Сварочная сталь

Кузнечную сварку губчатого, кричного металла применяли еще в самом начале железного века, т.е. 3500 лет назад. Эта технологическая особенность нашла отражение в самом названии древнего металла - "сварочное железо". И в более поздние времена кузнечная сварка была неизменным спутником производства высококачественного металла. Суть технологии кузнечной сварки заключается в сближении очищенных от загрязнений и раскаленных поверхностей металла до расстояний, близких к межатомным. Тогда во время проковки происходит взаимопроникновение атомов, как бы "сшивающее" контактирующие куски металла.

Самой распространенной и простой является сварка сложен-ных стопкой пластин, образующих пакет. Пакет нагревают в горне и посыпают тем или иным флюсом, который сплавляется с образовавшейся на поверхности пластин окалиной и очищает от нее свариваемые поверхности. Растворяя окалину, флюс одновременно образует жидкий шлак, предохраняющий поверхность металла от дальнейшего окисления. Покрытый жидким шлаком пакет разогревают до белого каления и проковывают. Сначала выжимают жидкий шлак, а затем сильными ударами производят собственно сварку. После первой сварки пакета его расковывают на полосу и разрубают но несколько частей, которые снова складывают стопкой и производят вторую сварку. Эти действия повторяют до тех пор, пока не наберут желаемое количество слоев железа и стали в изделии.

Со времен раннего средневековья и до начала XIX в. в Европе при получении стали и железа из чугуна его пережигали в специальных печах для удаления излишнего углерода. К 18в. было разработано около 90 видов этой технологии, получившей название кричного передела. Общим для этих технологий было получение промежуточного продукта в виде пропитанной шлаками очень неоднородной крицы. В одном куске сырцового металла соседствовали участки среднеуглеродистой стали с прожилками чугуна и высокоуглеродистой стали.

Для производства качественного металла требовалось удалить шлаки и выровнять состав, что и достигалось неоднократными проковками и сварками сырцовой стали. Товарная продукция получила в Европе название рафинированной стали. В статье "Краткое описание Златоустовской оружейной фабрики", опубликованной в "Горном журнале" в 1846 г. и принадлежащей, как полагают, перу П.П.Аносова, дано описание совершенного способа производства узорчатой "сварочной" стали.

Работа по этому способу начинается с очищения чугуна от примесей - в первую очередь от кремния. Очищенный переплавлением чугун отбеливали путем резкого охлаждения, а затем пережигали в кричном горне для удаления излишнего углерода. В горн сначала засыпали 15 кг железных обсечек и, когда они по мере сгорания угля опускались на дно, постепенно загружали до 100 кг чугуна. После выжигания некоторого количества углерода крицу сырцовой стали извлекали и проковывали в бруски.

Считалось, что получаемая, еще весьма высокоуглеродистая сырцовая сталь не годилась для выковки оружия, поскольку "...она местами или слишком груба, или слишком мягка. Притом же и не довольно чиста во внутренности, почему она должна быть улучшена." Для улучшения брусковую сталь проковывали в ленты, затем закаливали и по излому разделяли на четыре сорта: твердую, среднюю, мягкую и негодную. Из 20-и листов первых трех сортов металла составляли пакеты, которые после первой сварки еще дважды разрубали пополам и сваривали, после чего расковывали на полосы. Такая 80-слойная сталь называлась "односварочною" и считалось годной не для оружия, а лишь для напильников и другого грубого инструмента.

Клинковую "двухвыварную" сталь получали своркой пакета еще раз отсортированных 20 лент "односварочной" стали с последующим окончательным удвоением и расковкой в бруски. Таким образом, златоустовская клинковая "сварочная сталь" состояла из 3200 слоев сырцовой стали, в свою очередь образованной сплавленной смесью частиц высоко -среднеи малоуглеродистой составляющих. 

Откованные клинки закаливали в чистой ключевой воде и подвергали отпуску до синего цвета побежалости. Иностранных специалистов приводила в изумление проверка готового оружия на упругость, при которой зажатый в тиски златоустовский клинок 20 раз сгибали в полдуги в обе стороны без всякого вреда. Достижение совершенства в рафинировании стали составляло "...одно из главнейших попечении местного начальства, поскольку от доброты оружия нередко зависит жизнь воина."

Эта зависимость действует повсеместно, поэтому не приходится очень удивляться, что невероятно прославляемые сегодня японские мечи изготавливали из сварочного металла, неотличимо схожего со златоустовским. Оружейники далеких островов до 10 — 15 раз расковывали вдвое и проваривали заготовку из сырцовой стали "тамахагане", пока металл не достигал требуемой степени однородности. Так же, как и в Европе, дальневосточные мастера-оружейники считали, что неоднородная и сверхвысокоуглеродистая сырцовая сталь непригодна для непосредственного применения в лезвии меча. В этом есть немалый смысл, поскольку при превышении уровня в 0,8 % углерода твердость стали после закалки почти не повышается, а хрупкость значительно возрастает. Значит, для получения стойкого лезвия требуется выровнять состав и удалить из стали излишний углерод, т.е. подвергнуть сталь "рафинированию". В Японии это дости-галось выжиганием углерода непосредственно из каждой заготовки клинка при неоднократных сварках и проковках.