Булатна сталь: від минулого до сучасного (вироби з металу за стародавніми технологіями)

Залiзо вiдноситься до одного з найважливiших металiв оточуючої нас природи.

Воно тiсним сплетiнням пов'язане з життєдiяльнiстю людей, є основою культури, промисловостi, медицини... Одночасно, воно є зброєю вiйни та знаряддям мирної працi.

З далекої давнини людство використовувало вироби iз залiза та iнших металiв для забезпечення своїх потреб. Опираючись на глибокi знання, пов'язанi з свiтосприйняттям людиною оточуючого свiту як загальної гармонiї зв'язкiв вони вмiли використовувати всi дари живої природи з такими знаннями, котрi ми зараз тiльки починаємо розумiти та вiдтворювати. Вони поєднували нерозривний енергетичний вплив металiв, дерева, камiння тощо з питанням буття людини як творiння живої Природи. Знаючи, що в кожному органiзмi є природнi резонатори, якi налаштованi на певнi частоти коливань, вони умiли за допомогою вiдповiдних матерiалiв збуджувати струм в органах тiла, вживати окисли металiв в лiкувальних цiлях. Вiдомо також, що двовалентне залiзо, знаходиться у гемоглобiнi в складi кровi всiх представникiв тваринного свiту нашої планети, забезпечуючи киснем тканини їх органiзмiв.

Для задоволення своїх побутових потреб людина завжди використовувала вироби iз залiза та на його основi сплавiв сталi i чавунiв в рiзновидi необхiдних виробiв.

Сьогоднi нам пiдносять, що згiдно еволюцiйним поступам технiчного прогресу прадавнi люди жили вiдповiдно в епохи бронзового та залiзного вiкiв. Сучасний науковий пiдхiд провiдних фахiвцiв свiтової науки нiвелює таке тлумачення. Планета Земля, згiдно матерiалам сучасних методiв дослiджень в вiдповiдних галузях науки, iснує мiль'ярди рокiв з наявними фауною та флорою. Весь цей час iснувала Людина Розумна, котра у вiдповiдностi до законiв iснування свiту, якi не терплять виключень, постiйно еволюцiонувала проходячи етапи розквiту та занепаду, гинула та вiдроджувалась.

Не такi давнi археологiчнi знахiдки виробiв з чавуну та самих ливарних центрiв в Китаї та на Дальньому Сходi, датованi XII-IV столiттями до нашої ери, приводять у певну невiдповiднiсть класифiкацiї епох. У наукових фахiвцiв захiдного свiту i сьогоднi iснує протирiччя вiдносно визнання первинностi залiзного чи бронзового вiкiв. Оскiльки саме iснування людини тiсно пов'язане з оточуючою її природою, тому вона, як її невiд'ємна частина, завжди в своєму життi досить вмiло використовувала так званi природнi стихiї, такi як вода, земля, вогонь, повiтря. Регiональна наявнiсть тих чи iнших природних ресурсiв впливала на їх використання з метою застосування в побутi. Тому, на наш погляд, в т. ч. з урахуванням археологiчних фактiв, нашi пращури досить вмiло володiли технологiями обробки чорних, кольорових та дорогоцiнних металiв i камiння.

Про який високий рiвень знань та майстерностi античних майстрiв говорить тiльки знайдена видатним українським археологом Бори- сом Миколайовичем Мозолевським нашийна прикраса скiфського царя – золота пектораль, датована 4,5 столiттям до нашої ери. Пектораль виготовлена iз золота 900/ооо проби та являє собою лiтопис часу, космогонiчнi уявлення скiфiв про свiтобудову. Вiдомiй в Українi фахiвець реставрацiйної справи Олександр Мiнжулiн, котрий приймав безпосередню участь у реставрацiї цього шедевру свiтової культури, пише про нього так:

«Цiкаво було б дiзнатися i побачити, чи зможе хтось iз сучасних майстрiв виготовити пустотiлий каркас або фрагмент, як на пекторалi».

Іншим загадковим фактом досконалої майстерностi наших пращурiв для сучасних фахiвцiв – металознавцiв є всесвiтньо вiдома Делiйська колона Кутуба.

