«Принцы» и «нищие» в царстве минералов

Заря железного века

Почти 90 % потребляемого сейчас человеком металла приходится на долю железа: оно составляет основу большинства сплавов, конструкционных материалов, станков и инструментов.

Самородное железо редко встречается в природе — чаще всего это осколки метеоритов. 6 тыс. лет назад древние египтяне делали железные украшения, которые ценились выше золотых. У древних хеггов было соотношение ценностей — медь: серебро: золото: желе-зо = 1:160: 1280:6400.

Камни, упавшие с неба, хранились в храмах и были предметом поклонения. Известно несколько тысяч метеоритов, дошедших до поверхности Земли и не сгоревших в атмосфере. Среди них есть каменные, железные и железокаменные. Железные метеориты состоят из почти чистого или никелистого железа, могут содержать кобальт, медь, фосфор, серу, углерод. Они образовались из астероидов — это значит, что во Вселенной летают гигантские куски самородного железа.

Существует легенда, что бухарский эмир приказал своим лучшим оружейникам отковать ему меч из куска «небесного железа». Но сколько они ни старались, ничего не получалось, нагретый металл не поддавался ковке. Никелистое метеоритное железо куется только холодным, а при нагревании становится хрупким.

У властителя индийского княжества Джехангира в XVII в. были две сабли, кинжал и наконечник пики из метеоритного железа. Есть сведения, что из этого же металла были изготовлены шпаги Александра I и Боливара — героя освобождения Южной Америки от испанского владычества.

Выплавлять железо из руд люди научились свыше 2 тыс. лет назад. Во всяком случае, в щелях пирамиды Хеопса найдены обломки железных орудий. Более 3 тыс. лет назад железо стало рабочим металлом в Греции, Закавказье, Китае. Вскоре новый металл полностью вытеснил камень как материал для изготовления оружия и орудий труда. Древнеримский энциклопедист Гай Плиний старший писал: «Железные рудокопы доставляют человеку превосходнейшее и зловреднейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем мы землю, обрабатываем плодовитые сады и, обрезая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем домы, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности. Но тем же железом производим брани, битвы и грабежи и употребляем оное не только вблизи, но мещем окрыленное вдаль то из бойниц, то из мощных рук, то в виде оперенных стрел. Самое порочнейшее, по мнению моему, ухищрение ума человеческого. Ибо, чтобы смерть скорее постигла человека, соделали ее крылатою и железу придали перья. Того ради да будет вина приписана человеку, а не природе».

Термин «железный век» введен в середине XIX в. датским археологом К. Ю. Томсеном. Границы этого периода — от IX–VII вв. до и. э., когда у многих народов и племен Европы и Азии начала развиваться металлургия железа, до времени возникновения у этих племен классового общества и государства. Но если эпохи называть по главному материалу орудий труда, то железный век продолжается и сегодня.

Наши далекие предки получали железо так называемым сыродутным методом. Сыродутные печи устраивали обычно на склонах оврагов и канав. Они имели вид трубы, которую заполняли древесным углем и железной рудой. Уголь зажигали, и ветер, дувший в склон оврага, поддерживал горение угля. Железная руда восстанавливалась, и получалась мягкая крица — железо с включениями шлака. В нем содержалось немного углерода и примесей, перешедших из руды. Крицу ковали, куски шлака отваливались, и под молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него отковывали различные орудия.

С появлением мехов для дутья отпала надобность устраивать сыродутные горны на склонах. Появились печи нового типа — так называемые «волчьи ямы», которые выкапывали в земле, и домницы, которые возвышались над землей. Их делали из камней, скрепленных глиной.

Извлечение крицы из горна домницы (изображение на древнегреческом сосуде)

При извлечении крицы из печи выливался и расплавленный чугун — железо, содержащее более 2 % углерода и плавящееся при более низких температурах. В твердом виде чугун нельзя ковать, он разлетается на куски от удара молотом. Поэтому чугун, как и шлак, считался вначале отходом производства. Англичане даже назвали его «свинским железом» — pig iron. Только потом металлурги сообразили, что жидкий чугун можно заливать в формы и получать из пего различные изделия, например пушечные ядра.

Людям древности и раннего средневековья было знакомо и другое железо — знаменитая дамасская сталь (булат). Ее делали на Востоке еще во времена Аристотеля (IV в. до н. э.). Но технология ее производства и изготовление булатных клинков много веков держались в секрете.

Секрет булата не давал покоя металлургам многих веков и стран. Какие только способы и рецепты не предлагались! В железо добавляли золото, серебро, драгоценные камни, слоновую кость. Пробовали даже для закалки погружать клинок не в воду, а в тело мускулистого раба, чтобы его сила перешла в сталь.

Раскрыть секрет булата удалось в первой половине прошлого века русскому металлургу П. П. Аносову. Он объяснил происхождение уникальных свойств булата, связав их со структурой. Дендриты состоят из тугоплавкой, по относительно мягкой стали, а пространство меж их «ветвями» заполняется в процессе застывания металла более насыщенной углеродом, т. е. более твердой, сталью. Отсюда большая твердость и большая вязкость одновременно. Другой русский металлург — Д. К. Чернов установил, при каких температурах происходят фазовые превращения стали, изменяющие ее структуру («точки Чернова»).

После смерти П. П. Аносова секрет булата был вновь утерян. В третий раз его открыли уже в середине XX в.

Домницы превратились в домны в конце XVIII в. Одному из демидовских приказчиков пришла в голову мысль подавать дутье в доменную печь не через одно сопло, а через два, расположив их по обеим сторонам горна. Число сопел, или фурм, росло, дутье становилось все более равномерным, увеличивался диаметр горна, повышалась производительность печей.

Еще два открытия сильно повлияли на развитие доменного производства. Долгие годы топливом доменных печей был древесный уголь. Существовала целая отрасль промышленности, занимавшаяся выжиганием угля из дерева. В результате леса в Англии вырубили до такой степени, что был издан специальный указ королевы, запрещающий уничтожать лес ради нужд черной металлургии. После этого английская металлургия стала быстро хиреть. Британия была вынуждена ввозить чугун из-за границы, главным образом из России. Так продолжалось до середины XVIII в., когда Абрагам Дерби нашел способ получения кокса из каменного угля. Кокс стал основным топливом для доменных печей.

Основным потребителем железа к концу XVIII в. стали дороги, названные его именем. День рождения железной дороги — 14 июля 1830 г., когда на конкурсе паровозов в Англии победила «Ракета», построенная Дж. Стивенсоном. «Она летала, как ветер», — говорили лондонцы. «Ракета» развивала скорость около 30 км/ч.