Дорогами тысячелетий

Каменный уголь, дающий при горении более высокую температуру, стали использовать в качестве топлива с IV века, а возможно, и раньше. Один из методов выплавки чугуна состоял в следующем: в плавильные тигли, имеющие форму трубы, укладывалась штабелями железная руда. Снаружи тигли обкладывались каменным углем. Затем уголь поджигали. Такая простая технология имела свои плюсы: исключалось присутствие серы в металле.

Широкое распространение чугуна в Древнем Китае повлияло на многие сферы жизни. Из него делались лемехи для плугов, мотыги, другие сельскохозяйственные орудия, железные ножи, топоры, стамески, пилы, шила, посуда и даже игрушки. Как памятник древним китайским металлургам в Даньяне стоит 13-этажная чугунная пагода, возведенная в 1061 году.

Китайские мастера-металлурги сумели наладить производство горшков и лотков с тонкими стенками, что позволило организовать массовое производство соли методом выпаривания. А для этого необходимы лотки именно с тонкими стенами. Другими технологиями лотки получить было нельзя. Для добычи рассола, из которого выпаривали соль, стали бурить глубокие скважины и наткнулись на природный газ. Его стали использовать как топливо для выпаривания соли из рассола. В 119 году до н. э. добыча соли и производство чугуна были монополизированы государством.

В III веке до н. э. в Китае открыли способ выплавки ковкого чугуна. Для этого его отжигали — целую неделю держали нагретым до высокой температуры. Чугун становился менее хрупким и не раскалывался от ударов. Земледельцы обрадовались. Лемехи не стали разламываться от ударов о камни. Такой чугун по эластичности напоминал ковкую сталь, но в то же время обладал большей прочностью и твердостью.

Чуть выше уже говорилось об удивительной чугунной пагоде в Даньяне. Но, пожалуй, самым величественным памятником из чугуна является более раннее творение китайских металлургов. Восьмигранная колонна, названная «Небесной осью, знаменующей добродетель Великой династии Чжоу с ее сонмом земель». Она была построена в 695 году. Высота чугунного постамента колонны — 6 метров, его радиус — 8 метров. Высота самой колонны — 32 метра, а ее диаметр — 3,6 метра. На вершине колонны — «облачный свод» высотой в 3 метра, который венчают четыре бронзовых дракона, каждый высотой 3,6 метра. На сооружении «Небесной оси» пошло 1325 тонн чугуна. Даже по нынешним временам цифра солидная.

В отличие от чугуна сталь впервые получили не в Китае. Однако способ превращения чугуна в сталь был придуман в Китае, а технология, уже подробно разработанная ко II веку до н. э., легла в основу бессемеровского процесса, открытого на Западе лишь в 1856 году.

Как мы знаем, хрупкость чугуна объясняется значительным содержанием в нем углерода (до 4,5 процента). Если его частично удалить, то получится сталь, а если удалить его практически полностью, то сталь станет ковкой. Ковкую сталь китайские инженеры широко использовали при строительстве крупных мостов и акведуков.

Чугун китайцы называли «сырым железом», сталь — «великим железом», а ковкую сталь — «созревшим железом». Они понимали, что при «созревании» железо теряет какой-то важный компонент, но, не зная химии, описывали этот процесс как «потерю животворных соков».

Чтобы удалить углерод, китайские металлурги вдували в расплавленный чугун воздух. Этот способ называли также стократной очисткой, поскольку его повторяли многократно, и сталь раз за разом становилась все прочнее. Высоко ценились мечи из такой стали. Клинок, как правило, делали из мягкой ковкой стали, а наварное лезвие — из твердой.

Китайцы могли определять качество стали лишь опытным путем, в зависимости от того, сколько раз она «очищалась». Если требовалась очень мягкая сталь, они вдували больше воздуха. В Древнем Китае практиковался такой широко известный метод закаливания стали, как мгновенное охлаждение раскаленного докрасна или добела металла в жидкой среде. Это дает возможность сохранять внутреннюю микроструктуру металла, которая нарушается при медленном остывании в естественных условиях. Использовался также и отпуск стали — медленное ее остывание, этот способ обладает своими преимуществами. Искусные китайские мастера были виртуозными технологами: они знали бесконечное множество способов, как придать металлу требуемые качества.

Приблизительно в V веке в Китае уже сплавливали металлы. Так, чугун и ковкая сталь плавились совместно для получения «нечто среднего», то есть нового сорта стали. В сущности, тот же процесс разработали Мартен и Сименс в 1863 году, китайцы же практиковали его еще в VI веке, о чем свидетельствует относящееся к тому же периоду его описание: «Цю Хуайвэнь делал также сабли и из «многосуточного железа». Метод заключался в совместной плавке самого чистого чугуна и положенных в него слитков стали в течение нескольких дней и ночей, после чего они превращались в сталь».

В 1637 году Сун Инсин дал подробное описание этой технологии: