Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Лишь в XX веке был до конца изучен процесс плавления металлов. До этого люди не понимали, почему сталь иногда получается качественной, а иногда нет. Работал метод проб и ошибок, и успешные способы передавались по наследству. Мастера хранили тайну как зеницу ока. Но если бы кто-то и украл рецепт стального сплава, он не смог бы воспроизвести все тонкости чужой технологии. В некоторых странах умели производить высококачественную сталь, и такие цивилизации процветали.

В 1961 году профессор Ричмонд из Оксфордского университета обнаружил тайник, вырытый римлянами в 89 году нашей эры. Там находилось 763 840 маленьких двухдюймовых гвоздей, 85 128 гвоздей средней длины, 25 088 длинных гвоздей и 1344 сверхдлинных шестнадцатидюймовых гвоздя. Клад, полный гвоздей вместо золота, огорчил бы кого угодно, только не профессора Ричмонда. «Зачем, – спросил он себя, – римские легионеры спрятали в земле семь тонн железа и стали?».

Римский легион под командованием Агриколы занимал местечко под названием Инктутил ( Inchtuthil ) в Шотландии. Он защищал дальние рубежи Римской империи от набегов диких, как считали римляне, племен – кельтов. Пять тысяч воинов стояли здесь гарнизоном в течение шести лет, но в конце концов оставили крепость. Приложив немалые усилия, они уничтожили все, что могло достаться врагу. Разбили сосуды с едой и питьем, дотла сожгли укрепления… Но в пепле еще оставались железные гвозди из крепостных стен – слишком ценный подарок для варваров. С помощью железа и стали были построены римские корабли и акведуки, из железа были выкованы римские мечи, а в конечном счете – и сама Римская империя. Оставить гвозди врагу было все равно, что подарить ему оружейный склад, поэтому, прежде чем отправиться на юг, римляне их закопали. Среди немногих стальных предметов, которые они забрали с собой (не считая оружия и доспехов), были, вероятно, и новацилы ( novacili ) – бритвенные лезвия, знак римской цивилизованности. Благодаря новацилам и ловким рукам брадобреев римляне отступали на юг со свежевыбритыми холеными лицами. Так они подчеркнули свою непохожесть на диких варваров, погнавших их прочь.

Загадка стали давала пищу для всевозможных поверий. Самое стойкое из них рассказывает на языке символов об объединении Британии и водворении в ней законного порядка после ухода римлян. Я имею в виду легендарный меч короля Артура – Экскалибур, которому приписывали волшебную силу. В сознании людей он ассоциировался с законным суверенитетом страны.

Легко понять, почему во времена хлипких мечей и почти беззащитных рыцарей добротная сталь в руках сильного воина означала победу цивилизации над хаосом. И так как выплавка стали превратилась в ритуал, полагали, что магия имеет к ней прямое отношение.

Особенно ярко это видно на примере Японии. Ковка самурайского меча занимала несколько недель и была частью религиозной церемонии. Амэ-но муракумо-но цуруги («небесный меч из кучевых облаков») – легендарное японское оружие, которым великий воин Ямато Такеру подчинил ветер и наголову разбил всех своих врагов. За всеми фантастическими историями и ритуалами стоит вполне здравая идея: бывают мечи в десятки раз тверже и острее прочих. К XV веку оружейная сталь, которую самураи ковали собственноручно, была лучшей в мире. Она держала первенство еще пять веков, пока в XX веке не появилась наука металлургия.

Самурайские мечи ковали из особого сорта стали тамахаганэ , это слово означает «алмазная сталь». Ее и сейчас получают из железной руды (или магнитного железняка, когда-то из него делали компасы), которая входит в состав черного вулканического тихоокеанского песка. Сталь выплавляют в огромном глиняном сосуде татара высотой и шириной более метра и длиной более трех с половиной метров, в котором сначала разжигают огонь (чтобы затвердела глина), а затем методично заполняют эту керамическую печку слоями черного песка и древесного угля. Процесс занимает около недели и требует неусыпного контроля: бригада из четырех-пяти человек следит, чтобы не падала температура, и раздувает пламя ручными мехами. В конце концов татару раскалывают, из пепла и остатков песка и угля вынимают слитки стали тамахаганэ. Эти комья обесцвеченного металла довольно невзрачны, но есть в них кое-что особенное, а именно разное содержание углерода – от очень низкого до очень высокого. Настоящий самурай умел отличить твердую, но хрупкую высокоуглеродистую сталь от крепкой, но сравнительно мягкой низкоуглеродистой стали на глаз, на ощупь и на слух (по звуку от удара). Слитки сортировали. Для средней части меча подходила только низкоуглеродистая сталь, которая придавала клинку невероятную крепость – он не ломался в бою. По краям меча наваривали высокоуглеродистую сталь, хрупкую, но очень твердую, пригодную для острейшей заточки. Мастера убивали сразу двух зайцев: обложив прочную низкоуглеродистую сталь высокоуглеродистой, получали мечи, способные выдерживать удары других мечей и на лету рубить головы врагам. В это было невозможно поверить.

Пока не началась Промышленная революция, никому не удавалось получить сталь прочнее и тверже самурайской. А когда это время наступило и в Европе началась большая стройка, для возведения железных дорог и мостов уже использовали чугун – его можно было производить в огромных количествах и разливать в формы. К сожалению, при определенных условиях он ломался и крошился. И эти условия возникали тем чаще, чем смелее была инженерная мысль.

Одна из самых страшных катастроф случилась в Шотландии в ночь на 29 декабря 1879 года. Чугунный железнодорожный мост через реку Тэй – самый длинный мост в мире – рухнул под порывом зимнего штормового ветра. Поезд с семьюдесятью пятью пассажирами упал в воду, унося жизни всех, кто в нем находился. Трагедия подтвердила догадки скептиков: чугун не годился для больших инженерных сооружений. Была необходима самурайская сталь, но только массового производства.

В один прекрасный день на заседании Британской ассоциации по распространению научных знаний некий инженер из Шеффилда объявил, что знает, как сделать такую сталь. Это был Генри Бессемер. Производство стали по методу Бессемера не требовало кропотливого труда самураев, однако давало тонны жидкой стали. Это была настоящая технологическая революция.

Так называемый бессемеровский процесс был гениально прост. В результате вдувания воздуха в расплавленное железо кислород вступал в реакцию с углеродом и вытеснял его в виде углекислого газа. Здесь инженеру пригодилось знание химии – производство стали было впервые поставлено на научные рельсы. Реакция между кислородом и углеродом была неожиданно мощной, так что выделялось огромное количество тепла, которое повышало температуру стали и поддерживало ее в жидком состоянии. Процесс был достаточно прост, чтобы внедрить его в промышленных масштабах.