Висота цього витвору, датованого IX столiттям до н. е. та виготовленого iз чистого залiза, сягає бiльше 7 метрiв, окрiм того, це залiзо впродовж багатьох тисячолiть не пiддається руйнацiї корозiєю. Якщо вважати пiдхiд високоцивiлiзованих сучасних вчених стосовно оцiнки наших пращурiв, як «племен диких варварiв», то все ж таки дуже бажано було б отримати вiд них вiдповiдь хоча б на питання, яким чином можливо було тодi отримати цей шедевр, не кажучи вже про те, що i сьогоднi немає науково обгрунтованої вiдповiдi стосовно корозiйної стiйкостi цього творiння. Вiд себе тiльки додам, що для розплавлення залiза з кiлькiстю вуглецю 0,08%, котрий знаходиться в хiмiчному складi колони, потрiбна температура вище 1539°С, а як вiдомо сучаснiй науцi, при спалюваннi деревно-го вугiлля (про застосування кам'яного вугiлля в тi часи iнформацiя майже вiдсутня) можна до- сягти температури до 1400°С.

Вiдомо, що iз металiв пiсля алюмiнiю, залiзо найпоширенiше на землi i в сполученнi оксидiв, сульфiдiв та силiкатiв складає 4% (мас.) земної кори.

В вiльному станi залiзо знаходять тiльки метеоритного походження.

Враховуючи такi величезнi запаси залiзних руд, досить поширено розповсюджених по планетi Земля, людина посередництвом стихiй повсюди використовувала їх для виробництва залiзних, сталевих та чавунних виробiв. Із землi добували глину для оздоблення сиродутних печей, домниць i ковальських горнiв та виготовлення жаростiйких тиглiв. З каменя та глини облаштовували домницi для плавлення металiв i випалу деревного вугiлля, котре застосовувалось з однiєї сторони як вуглецевий матерiал для перетворення залiзної руди в залiзо, сталь та чавун, а з iншого, як джерело отримання високих температур в процесi отримання металiв чи випалу глиняних виробiв. Окрiм того, застосування деревного вугiлля чи просто дерев'яних стружок в сумiшi з глиною, робило залiзоплавильнi тиглi досить вогнетривкими.

Ведучи гармонiйний, у вiдповiдностi до законiв природи, спосiб життя, люди розумiли що в процесi користування землею, вона виснажується, тому постiйно вели кочовий образ життя. В цьому разi облаштування мiсць обробки металiв не потребувало значних зусиль. В кожному поселеннi була достатня кiлькiсть майстрiв котрi задовольняли потреби громади в металевих виробах.

А тепер зупинимося на визначеннi «що ж таке булат?».

З дитячих рокiв ми чули безлiч захоплюючих легенд про булатнi мечi, котрими казковi богатирi легко розбивали своїх ворогiв, або як просто такими мечами можна було рубати залiзо та камiння, а потiм, в польотi, розсiкати легку газову косинку.

Не дивно що i зараз на сторiнках перiодичних видань досить часто з'являються рiзнi публiкацiї про цей легендарний метал.

Видатний росiйський горний iнженер П. П. Аносов (1797-1851 рр.), котрий завдяки наполегливiй довготривалiй працi, здiйснив розгадку втраченої та в подальшому знову далекосяжної мрiї людства вiдносно технологiї виготовлення булатної сталi, писав про неї в своїй вiдомiй працi «О булатах» наступне:

«Закiнчую твiр надiєю, що незабаром нашi воїни будуть озброєнi булатними мечами, нашi землероби будуть обробляти землю булатним знаряддям, нашi ремiсники виготовляти свої вироби булатним iнструментом; одним словом, я переконаний, що з розповсюдженням способiв приготування i обробки булатiв, вони витiснять iз вживання всякого роду iншу сталь, яка при виготовленнi виробiв потребує особливої гостроти та стiйкостi».

Інший, уже сучасний коваль – реставратор В. Басов, який також присвятив все своє свiдоме життя розгадцi таємниць булату, в т. ч. знову втраченої технологiї П. П. Аносова, про булат писав так:

«Булатна сталь – яке звучання! Уже в самому словi «булат» вiдчуваєш твердiсть, та як говорили в старину «мiцнiсть». Недарма булат- на сталь до цього часу вважається таємницею iз таємниць».

Висловлення В. Басовим в станi найвищих духовних поривiв та високої поваги до булату «Булатна сталь – яке звучання», пiдводить нас до питання про походження термiну «булат».

В бiльшостi вважається, що слово «булат» походить вiд арабського «аль – «фулад», чи персидського «pulad», що значить сталь взагалi.

Логiчне осмислення такого тлумачення приводить до великих сумнiвiв вiдносно подiбного визначення. На наш погляд, iзюминку скорiше потрiбно шукати в характерних особливостях виробiв iз булату та їх надвисоких функцiональних характеристиках.

Стосовно виробiв, коли враховувати, що загалом вони застосовувалися для виготовлення озброєння, то походження термiну «булат» скорiше всього потрiбно шукати вiд слова «булава», як символiчної зброї Творця Свiту, а вiдносно високих функцiональних характеристик, тодi логiчно витiкає характеристична складова, тобто «неперевершенiсть».

Булатна сталь має ще одну характерну вiдмiннiсть вiд iнших: на її поверхнi пiсля кування, полiрування та травлення з'являється своєрiдна макроструктура, тобто вiзерунок. По характеру вiзерунку завжди могли оцiнити якiсть виробу, про що досить сьогоднi написано в лiтературних джерелах.

А ось, стосовно виготовлення булату на рiзних iсторичних етапах, так тут яких тiльки думок не зустрiнеш.

В вiдомiй книзi Ю. Г. Гуревича «Загадка булатного вiзерунку» в т. ч. сказано про касту ковалiв, котрi спустилися з Гiмалайських гiр в Пенджаб (древнє князiвство в Індiї), котрi добре знали залiзну справу та вмiли виробляти залiзну зброю з незвичайними для того часу властивостями.

В основi, свiтова думка з багатьма письменами зводиться до того, що батькiвщиною булату є саме Індiя. Багато лiтературних джерел свiдчать, що виробництво булату було також розповсюджено вiд Іспанiї до Японiї. Вiдомо ще, що на початку другого тисячолiття до н. е. в межах Ірану, Афганiстану, Середньої Азiї, Месопотамiї та в долинi рiчки Інда без видимих причин прийшли в занепад багато старих мiст з рiзким скороченням населення. В той же час iз пiвнiчного лiсостепу (мається на увазi Україна) до Близького i Середнього Сходу прийшли племена, котрi називали себе орiями. Вони перемiщувались на легких колiсницях в супроводi небачених там до того часу табунiв коней i зупинились у долинi р. Інда.

Окрiм видних вiйськових споряджень, в прийдешнiх дивувала мiстична прихильнiсть орiїв до вогню та залiза. Халдейськi тексти називають орiйських волхвiв «магами вогню». Уже в XVI ст. до н. е. багато царiв i мiсцевих властителiв Месопотамiї, Сiрiї i Палестини носили орiйськi iмена.

Самi iндуси сьогоднi стверджують як близько 2,5 тис. рокiв до н. е. до Індiї з пiвночi прийшли високо розвиненi люди, котрi внесли вагомий внесок в загальний розвиток культури країни.

Порiвняльний iсторико-археологiчний аналiз виявляє тiсний зв'язок, якщо не закономiрнiсть розповсюдження металургiї залiза в Азiї та Европi з мiграцiями орiйських племен.

Уже немає нiяких сумнiвiв, що саме орiйська спiльнота привнесла в вiдомi сьогоднi у свiтi iсторичнi регiони виробництва булатiв саму технологiю їх отримання.

Стосовно сучасної думки про велику таємнiсть самої технологiї виробництва булатiв, котрими нiби були окутанi окремi майстри, що його виробляли, то детальний аналiз iсторичних i сучасних матерiалiв з урахуванням археологiчних дослiджень абсолютно спростовує такi. Булат отримували саме професiйнi майстри своєї справи у всiх поселеннях, де вони проживали, базуючись на добре вiдомi та iз уст в уста переданi за Звичаєм знання в цiй галузi.

