в середине XVIII века здесь производилось до двух третей всего металла в стране.

Немалую долю в вывозе русского металла в Англию занимало уральское железо. Английская металлургия в то же время переживала застойный период из-за недостатка топлива, и поэтому Англия развивала свою промышленность в основном за счет русского и шведского железа. В конце XVIII века Нижнетагильский завод вырабатывал ежегодно до 280 тысяч пудов металла, который почти полностью отправляли в Англию.

Уральские заводы XVIII века и в техническом отношении стояли на первом месте в мире. В центральной России имелись еще заводы, получавшие железо устаревшим сыродутным способом. На Урале же получали железо только из чугуна — технически это был более совершенный способ.

Уральской металлургии XVIII века принадлежали мировые рекорды и по выплавке чугуна на одну печь и по экономическим показателям расхода топлива и сырья. Доменные печи Нижнетагильского завода по своей величине и производительности значительно превосходили западноевропейские. Высота их достигала почти 13 аршин, в то время как шведские и французские были не выше 10,5 аршина, а немецкие 9–10 аршин. Средняя выплавка одной уральской печи составляла около 100 тысяч пудов в год, а некоторые печи в конце XVIII столетия давали по 150–300 тысяч пудов. Такой производительностью не отличались крупнейшие коксовые печи Англии того времени.

Однако в XIX веке положение русской металлургии изменилось. В то время как, например, Англия, снабженная русским и шведским железом, проводила технические преобразования своей промышленности, становясь на капиталистический путь развития, Россия отставала от Англии и других стран в социально-экономическом отношении. В стране до 1861 года сохранялось крепостное право. Оно послужило главным тормозом в развитии уральской металлургии. Техника уральских заводов оставалась на прежнем уровне, в то время как в других капиталистических странах она непрерывно совершенствовалась. Россия лишилась заграничных рынков сбыта железа, а внутренний спрос из-за экономической отсталости развивался слабо.

О положении в горной промышленности того времени сохранилось примечательное свидетельство современника. Корреспондент П. Крапивин с Урала писал в “Промышленном листке”: “Отовсюду слышатся жалобы на дороговизну, а частию и на негодность продуктов нашей горнозаводской промышленности… Если уж в центрах горной производительности, как например, у нас на Урале, железо по цене своей составляет предмет мало доступный земледельцам и вообще массе мелких потребителей, то можно представить в какой мере доступно оно там, где горных заводов в близости нет. Прорежьте Россию по какому угодно направлению, и вы то и дело встретите из десяти крестьянских лошадей подкованную одну, из ста саней подкованные двое — трое, из десяти скатов колес два — три без шин, на четыре дома три топора, целые деревни без железного гвоздя, огромные села без кузницы”.