Как же человек пришел к открытию булата? По какой технологии он был получен? Серьезные вопросы поставил Е. Крючников. На первый, наверное, и ответить нельзя, поскольку смоделировать процесс интуитивного мышления человека (а я убежден, что у древних мастеров интуиция была развита превосходно) чрезвычайно трудно, если не невозможно. А на второй вопрос чёткого ответа нет и сегодня. 

    Да, в Европе пытались восстановить утраченную технологию производства литой булатной стали. Попытки эти продолжаются и до сих пор. Поскольку в некоторых её образцах обнаруживали отдельные элементы, то в сталь с большим содержанием углерода добавляли алюминий, серебро, золото и платину. Однако вскоре выяснилось, что полученная сталь напоминает булатную только узором на поверхности и не обладает присущей ей прочностью, твёрдостью и гибкостью. Мало того, французские металлурги, повторившие эти опыты и пытавшиеся отковать изделия из индийского "вутца", пришли к выводу, что сталь со столь высоким содержанием углерода вообще нельзя ковать.
    Многие исследователи считали, что булатная сталь - высокоуглеродистая, с нерасплавившимися частицами железа. Поэтому пытались получить её, добавляя в жидкий чугун в различных пропорциях сырцовую сталь, железную руду, чистое железо, стружку из малоуглеродистой стали и другие компоненты. Однако добиться присущего булату сочетания прочности и пластичности, твёрдости и вязкости со специфическим узором не смогли. Таким образом, тайна древних металлургов осталась нераскрытой.
    Наибольшего успеха достиг П. П. Аносов, проводивший многочисленные опыты по влиянию на железо различных веществ, содержащих углерод (сухое дерево, ржаная мука, цветы, рога, слоновая кость). Кроме того, были проведены опыты по прибавлению к железу чугуна без доступа воздуха, а также графита, алмаза и сажи. Получен же булат был при сплавлении мягкого железа с графитом в закрытом тигле при длительной выдержке с последующей ковкой слитка при низких темпе-ратурах (850 - 650°С), закалкой в горячем сале и отпуском в горне по цвету - от синего на обухе (300°С) до жёлтого на лезвии (230°С).
    П. П. Аносов определил и составляющие булата: "Железо и углерод и ничего более... Все дело в чистоте исходных материалов, в методе охлаждения и кристаллизации". В производстве булатной стали он использовал тагильское железо, которое было таким "добрым и мягким", что его сравнивали с собольим мехом, поэтому и называли "соболий мех". Гарантией качества стали служило наибольшее время плавки и медленное охлаждение тигля.
    Ковка слитка производилась под так называемым хвостовым молотом массой в два с половиной пуда (40 кг). "Сплавок нагревался в горне до светло-красного цвета (850°С) и укладывался под молот широким основанием. Проковка велась при слабом обжатии при поворотах кругом в одну сторону. Промежуточные нагревы проводились 5-6 раз. Чем медленнее проковывался булат, тем лучше было качество". П. П. Аносов полагал, что булат является продуктом естественной кристаллизации стали, получаемой при соединении железа с углеродом.
    Сущность же образования булата заключается в насыщении сплава большим количеством углерода. В условиях медленного охлаждения образовывается и находится в некотором излишке соединение железа с углеродом - цементит, который не растворяется, как это бывает в обычной стали, а остаётся в железе как бы во взвешенном состоянии. Твёрдая прослойка цементита, можно сказать, обволакивается стынущим мягким железом. Поэтому металл сохраняет высокую вязкость и упругость. Охлаждение стали в тигле, где она плавилась, как бы фиксирует полученную неоднородность при плавке. Недаром на основании своих опытов Аносов полагал, что переливание из тигля в изложницу портит сталь.
    Таким образом, процессы плавки и кристаллизации стали у Аносова неизбежно обусловливали крайнюю химическую и, следовательно, структурную неоднородность слитка. Деформация при ковке этой неоднородной структуры и была причиной булатного узора.
    Производством булатной стали эпизодически (при наличии оборудования, материалов и времени) пришлось заниматься и мне. Первые опытные плавки были проведены в 1965 году. Они повторяли опыты многих исследователей, а именно - в расплавленный и перегретый до различных температур чугун вводились добавки железа или малоуглеродистой стали в виде порошка, дроби и гранул определённого размера. Поступали и наоборот: в расплавленную малоуглеродистую сталь или чистое железо вводилась стружка или гранулы чугуна.
    Исследование разлитого в слитки различной массы и размеров металла показало, что второй вариант не заслуживает внимания, ибо никаких признаков булатной стали обнаружено не было. По-видимому, чугун расплавлялся, и получался однородный железоуглеродистый сплав с различным содержанием углерода, и, следовательно, с соответствующей структурой.
    Основной целью при проведении опытов по первому варианту являлось получить в металле нерасплавившиеся частицы железа (феррита) и зафиксировать их при ковке и термической обработке. Тем самым мы надеялись решить основную проблему: при определённой прочности и твердости обеспечить пластичность и узорчатость, которая, по моему представлению, могла быть достигнута за счёт разности оттенков структуры металла-феррита и перлита (мартенсита)... После установления режима выплавки чугуна и количества (а также размеров) вводимых в него добавок чистого железа удалось получить нерасплавившиеся частицы феррита в металле. Однако при ковке и, следовательно, нагреве металла их становилось значительно меньше или они вообще исчезали. Поэтому, чтобы сохранить в металле нерасплавившиеся частицы железа и подвергнуть металл ковке и термической обработке на определенную твёрдость, нам пришлось вырезать из слитков заготовки толщиной 10 мм, которые очень быстро нагревались, а затем ковались и термически обрабатывались. Полученные образцы подвергались травлению и полировались для выявления узора, а также исследовались на твердость и микротвердость.
    Хотя полученная нами сталь и была узорчатая, изделия из нее не обладали должными свойствами. Отсюда следовал вывод, что структура булатной стали не должна иметь ферритной составляющей.
    Могут спросить: почему же не сохранилась технология изготовления булатной стали, разработанная Аносовым?
    Все опыты Аносов тщательно записывал и систематизировал и дал основные технологические рекомендации по плавке, ковке и термической обработке. Другое дело, что 150 лет назад уровень техники был настолько низок, что Аносов, как правильно пишет Е. Крючников, не мог с достаточной точностью и определенностью описать технологические процессы с указанием температурных режимов плавки, ковки и термической обработки, а также химического состава шихты, металла и шлака, не говоря уже о структуре металла.
    Аносов получил булат, тщательно изучив свойства имеющихся изделий. Речь идет о свойствах по внешним признакам, и, конечно, он был знаком с имеющейся литературой о булате. Мне также пришлось ознакомиться с литературой и прежде всего с записями Аносова. Тщательный анализ плавок и результаты исследований металла убедили, что первоначально выбранная мною технология выплавки стали и получения булата неверна. Дальнейшие работы проводились уже под углом воспроизводства технологии древних мастеров (и Аносова) при одновременном плавлении составляющих шихты с различным содержанием углерода или насыщении чистого железа углеродом за счёт прибавления в шихту углеродсодержашего вещества.
    Совмещенный процесс восстановления и плавки железа, по-видимому, и есть тот реальный путь, по которому должен развиваться процесс получения булатной стали. При этом пришлось выделить процессы плавки, ковки и термической обработки в отдельные независимые технологические процессы, чтобы выявить значимость каждого из них.
    Как показали опыты, процессы ковки и термической обработки оказывают существенное влияние на свойства булатной стали. Чем лучше прокован металл, тем выше его свойства и сложнее рисунок на поверхности изделия. Рисунок же выявляется только после закалки или улучшения стали, то есть закалки с отпуском. После ковки при самом тщательном травлении узор на поверхности изделия выявляется очень слабо.
    Кстати, замечу: несмотря на то, что за последние годы опубликовано значительное количество работ по так называемой термомеханической обработке металла, выбор её режимов для булатной стали представляет значительные трудности. Связано это прежде всего с тем, что определение температурных режимов ковки и термической обработки булатной стали, исходя из диаграммы "железо - углерод", как правило, не является оптимальным. И все же после проведения многочисленных опытов по подбору режима плавки нам удалось получить слитки с необходимой структурой. После ковки с минимальной степенью обжатия и после травления слабым раствором кислоты полученная сталь приобрела характерные узоры, присущие булату.
    Часто спрашивают: какое же содержание углерода в булатной стали является оптимальным?
    В сварочной булатной стали содержание углерода составляет 0,6-0,9, в литой - до 2%. Но вот ученые Донецкого политехнического, проводя очистку железных окатышей в слое шлака на установке электрошлакового переплава с графитовым электродом, обнаружили: хотя полученное железо и содержало 3,5% углерода, оно, к немалому их удивлению, прекрасно ковалось и прокатывалось. Специалисты сделали вывод, что ими получен один из сортов булатной стали.
    При проведении своих опытов я старался максимально увеличивать содержане углерода в булатной стали, начиная с 0,75 до 4,0%. Оказалось, что чем выше содержание углерода, тем лучше и явственнее становится рисунок на изделии, а при содержании углерода 2,2-3,2% рисунок получается на чёрном фоне с золотистым отливом.

Tags: булат | выплавление булата | кузнец | мастер | меч | наручи