Тепер детальнiше зупинимось на загальних характеристиках та ознаках булатiв, вiдомих у свiтi саме як Дамаська сталь, котра здебiльшого продавалася у виглядi «Wooz» – вуца, розрубленого на двi половини.

За загальними ознаками булат вiдноситься до металiв, вироби з котрих на поверхнi мають характерний вiзерунок, природа котрого у науковому свiтi сьогоднi досить вiдома. Саме по характеру вiзерунку, тобто направленостi сфероїдальних цементитних прожилок та вiдтiнку фону (свiтлий чи темний), визначали якiсть виробу.

До технiчних характеристик виробiв з булатiв вiдносились висока твердiсть, мiцнiсть та високi рiжучi властивостi.

Історiї також вiдомий термiн «зварний булат», вiн же «харалуг», а мечi з нього називались харалужними. Зварний булат отримували шляхом поєднання низьковуглецевого залiза ковальським способом з високовуглецевим, завдяки чому на поверхнi виробу також формувався вiзерунок, але вiдмiнний вiд булату, отриманого безпосередньо литвом.

Тепер зупинимось на узагальнюючих особливостях давнiх технологiй виробництва металiв та булату зокрема.

Археологiчнi знахiдки виробiв з металiв так званих «бронзового» «та «залiзного» вiкiв з теренiв нашої країни i не тiльки, та одночаснi їх металографiчнi дослiдження свiдчать про високий рiвень знань наших пращурiв в металургiйнiй галузi. Наприклад, металевi колекцiї, представленi мiдними та бронзовими виробами по типу сплавiв подiляються на олов'янистi, олов'янисто-миш'яковi, олов'янисто-миш'яково- свинцевi, складнi мiдно-олов'янисто-сурм'янi сплави та чисто мiдь. Кiлькiсть елементiв у вiдсотковому вiдношеннi мас олова, сурми, свинцю, миш'яку та iнших у десятих долях в зазначених сплавах вказує на їх штучне введення в розплав. Таким чином майстри обгрунтовано та з великим рiвнем знань задавали тi чи iншi властивостi виробам в залежностi вiд їх призначення.

Стосовно археологiчних знахiдок виробiв iз залiза, так вони закономiрно вiдносяться до бiльш пiзнiх перiодiв, оскiльки залiзо значно швидше пiддається дiї корозiї i сам термiн їх збереження бiльше залежить вiд агресивностi самого середовища, в котрому вони знаходяться. Часто, в результатi розкопок археологи знаходять по формi виробiв уже окисли залiза. Сама ж технологiя отримання залiза та його обробки значно простiша вiд технологiї отримання сплавiв на основi мiдi, як вiдомо, до котрих вiдноситься i бронза.

В перiод ведення кочового способу життя, отримання металiв майстри здiйснювали у сиродутних печах та невеликих домницях в котрих також здiйснювали i випал деревного вугiлля.

Залiзо та сирцеву сталь отримували шляхом прямого вiдновлення залiзних руд.

Для отримання кольорових металiв, в т. ч. i дорогоцiнних, та вiдповiдних сталевих i чавунних виробiв, обов'язково використовували метод тигельної плавки.

Тиглi для виплавки сталi та чавуну виготовляли iз жаростiйкої глини з добавкою деревного вугiлля чи вiдомих в той час щiльнокри сталiчних кварцитiв та цементних кварцитопiсчаникiв. Їх жаростiйкiсть (понад 1750°) достатня для всiх процесiв металургiї залiза.

Саме застосування тигельного способу плавки як в сиродутних печах, так i в домницях iз використанням глиняних жаростiйких тиглiв є iдеальними умовами для отримання булату.

Тут доцiльно висловитися хоча б словами П. П. Аносова вiдносно технологiй отримання булатiв, котрi вiн описав наступним чином:

«Із записiв всiх дослiдiв, котрi я застосовував для знаходження тайни виготовлення булатiв, видно, що для досягнення цiєї мети мною вiдкрито чотири способи, а саме: плавлення залiзних руд з графiтом, або вiдновлення i поєднання залiза з вуглецем; плавлення залiза при доступi вугiлля, або попередньо поєднання такого з вуглецем та вiдновлення його шляхом закислу залiза; довготривалий вiдпал залiза без доступу повiтря; плавлення залiза безпосередньо з графiтом, або поєднання його прямо з вуглецем.

