Тайна ржавого железа

Леонид Архангельский

      Так случилось, что я начал заниматься дамасской сталью - этим старинным клинковым металлом, еще ничего, в общем-то, не зная об истории оружия. В кузнечно-клинковое дело я пришел из дела ракетно-космического, поэтому на традиционные технологии металлургов древности смотрел несколько свысока. Действительно, ну что такого - этакого они могли сделать в своих печурках и горнах?

     Но когда вплотную занялся историей металлургии оружейных сталей, то понял, что кузнецы древности может и меньше нашего знали, но зато куда больше понимали. Со временем я обратил внимание на общее для кузнецов-оружейников древности непонятное тяготение к старому, проржавевшему железу, которое они охотно применяли для изготовления клинков. Трудно сказать, где и когда при производстве высококачественных клинков начали целенаправленно использовать ржавое железо, но самое раннее упоминание об этой технологии находим еще у Диодора и Плутарха. Говоря о населявших Испанию кельтиберах, они описывали их метод производства наиболее качественных мечей - на первый взгляд, не слишком очевидный.

      Кузнецы кельтиберов расковывали железные крицы в тонкие полосы, которые закапывали в землю. Пролежавшие в земле определенное время (иногда несколько лет), изъеденные ржавчиной пластины выкапывали и из остатков ковали хорошие мечи. О качестве испанских мечей свидетельствует Филон Византиец (3-й век), который пишет, что если хотели их испытать, то клали клинок на голову и притягивали концы к плечам. Когда концы отпускали, то клинки выпрямлялись без всякой остаточной деформации - для того времени качество превосходное.

      Совсем на другом конце континента (не на Крайнем Западе, а на Дальнем Востоке), японские оружейники при производстве металла для своих мечей иногда также применяли подобный метод. Подобно иберийским кельтам, они проковывали крицы в пластины и закапывали их в землю. Добавлю, что закапывали не где попало, а в выбираемых кузнецами особых местах, чаще всего болотистых. Затем, откопав эти проржавевшие пластины, они собирали их в стопку (пакет), сваривали в монолит и расковывали полученный брусок в полосы, которые снова закапывали, т.е. повторяли процесс. Полученный металл отличался особой остротой и стойкостью к коррозии.

      Подробности "ржавой" технологии можно уточнить, если от иберийских кельтов античности и японских оружейников средневековья перейти к кузнецам Кавказа более близких нам времен. Не знаю, насколько давно они с ней познакомились, но сохранились письменные и устные сведения, что даже в конце 19-го века используемая ими при производстве клинков промышленная пружинная сталь вагонных буферов сама по себе, в "чистом виде", почему-то не устраивала наследников древних оружейных традиций, поэтому ее подвергали дополнительному процессу ржавления, который они называли "очищением"

      Например, кузнецы чеченцев для ускорения процесса коррозии раскованные в тонкие пластины рессоры помещали в сернистые источники, а если их поблизости не было, то в специальный состав из соли, чеснока, помета водоплавающих птиц и других компонентов. После выдержки их сваривали, скручивали, расковывали и снова подвергали ржавлению в той же особой среде, что могли повторять несколько раз. Полученный многотрудный металл был настолько ценен, что его бруски берегли для изготовления самых ценных заказов и иногда даже передавали по наследству.

      Помимо рессор при изготовлении оружия использовали и другое ржавое сырье. Так, автор "Очерков кустарных промыслов в Терской области" Г.А. Вертепов писал: -"Еще в недалеком прошлом лезвие дорогих сортов кавказских ножей сваривалось из мелких кусков ржавых гвоздей и затем хорошо прокаливалось особым туземным способом." Отмечу, что не только на Кавказе и не только клинковое оружие ковалось из старых, ржавых гвоздей. Например, на Западе из них изготавливались высоко ценимые стволы ружей.

      Так, наиболее древний и повсеместно ценимый сорт Дамаска для стволов так и назывался "гвоздевой" (nagelstumpfdamast. (нем.) - "Дамаск из остатков гвоздей"). Этот сорт обязан своим названием сырью, из которого его изготавливали, а именно старым гвоздям, которыми прибивают подковы к лошадиным копытам. Изъеденные ржавчиной остатки плоских подковных гвоздей проваривали и расковывали в полосу, которую обычным порядком по спирали наворачивали на оправку и сваривали сам ствол. На поверхности готового ствола проявлялся оригинальный узор, образованный прерывистыми линиями.

      Возникает естественный вопрос: "Почему кузнецы разных народов, разделенных тысячами километров географически и тысячами лет по времени, применяли одну и ту же, неэкономную и весьма трудоемкую технологию изготовления узорчатого металла?" Напрашивается вывод, что свариваемый из старого, ржавого сырья узорчатый металл каким-то образом приобретал дополнительную прочность. Вероятно, в первую очередь вследствие того, что сварные швы имели резко отличный от основной массы хим. состав и структуру. Но какие именно? Можно допустить, что при сварке стальных пластин соединительные швы заметны из-за обезуглероживания поверхности от выгорания углерода при сильном нагреве, но при сварке железных гвоздей выгорать-то нечему!

