Златоустовская сталь

Златоустовская сталь

Павел Петрович Аносов родился в 1799 году в Петербурге в семье мелкого чиновника горного департамента. В 1810 году по ходатайству деда Льва Собакина, механика Камско-Воткинских заводов, был определен в Петербургский горный кадетский корпус, который был тогда единственным высшим учебным заведением, готовившим специалистов горного дела. Павел Аносов окончил его в 1817 году с Большой золотой медалью. В конце этого же года молодой шихтмейстер прибыл на Златоус-товские заводы в качестве практиканта. Вряд ли он знал тогда, что пройдет путь от практиканта до горного начальника Златоустовских заводов и директора оружейной фабрики, что здесь, в Златоусте, он создаст свою теорию производства литой стали и овладеет вековой тайной получения булата. Начал же он с того, что в 1819 году представил дипломную работу «Систематическое описание горного и заводского производства Златоустовского завода».

В то время Златоустовский завод, хотя и имел уже устаревшее оборудование, но являлся металлургическим предприятием с полным циклом. Чугун выплавляли в доменной печи с двумя горнами, воздух в которые подавался цилиндрическими мехами, приводящимися в действие водяными колесами. Кроме передела на железо и сталь, чугун использовали для литья как в песчаные ила глиняные формы, так и в металлические. Отливали кричные молоты, наковальни, колеса, ядра, бомбы, а также гири, горшки, сковородки и другую хозяйственную утварь. В те годы говорили, что «вся Россия печет блины на уральских чугунах» (сковородах).

Для переработки чугуна в кричное железо и «уклад» (сырцовую сталь) на заводе действовали две кричные фабрики с 12 горнами. Каждый горн имел свой особый кричный молот, приводимый в действие водяным колесом. Для изготовления сортового железа работала специальная передельная фабрика с прокатными и резными станами для получения мерной полосы. Сравнительно небольшое количество стали, шедшее на инструменты и холодное оружие, готовилось из «уклада», который подвергали цементации (науглероживанию). Процесс цементации железа производился в специальных томильных печах при температуре около 1000 °C и длился 7–8 суток. Завод изготовлял 11 сортов железа и стали.

Оружейная фабрика, работающая на заводе, славилась уже не только в России, но и далеко за ее пределами. Златоустовские мастера изготовляли холоднее оружие высокого качества; шашки, сабли, палаши, саперные и охотничьи ножи. Эти изделия успешно конкурировали с европейскими образцами. В то же время инструментальная сталь по своему качеству уступала английской. Это главным образом объясняется тем, что, когда Аносов приехал на Златоустовский завод, там литой стали еще не изготовляли.

Секрет получения литой стали в России первой четверти XIX века являлся достоянием отдельных мастеров. Серьезных успехов в этом деле, как уже было отмечено, добился С. И. Бадаев (Камско-Воткинский завод). Он сконструировал специальную печь, имеющую два отделения — цементационное и тигельное. Кричное полосовое железо подвергалось цементации и после этого расплавлялось в тиглях. Затем производилась вторичная цементация полученной стали при помощи карбюризатора, состоящего из различных сортов угля, перемешанного с белой глиной, мелом и минеральными добавками. «Энциклопедический лексикон» Плюшара за 1835 год об инструментальной бадаевской стали говорил, что она лучше знаменитой «гунцмановской» (английской).

Литую цементованную сталь высокого качества получал также Нижегородский заводчик Полюхов. По заключению монетного двора сталь Полюхова «… оказалась на дело инструмента годная и прочную сыпь имеет мелкую и ровную». Оригинальный способ производства литой стали разработал управитель Велетминского завода Пономарев. Тигельные процессы производства стали появлялись на Верхне-Исетском, Невьянском, Каслинском и других заводах. Этому способствовало распространение отражательных (пламенных) печей, в которые помещали тигли со сплавляемыми материалами. Путем сжигания дров, а потом кокса в струе подогретого воздуха в таких печах удавалось получать температуру до 1500"С.

Однако, как и все новое, литая сталь часто встречала недоверие со стороны многих металлургов. Объяснялось это тем, что способы ее выплавки и разливки были недостаточно совершенны, и иногда металл получался либо низкого качества, либо очень высокой стоимости. Так, например, мастер из Золингена Петр Каймер пытался ввести на Златоустовском заводе литую сталь. Он обставлял свою работу большой таинственностью, к плавкам готовился долго и за два года работы выдал всего 9 пудов относительно годной стали. А обошлась его сталь в 10–15 раз дороже цементованной. По этим и другим причинам государственный департамент часто отказывался выдавать привилегии на способы производства тигельного металла. Между тем многие поступающие изобретения имели, очевидно, немалую ценность. Это подтверждает недавно установленный факт, что из всех русских архивов бесследно исчезли описания различных приемов получения стали, применявшихся в то время на заводах страны.

Проанализировав имеющийся опыт различных способов выплавки стали для оружия и инструмента, П. П. Аносов пришел к выводу, что только литая сталь может обладать необходимыми свойствами. «Литая сталь, — писал он, — имеет преимущество перед выварною и цементною из тех же первых материалов, полученных как по равномерному, так и более тесному или химическому соединению частей углерода с железом». Так, П. П. Аносов, исходя из чисто научных соображений, обосновал целесообразность тигельного производства. Предварительные опыты по получению литой стали окончательно убеждают его: только организация тигельного производства коренным образом улучшит качество стального оружия и инструмента на Златоустовском заводе.

Аносов хорошо себе представлял, что производство литой стали складывается из следующих операций:

«Устройство печей, приготовление плавильных горшков, плавка, отливка в формы и ковка». Поэтому он начал с устройства пламенных печей. Им был спроектирован отапливаемый углем горн для печи с подогревом восьми тиглей одновременно и сооружен корпус с восемью такими печами. Печи для выплавки тигельной стали эксплуатировались на Златоустовском заводе до начала XX века, то есть чуть ли не 100 лет!

Одной из самых трудных задач во времена Аносова являлась организация производства тиглей — «плавленных горшков», как их называли. Производство глиняных тиглей было хорошо известно, так как они применялись для литья цветных металлов, а позднее — для переплавки чугуна. Мастер Боткинского завода Федор Мезенцев даже придумал ручной винтовой штамп для приготовления «плавиленных горшков». Но для приготовления литой стали требовались тигли очень высокой огнеупорности. Такие тигли выписывались из-за границы, из города Пассау в Баварии, около которого находились залежи высокоогнеупорной глины. Цена их была очень высокой. Поэтому Аносов пришел к выводу, что «иностранные горшки особенно в столь отдаленном месте, как Златоуст, были бы слишком дороги для стального производства, и, не заменив их своими, успех был бы безнадежен».

А горшки из челябинской глины как будто и обладали достаточно большой огнеупорностью, но постоянно трескались при высоких температурах. Исследование причин образования трещин показало, что они получались вследствие расширения частиц глины: при высоких температурах одни частицы «давили» на другие. Аносов понял, что трещины в горшках являются результатом большой усадки, которую давала глина при нагревании. Для предупреждения трещин было необходимо добавить к глине «тело, которое бы уменьшило… способность сжимания». Аносов делает анализ заграничной глины и находит, что этим «телом» являлся графит. В пассауских горшках сама природа позаботилась соединить глину с графитом. Итак, для предупреждения трещин тигля в челябинскую глину надо добавить графит. Но где его взять?