Саме перший спосiб на думку П. Аносова лежав у основi отримання булатiв давнiми майстрами iз досить чистих залiзних руд. Але цей спосiб вiн характеризує як досить дорогий, чому й саме на його думку булатнi вироби завжди коштували так дорого. За використання тиглiв П. Аносов пише, що вони були такi ж давнi, як i золото.

Не довiв П. Аносов до завершення бiльш дешевого та самого поширеного способу отримання булатiв давнiми майстрами, а саме шляхом одночасного плавлення чавуну та залiза, зливки яких не один раз знаходили археологи в Індiї та iнших країнах.

Існують i iншi способи отримання цього за- гадкового металу, але далi варто зупинитися на досить важливому факторi, котрий визначав який саме булат де отримувати. І цим важливим фактором є саме погоднi умови, мається на увазi суровi морознi зими, за яких, наприклад, iранський булат не витримував ударних навантажень i зброя зламувалася.

Сьогоднi уже добре вiдомо про вплив рiзних елементiв на властивостi залiзовуглецевих сплавiв.

Однiєю iз ключових вимог до булатiв є саме якомога менша наявнiсть у їх складi домiшок iнших металiв. Наявнiсть таких суттєво знижує фiзико-механiчнi властивостi виробiв, що сьогоднi добре вiдомо як при застосуваннi обсаджувальних труб в умовах крайньої Пiвночi, чи при виробництвi, наприклад, поворотних рейок залiзничних колiй.

Тому, саме склад залiзних руд визначав якiсть булатних виробiв. Досить чистi руди траплялися рiдко, i в природних умовах пiвнiчних поселень доцiльнiше було застосовувати зварний булат.

Ось що пише про булати в роздiлi «Про залiзо» мiнерального трактата видатний хорезмiйський вчений-енциклопедист XI столiття нашого часу Аль-Бiрунi.

Руси виробляли свої мечi iз шабуркана (тверде залiзо), а доли посерединi – iз нармохана (м'яке залiзо), щоб придати їм мiцнiсть при ударi, запобiгти їх хрупкостi. «Аль-фулад» (сталь) не виносить холодних зим та ламається при ударi. Коли вони познайомились з фарандом (вiзерунком), то придумали для долiв плетiння iз шабуркана та нармохана. І стали одержуватися у них на зварених плетiннях при зануреннi в травники речi дивовижнi та рiдкiснi, такi якi вони бажали отримувати». В даному разi мова iде про технологiю удосконалення вiзерунку на харалужних (пакетованих) виробах, котрi у нас сьогоднi помилково тлумачаться як Дамаськi. Мiсто Дамаск було одним iз провiдних торгових центрiв, через яке проходили торговi шляхи булатного вуца, але нiяк не виробiв з укладеного (пакетованого) металу.

Саме тому, дослiджуючи iсторiю вуца та його походження, сучаснi вченi Захiдного свiту (О. Шер- бi, Дж. Уодсворд, Б. Бронсон, Вирховен, Ахiм та iншi), називають булат, як це прийнято в країнах заходу, Дамаською сталлю.

Існують сьогоднi також протирiччя, котрi описанi ще на початку доби нашого часу – який iз тих, що ми називаємо сьогоднi булатом був дiйсно справжнiм.

І все ж таки, з часом булатнi вироби поступово, але впевнено почали зникати з арени. Технологiя дiйсно почала втрачатися, хоча майже до XIX столiття н. е. в країнах Близького та Далекого Сходу булатнi вироби ще мали мiсце.

Що ж було причиною занепаду виробництва булатiв i не тiльки?

З початком розподiлу суспiльства на класи, появою подiляючих релiгiйних течiй з одночасною втратою людиною розумiння нерозривностi свого буття з космiчно-планетарною гармонiєю, та надбанням людством завдяки генiальному винаходу – грошей, котрi з часом почали вiдiгравати функцiю товару, розпочалася загальна руйнацiя особистостi в цiлому. Самий жахливий механiзм руйнацiї було запущено. За даних обставин людинi вибору не залишалось. Вона стала перед реальнiстю вибору або володiти надприбутками, або ж бути рабом. За таких умов, людинi матерiального свiту було уже не до його розумiння. На превеликий жаль, лозунг «Грошi – розум, честь та совiсть епохи» повноцiнно дiє i сьогоднi, находячись одночасно над людством, урядами, президентами та державами. Перед їх магiчною силою людина меркне.