      Поразмыслив, решил проверить старинный метод на опыте. Нашел рядом с кузницей лист проржавевшего до дыр железа, пролежавшего в земле под кучей угля лет десять, отколотил толстый слой ржавчины, порубил лист на куски и сложил их в стопку. Для фиксации рыхлого пакета положил его на тонкую пластину с ручкой (своего рода лопату) и обвязал проволокой. Разогрел в кузнечном горне, как следует посыпал флюсом (бурой) и аккуратно проварил на очень высокой температуре. Во время расковки сваренного пакета в пластину я обратил внимание на то, что внешне плотный брусок (без видимых раковин и непроваров) при ударах молота почти не удлинялся, а как бы сжимался внутрь себя, поглощая энергию удара. Ощущение странное и непривычное - как будто ковался кусок "железной резины".

      Зачистив поверхность полученной пластины, я обработал ее раствором азотной кислоты, который применяю для выявления узора на Дамаске. Результат весьма удивил - на сером, матовом фоне малоуглеродистого железа проявились необычно яркие, зеркально блестящие разводы и пятна.

      После исследования на электронном микроскопе образца этого "очищенного железа" выяснились, что блестящий узор в нем образован густыми скоплениями крайне мелких (около одной тысячной доли миллиметра), округлых частиц окислов железа, хотя встречались и более крупные частицы оксидов разного состава.

      Вот и ответ! Действительно, частицы оксидов железа обладают крайне высокой твердостью - настолько высокой, что мелко толченой окалиной в старину полировали даже яшму - один из самых твердых камней. При этом шарообразная форма мелких частиц позволяет значительно повышать прочность и износостойкость металла без заметного снижения его вязкости и пластичности. Таким образом, густые скопления сверхтвердых и сверхмелких частиц образуют слои-волокна из своего рода особой стали, отличающейся тем, что ее упрочняющие частицы не растворяются при ковке и закалке, как это происходит с карбидами обычной стали. В науке такие металлы называются дисперсно-упрочненными псевдоволокнистыми композитами. Сравнивая фотографии микроструктур "очищенной" ржавлением стали и классического л итого булата, можно заметить их поразительное сходство.

      Обращу внимание и на то, что старинное иранское слово "пулад", от которого и произошло наше название узорчатой стали "булат", в переводе значит "очищенное (железо)". Иранские руды содержат много серы, поэтому качественную литую сталь там получали переплавкой железа, долго пролежавшего в земле. При чем здесь "очищение"? Исследования "моего" образца показали, что в массиве бруска металла, полученного сваркой кусков обычного, но хорошо проржавевшего железа, включений вредной серы не обнаружено даже следов, в то время как в "свежих" сварных швах она есть. Комментировать не буду, поскольку для большей достоверности эксперимента надо бы сварить и исследовать не один, а пару десятков образцов.

      Впрочем, на тему различного хим. состава массива металла и сварочных швов можно сказать кое-что еще и без дополнительных экспериментов (которые, кстати, я все же провел уже после написания статьи. Но это разговор особый). Для начала скажу пару слов об  "особой туземной закалке" лезвий из ржавых гвоздей. Вероятно, имеется в виду нитроцементация, которая проводилась разными способами - например, клинок либо долго томили в горячем порошке из жженых рогов и копыт, либо просто посыпали им раскаленное лезвие непосредственно при закалке. Металл насыщается одновременно углеродом и азотом, и твердость обработанного таким образом лезвия достигает запредельного показателя в 76 единиц по Роквеллу! Напомню, что и немецкий "гвоздевой дамаск" имеет прямое отношение к копытам. Считалось, что железо подков и подковных гвоздей приобретает особую прочность от долгого контакта с лошадиным копытом. Вероятно, в ржавое железо из соков "живого" копыта проникают азотистые вещества, что действительно повышает прочность металла из такого сырья.

      Скажу и кое-что о гусином помете из "чеченского соуса". Как ни странно, но к нему некоторым образом имеет отношение легендарный Веланд - самый известный кузнец старой Европы. В легенде рассказывается, как перед поединком он несколько недель ковал свой меч, который получился столь острым, что рассекал плывущее по воде гусиное перышко. Однако мастер решил сделать меч еще лучше, для чего порубил клинок на мелкие кусочки и дал их проглотить гусям. Собрав помет этих гусей и отделив от него стальные опилки, Веланд сварил их в монолит и уже из этого "порошкового булата" изготовил клинок. Этот меч он положил на голову своего противника и просто разрезал его пополам вместе со шлемом и кольчугой,/Кажущаяся несколько странной "гусиная" обработка имеет на самом деле весь- мо реальное практическое значение. Как показали новейшие западные исследования, поверхность стальных частиц в гусиных желудках насыщается азотом./

      Итак, помет водоплавающих птиц в "чеченском соусе" появился не случайно. Причем здесь Веланд? Если верить легенде, то этот сын короля финнов учился кузнечному делу у подземных карликов-гномов - и учился именно на Кавказе. Конечно, сказка ложь, да в ней намек - соответственно, добрым молодцам должен быть урок.