Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

В те времена температурная обработка готовой прокатной стали была сравнительно простой. Если требовалась твердая сталь для режущих поверхностей, изготовитель разогревал металл докрасна и погружал его в емкость с водой, маслом или другим материалом. Однако такая технология производства твердых режущих поверхностей делала углеродистую сталь хрупкой. Если требовался более пластичный продукт, оператор отжигал металл, позволяя ему медленно охлаждаться после нагрева, тем самым принося в жертву твердость. Комбинированные процедуры могли дать промежуточные характеристики, но в целом твердость достигалась в ущерб ковкости и наоборот. Только в XX веке металлурги устранили эти ограничения.

Пока Сименс строил свой экспериментальный завод в Англии, в Бирмингеме, в 1865 году, Александр Лайман Холли (1832–1882) изготавливал бессемеровскую сталь в городе Трой, штат Нью-Йорк, и к 1867 году стальные рельсы уже выпускались в Джонстауне, Пенсильвания. В том году Абрам С. Хьюитт посетил Парижскую выставку как представитель Соединенных Штатов и увидел мартеновский процесс выплавки стали. Он сразу понял его важность, получил права на использование процесса в Соединенных Штатах и установил сименс-мартеновскую печь в Трентоне, Нью-Джерси. Эндрю Карнеги организовал свою компанию в 1870 году в Питтсбурге. К 1873 году Вифлеемская металлургическая компания уже строила завод по производству бессемеровской стали. Ее инженером-консультантом был Холли. Он требовал, чтобы все сталелитейщики производили химический анализ и физические испытания своей продукции. Следуя экспериментам Томаса и Гилкриста в 1877 году, производство основной мартеновской стали распространилось быстро, особенно в Германии, где было много фосфорсодержащих руд. К 1887 году сталелитейные заводы Круппа стали крупнейшими в мире. Правда, Круппу не удалась попытка обойти патент Томаса.

К 1865 году настоятельная потребность в материале более твердом, чем ковкое железо, но все же обладающем некоторой эластичностью, привела к выплавке 225 000 тонн стали в Британии, 98 000 тонн в Германии, 41 000 тонн во Франции и 14 000 тонн в Соединенных Штатах. Первая сталь Бессемера стоила около 42 фунтов за тонну, то есть ее едва ли можно было назвать дешевой. Тем не менее он получил доход в 20 фунтов. Цены падали быстро, и к 1881 году британцы уже продавали железнодорожные рельсы по 6—10 фунтов за тонну. Самой низкой цена была в 1895 году – 3—15 фунтов. В том году Британия произвела 3,5 миллиона тонн, Франция – почти 1 миллион, а Соединенные Штаты – больше 6 миллионов. За тридцать лет производство увеличилось в 37 раз. Быстрый подъем сталелитейной промышленности являлся одной из важнейших черт промышленной революции в XIX веке. Более того, без стали и ее сплавов инженерные успехи, описанные в следующих главах, не были бы достигнуты.

Среди больших железных мостов, построенных с распространением железных дорог во второй половине XIX века, три были воистину выдающимися. По концепции и дизайну все три моста были разными. Джеймс Б. Идс выбрал арочную конструкцию для своего моста через Миссисипи, открытого в районе Сент-Луиса в 1874 году. Для знаменитого Бруклинского моста инженеры Джон А. Рёблинг и его брат Вашингтон А. Рёблинг выбрали висячую конструкцию, которая им удалась на Ниагаре. Джон Фаулер и Бенджамин Бейкер, построившие мост через Ферт-оф-Форт в Шотландии, предпочли консольную конструкцию. Все строители имели опыт подводных работ. Все три моста до сих пор эксплуатируются.

Одним из первых оценил новейший строительный материал Джеймс Б. Идс (1820–1887), родившийся в Лоренсбурге, штат Индиана. Во время Гражданской войны он строил обшитые железом канонерки для союзного правительства. Идс располагал сталью с содержанием хрома еще до того, как Баур усовершенствовал свои методы. Идс проявлял непреклонность в отношениях с производителями стали для своего моста, пока не получил материал, в точности соответствовавший его требованиям. До войны Идс занимался подъемом затонувших речных судов и потому лично исследовал дно Миссисипи в водолазном колоколе собственной конструкции, двигаясь на глубине 65 футов. Он видел коварное песчаное дно реки, знал, на какую глубину она промерзает, и был совершенно убежден: опоры моста должны уходить в глубину до коренной породы.

Жители Сент-Луиса приветствовали постройку моста. Они гордились тем, что ведут свой род от обитателей французских меховых факторий Миссури, верховьев Миссисипи и Огайо, видели будущее Сент-Луиса – крупного промышленного города на большой реке, центра торговли между восточными и западными штатами. Также они понимали, что город Чикаго, что на озере Мичиган, станет железнодорожным узлом. Железнодорожники вполне могут построить мост через Миссисипи в другом месте, выше Миссури, и обойти Сент-Луис в движении на запад. В принципе так и было сделано в 1855 году в районе Рок-Айленда.

Миссисипи в прошлом всегда служила Сент-Луису и способствовала росту его богатства. И теперь реке не могли позволить стать препятствием на пути прогресса города. Миссисипи становилась барьером, когда замерзала, потому что лед был слишком толстым, чтобы по реке продолжали курсировать лодки и паромы, но слишком тонким, чтобы по нему могли проехать груженые повозки. Ледяные заторы становились опасными, когда поднимающиеся воды Миссури, или Огайо, или обеих рек сразу вливались в долину до того, как она успевала очиститься весной. Бывало, приходилось ждать месяц, чтобы переправиться среди льда на другой берег реки. Приближение железных дорог со стороны Огайо, Индианы и Иллинойса поэтому могло означать лишь одно для жителей Сент-Луиса: железные дороги должны прийти через Миссисипи прямо в их город.

Рис. 10.2. Мост Идса в Сент-Луисе

Тем не менее условия строительства моста диктовала Джеймсу Б. Идсу река (рис. 10.2). Бурный поток поднимался и опускался согласно сезонному циклу. Иногда он поднимался на 40 футов выше обычного низкого уровня воды, и скорость течения возрастала с 3 до 9 миль в час, порождая коварные местные течения в русле, которые делали разводной мост нежелательным. Тогда пролеты пришлось бы делать достаточно длинными, чтобы обеспечить безопасный проход, а высоту над уровнем высокой воды – большой, чтобы не сломать дымовые трубы. Идс в 1868 году решил поднять арки на 50 футов над максимальным уровнем прилива, который был зафиксирован в 1844 году. Длина пролетов тоже должна была превысить все известные предыдущие арочные конструкции. Идсу было известно мнение Томаса Телфорда, что 600-футовая чугунная арка может быть переброшена через Темзу, и он рассчитывал на значительно лучшие качества стали, которые должны были сделать 500-футовый пролет безопасным. Сегодня есть стальные арки с пролетами более 1600 футов.