Загадка булатного узора

В записной книжке Швецова часто упоминается «Ломъ булата» или «булат». Помечено, что свойства булата достигались при плавке шихты, состоящей из 1,5 фунта кричного железа, 0,25 фунта зеркального чугуна, 1,5 золотников синеродистого калия и 0,5 золотников марганцовистого чугуна. В 1906 году П. Н. Швецов продал рецепты приготовления булата дирекции Златоустовского завода. Рецепты были, а булата — не было. После 1905 года в Златоусте никто делать булата уже не умел. Секрет его получения вновь оказался безвозвратно потерянным…

Чем же объяснить, что еще при жизни П. Н. Швецова перестали плавить узорчатую сталь? Ответ на этот вопрос сравнительно прост. Дело в том, что в начале XX века изобретают и начинают широко применять легированные стали. Физико-механические свойства таких сталей гораздо выше не только углеродистых, но и булатных. Нет ничего удивительного, что ещё француз Беотье и другие западные металлурги принимали за булат хромистую сталь.

Старожилы Златоуста любят рассказывать такой случай. В 20-е годы кавалерийские сабли и шашки делались уже из стали, содержащей примерно 3 % хрома. Однажды на завод попал известный военный кавалерист и, увидев булатные сабли, поинтересовался, насколько лучше они современных. Ему разрешили «рубануть» современной шашкой по булатной и… на булатной сабле осталась зазубрина! Хром, молибден, вольфрам и другие легирующие элементы так повышают твердость и прочность стали после закалки, что булату с ней тягаться не под силу. Вот почему легированные марки стали, получаемые тигельным процессом, часто принимали за булат. Так, например, мастер К. К. Моисеев утверждал, что ему приходилось лично в 1920–1925 годах плавить «булат» следующего состава (в%): углерод — 1,55–1,44; хром — 0,7–0,8; марганец — 1,52–1,64; вольфрам — 0,69–0,86. Конечно, свойства этой легированной стали не уступали булату!

Таким образом, в начале XX века легированные стали позволяли получать холодное оружие и инструмент очень высокого качества. Необходимость приготовления булата полностью отпала.

Узорчатая сталь? Сколько угодно!

В XIX веке последователи Аносова, известные русские металлурги П. М. Обухов, А. С. Лавров, Н. В. Калакуцкий развивали его идеи о получении совершенной стали, искали научные обоснования металлургических процессов. Так, например, А. С. Лавров изучал строение стального слитка, впервые применил алюминий для удаления кислорода из стали, выдвинул идею подогрева верхней части слитка термитными смесями для того, чтобы уменьшить его усадку и увеличить выход годного металла. Совместно с Н. В. Калакуцким он открыл и объяснил ликвацию стали — неравномерное распределение примесей в объеме слитка. Работы Аносова и его последователей продолжил выдающийся ученый-металлург Д. К. Чернов, обобщения и открытия которого в начале XX века завершили формирование металлургии как пауки.

В 1878 году Д. К. Чернов описал характер затвердевания (кристаллизации) стали и показал особенности перехода ее из жидкого в твердое состояние. Он разработал схему образования кристаллов в жидком металле, исходя из того, что они состоят из дендритов — древовидных образований. Чернов собрал большую коллекцию кристаллов, которые были извлечены из стальных слитков. Некоторые из них достигали размеров 3–5 мм.

Однажды полковник А. Г. Берсенев, служивший приемщиком на металлургическом заводе, нашел в груде стального лома на шихтовом дворе огромный кристалл. В собрании Чернова это был самый крупный дендрит — он весил почти 3,5 кг и имел длину около 40 см. Вскоре он стал широко известен как «кристалл Чернова».

Величину дендритов Д. К. Чернов связывал с условиями охлаждения стали: «Если расплавленную в тигле сталь вы будете при охлаждении приводить постоянно в сильное сотрясение, достаточное для того, чтобы все частицы ее приходили в движение, тогда слиток будет иметь чрезвычайно мелкие кристаллы, — писал Д. К. Чернов, — если же эту сталь оставить без всякого сотрясения и дать массе спокойно и медленно охлаждаться, тогда у вас эта же сталь получится в крупных, хорошо развитых кристаллах».

Склонность стали к кристаллизации, форма кристаллов и их взаимное расположение зависят не только от условий кристаллизации, но и от химического состава стали, степени ее загрязнения вредными примесями. Чем меньше примесей в стали, тем легче получить при кристаллизации ее крупные кристаллы. Исходя из этого, Д. К. Чернов считал, что первоначальная крупная кристаллическая структура является первоосновой булатного узора. Это утверждение как будто совпадало с рекомендациями П. П. Аносова, который писал, что «для получения совершенного булата» необходимы особой чистоты материалы, «сильный жар во время плавки», «медленное охлаждение тигля» и «наименьшее нагревание при ковке».