Звiсно, вказанi обставини спонукали стрiмкий рiст iндустрiї промисловостi.

Володарям людства з метою отримання прибуткiв, потрiбен був «вал», що в свою чергу спонукало до вузьких спецiалiзацiй. Стрiмко зростаюча потреба в металах привела з одного боку до модернiзацiї умов їх виробництва, а з iншого, в т. ч. з урахуванням технологiчностi виробництва, до втрати якостi.

Сьогоднi в металургiї залiза «узаконена» наявнiсть додаткових металiв в залiзо–вуглецевих сплавах. Інакше їх виробництво стає не техно- логiчним. А як вiдомо, булат є чисто залiзо-вуглецевим сплавом. Влучно про це сказав вище згаданий В. Басов:

«Тiльки булатнi технологiї дозволять зробити чудо – здiйснити цiлу революцiю в металургiї – мiльйони тон сотнi разiв переплавленої, «замученої» сталi з порушеною генетикою, забрудненої мiддю, оловом, свинцем, вiсмутом, алюмiнiєм та iншими домiшками перетворити в суперсталь».

Звiсно, коли постало питання стосовно отримання булатiв за сучасних умов виробництва, вiдразу ж виникло iнше питання, як це здiйснити, тобто як в умовах сучасного металургiйного виробництва отримати чисту по хiмiчному складу вуглецеву сталь.

Це питання також турбувало i українця, к. т. н. Назаренко Василя Романовича, котрий як i вiдомi свiтовi вченi М. Фарадей, С. Рiнман, Г. Пiрсон, Д. Стодарт, М. Ломоносов, Д. Менделєєв та iншi, загорiвся здiйснити мрiю людства з студентських рокiв, котру пронiс скрiзь своє життя. Завдяки довгiй та наполегливiй працi, вiн розвiяв хмари над таємницею булату, за що нагороджений «Орденом за Заслуги III ст.»

Науковотехнiчний центр «БУЛАТ НВР» впровадив у виробництво булатну сталь на металургiйних заводах «Днiпроспецсталь» та «Запорiжсталь». Вироби iз булатної сталi по зносостiйкостi виявилися значно кращими вiд аналогiчних, виготовлених iз легованих марок. Ви- словлення П. П. Аносова вiдносно перспектив булату ми пiдтвердили в результатi застосування булатного iнструменту при обробцi металiв, деревини, земляних грунтiв, пластичних матерiалiв, при переробцi м'яса i виробництвi цукру та iнше.

Технологiя виробництва булатної сталi є технологiєю якiсної металургiї в сучасному розумiннi. Її застосування дозволить з одного боку значно скоротити марочну структуру сталей, котрi сьогоднi використовуються в промисловостi, з iншого, принести значний економiчний ефект суб'єктам пiдприємництва.

І на завершення, хочу внести деякi уточнюючi, з вимогою часу, правки до розумiння сутi булату.

Історично i по сьогоднiшнiй день булат завжди асоцiювався з використанням його в якостi матерiалу для виготовлення лез при виробництвi зброї. Даючи оцiнку визначенню термiну булат, науковцi всього свiту i по сьогоднi справедливо вважають його композицiйним матерiалом з фазовою неоднорiднiстю та обов'язковою наявнiстю вiзерунку на поверхнi виробу.

В результатi промислового виробництва булатної сталi порушуються умови формування вiзерунку, тобто вiн зникає, але сам метал залишається композицiйним матерiалом з фазовою неоднорiднiстю. Подальше отримання вiзерунку на такому матерiалi легко здiйснюється за третiм способом, описаним П. П. Аносовим, що нами також пiдтверджено.

На закiнчення, висловлюю глибоку надiю, що в наш час вперше в свiтi промислово отриманий булат все ж таки стане гордiстю нацiї, i займе своє визначне мiсце як в промисловому застосуваннi, так i в здобутках країни.