Юрий Гуревич - Загадка булатного узора

Но почему природно-легированные стали обладают высокими свойствами? Металлы — кристаллические вещества, и свойства сплавов зависят от расположения атомов легирующих элементов в их кристаллической решетке. При плавлении металлов и небольших температурах перегрева жидкого сплава в нем сохраняется так называемый «ближний порядок». Это значит, что атомы в микрообъемах вещества расположены один относительно другого определенным образом.

Современное производство легированных сталей основано на расплавлении металла, удалении из него необходимого количества углерода, освобождении от лишнего кислорода, вредных примесей и легировании путем добавки ферросплавов в жидкую ванну. При выплавке стали «кор-тен», например, в жидкую ванну добавляют феррохром, никель, медь, феррофосфор и другие ферросплавы.

Однако в связи с тем, что в слабо перегретом жидкой сплаве сохраняются устойчивые связи между существующими атомами, атомы легирующих элементов не могут попасть на те места, которые им предназначены природой. Такая закономерность сохраняется и после кристаллизации стали. Поэтому в стали, выплавляемой по современной технологии, как правило, не реализуется полностью весь комплекс физико-механических свойств которые могли бы обеспечить вводимые в нее легирующие элементы.

Если бы можно было сделать атмосферостойкую сталь без добавок легирующих элементов в период плавки, как это делалось в прошлом, она обладала бы более высокими свойствами. Но как это сделать, где найти материалы для выплавки такой стали? Как тут не вспомнить старых русских металлургов, ведь они находили такие материалы! А в наше время?

Оказывается, и в наше время есть такие руды в Халиловском месторождении, около города Орска. Для работы на этих рудах в городе Новотроицке был построен Орско-Халиловский металлургический комбинат. И получают на комбинате природно-легированный чугун, который содержит никель, хром и фосфор.

Получать-то получают, а переделывать в обычную сталь затрудняются. Дело в том, что в обычных сталях фосфор — вредная примесь, он делает сталь хрупкой, и его надо удалять до сотых долей процента. Удаляют фосфор из расплава путем его окисления и перевода образующихся окислов в шлак. Однако вместе с фосфором окисляется хром, а окислы хрома, переходя в шлак, делают его вязким, неактивным. Это затрудняет плавку стали, удлиняет ее, повышает стоимость стали. А вот атмосферостойкая сталь имеет высокое содержание фосфора, и, следовательно, фосфор из чугуна удалять практически не надо. Значит, при переплаве пригодно-легированного чугуна сохранится и хром, значит, нет опасности получать вязкие хромистые шлаки. Вот и получается, что халиловский чугун самой природой создан для производства природно-легированной атмосферостойкой стали.

Эксперименты на Орско-Халиловском металлургическом комбинате привели к положительным результатам — изобретению новой природно-легированной атмосферостойкой стали. Новая никельхромомедистая высокофосфористая природно-легированная сталь с успехом выдержала все физические и механические испытания и обеспечила комплекс необходимых свойств при температуре — 40 °C.

Интересно, что повышенное содержание фосфора и меди встречается также во многих образцах древних булатов. В Тульском музее оружия хранится кинжал. Длина его клинка 15 см, а ручки с головой быка — всего 10. Найден он на Куликовом поле; считают, что оружие изготовлено около 1380 года. Небольшие размеры дают основание предполагать, что это женское оружие. Внутри ручки есть пружина, с помощью которой клинок смазывается ядом, вытекающим из специальной железной трубки. Железо трубки сильно корродировано, в то время как лезвие клинка совершенно чистое, без каких-либо следов ржавчины. По-видимому, наши предки, сами того не подозревая, получали природно-легированную фосфором и медью сталь, которая хорошо противостояла коррозии.

Нам уже известно, что булат — это прежде всего литая углеродистая сталь, обладающая специфическими узорами.

Первым подробно описал литой индийский булат, или вутц, Павел Петрович Аносов. «Булатом называется, — писал П. П. Аносов, — сталь, имеющая узорчатую поверхность: на некоторых булатах узор виден непосредственно после полировки, на других же — не прежде, как поверхность подвергается действию какой-либо слабой кислоты». Легкость проявления рисунка при травлении являлась характерным признаком литого булата.

Кроме того, рисунок должен принадлежать всей массе булатного клинка и быть результатом естественной структуры металла, а не результатом сварки кусков металла различной твердости, как в дамасской стали. Расположение узоров на булатном клинке отличалось тем, что, повторяясь по форме, каждый из них имел неповторимые штрихи. Поэтому искусственно создать булатный узор практически невозможно. Кроме того, если узор стирался с поверхности изделия, то последующей шлифовкой, полировкой и травлением его можно было очень хорошо выявить вновь. Узор сохранялся даже при перековке сабли в кортик, нож или другое изделие.

В начале прошлого столетия было достоверно установлено, что булаты содержат удивительно много углерода — 1,2–1,7 %. В отдельных образцах булата найдено 2 % углерода и даже больше. Значит, булат не обычная углеродистая сталь, а «сверхуглеродистая» Хорошо известно, что с увеличением содержания угле рода в стали ее твердость, износостойкость и прочность после закалки возрастают. Этим и объясняется высокая прочность булатных клинков. Поражает, что наряду с прочностью булат обладает высокой пластичностью вязкостью и упругостью. Булатная сабля легко сгибалась на 90–120°, не ломаясь. Есть сведения, будто настоящий булатный клинок носили вместо пояса «обматывая» им талию.

Как мы уже говорили, индийский булат поставлялся на рынки Персии и Сирии в виде разрубленной пополам лепешки литой стали — вутца. Вутц имел диаметр примерно 12,5 см, толщину около 1 см и массу примерно 1 кг. Характерно, что вутц также имел естественный рисунок. Сохранились воспоминания путешественников по Индии, которые видели, как плавят булатную сталь. Они утверждают, что булатные слитки имели своеобразные узоры, не похожие на рисунок на готовых клинках. Очевидно, вутц рубили пополам для того, чтобы покупатель мог рассмотреть строение металла. Чтобы из вутца сделать клинок, необходимо было его правильно проковать, термически обработать и окончательно отделать. Таким образом, качество булатного клинка определялось не только материалом, но и способами его изготовления, термообработки и отделки.

Арабский ученый XII века Едриза сообщает, что в его время индийцы еще славились производством железа, индийской сталью и выковкой знаменитых мечей. В Дамаске из этой стали изготовляли клинки, славу о которых крестоносцы разнесли по всей Европе. К сожалению, в Древней Индии так тщательно прятали секреты выплавки вутца, что в конце концов потеряли их совсем. Уже в XII веке табан, например, не могли делать ни в Индии, ни в Сирии, ни в Персии.