Археологические раскопки показывают, что уже в IX—X вв. на Руси получали сталь и делали из нее различные предметы ратного и домашнего обихода. Используя приемы механической и тепловой обработки, кузнецы изготавливали прекрасные образцы холодного оружия. Становление промышленного производства стали восходит к XVIII — началу XIX в. и связано с уральскими и тульскими заводами: Нижне-Тагильским, Верх-Исетским, Тульским, Камско-Воткинским и, наконец, Златоустовским — местом исследовательской и инженерно-производственной деятельности П. П. Аносова.
Машиностроительные заводы, военные производства, ремесленно-фабричные промыслы по изготовлению сельскохозяйственных орудий нуждались в сталях высокого качества. Понимая это, Аносов сосредоточил все свои силы, опыт и знания на раскрытии секретов булата, технологии его изготовления.
Секреты дамасской стали
С древнейших времен булат был предметом высшей гордости и поклонения народов Востока и Запада. Булатные клинки не тупились и не зазубривались даже при разрубании железных прутьев и гвоздей, они рассекали на лету шелковую, газовую ткань. Признаком булата было наличие узоров на его поверхности: чем крупнее узор и темнее грунт, тем качественнее сталь. Поверхность булатного оружия отливала красноватым или золотистым цветом, оно хорошо гнулось и издавало характерный и очень чистый звон.
Родиной булата была Индия. Его производили также на Среднем и Ближнем Востоке, Кавказе и прилегающих к нему землях. Рецепты изготовления булата, окутанные таинственными ритуалами, передавались по наследству и составляли родовую тайну, проникнуть в которую не могли ни на Западе, ни на Руси. Как писал Аносов:
«…улаты в России давно были известны, хотя искусство приготовления их никогда не существовало». В своем сочинении о булатах Аносов рассказывает о том, что его заставило заняться поисками «тайны булата»: «В Азии булаты с незапамятных времен не выходят, так сказать, из моды и сохраняют постоянную ценность, подобно благородным металлам... Азиатцы... охотно платят за лучшие клинки по 100 и более червонцев... Собрав несколько образцов, я старался определить относительное их достоинство различными испытаниями, посредством которых я скоро мог заметить, что при некоторых видоизменениях узоров булат очевидно тверже, но не хрупче стали, следовательно, лучше. С тех пор я принял намерение опытами доискаться тайны приготовления булатов...» Лучшими по своим качествам считались булаты со сложными, переплетающимися рисунками на темном, иссиня-черном грунте. При наклонном падении лучей такие клинки давали явственно золотистый отлив.
По итогам изысканий ученый опубликовал два труда: «Описание нового способа закалки стали в сгущенном воздухе» (1827) и «Об опытах закалки стальных вещей в сгущенном воздухе, произведенных в 1828–1829 гг.» (1829). Подробно описанные технологические процессы были внедрены в производство на Златоустовском заводе. Сталь, выплавлявшаяся по способу Аносова, отвечала самым высоким требованиям. Об этом свидетельствует, в частности, известный ученый А. Гумбольт, предпринявший в 1829 г. научную экспедицию по Среднему и Южному Уралу. Немецкий естествоиспытатель в течение месяца знакомился со сталелитейным производством в Златоусте и в знак благодарности за высокую профессиональную оценку увиденного получил от Аносова шпагу из литой стали.
На пути к производству булата Аносов изучил множество трудов по истории цивилизаций, государств и народов, технологических укладов, металлургических и горнорудных производств. Отдавая должное теоретической проработке вопроса, главное внимание исследователь уделял экспериментальной стороне изысканий. С помощью построенной им оригинальной печи и специально изготовленных огнеупорных тиглей Аносов провел большую серию опытов по выплавке, разливке, ковке, закалке, отпуску стали и ее последующей обработке. Он исследовал вопросы науглероживания стали и получения ее из металлического лома.
В легендах, мифах, преданиях народов Индии и Востока говорится об использовании цветов, листьев, трав при производстве булата. Аносов экспериментально исследовал реальную сторону этих свидетельств. По узору, грунту, отливу Аносов легко мог отличать индийский вутц от табана и кара-табана, и тем более от сирийского шама. Данные о всех известных ему видах булата Аносов занес в таблицу, каждому сорту его дал точную характеристику. Также он дал точное определение булата. «Булатами, — писал он, — называется всякая сталь, имеющая узорчатую поверхность; на некоторых булатах узор виден непосредственно после полировки, а на других не прежде, как поверхность ее подвергается действию какой-либо слабой кислоты. Сок растений или уксус, приготовляемый из пива, может заменить кислоту. Обнаруживание узоров называется вытравкою. Узоры на стали могут быть весьма различны; но не всякая сталь с узорами должна быть названа булатом. На обыкновенной стали рисовкою и травлением наводят иногда узоры, подобные булатным; но как бы тщательно они ни были сделаны, опытный глаз не затруднится распознать искусство, не зависящее от свойства стали. Такие булаты называются ложными. Другой вид булатов имеет хотя искусственные узоры, но заключающиеся в самом металле, так что, сколько бы раз ни повторять полировки и вытравки, они снова появляются. Эти булаты известны под именем искусственных, или сварочных. Они получаются через многократную сварку как различного рода стали между собою, так и с железом. Достоинство сих булатов может быть различно и зависит частию от качества первых материалов, частию от искусства мастеров».
В ходе его экспериментов добавка в плавку различных растений показала, что они действительно оказывают воздействие на получаемый металл. Объяснялось это наличием в растениях углерода и соединением его с железом. В следующей серии экспериментов ученый исследовал влияние алмазного порошка и графита — веществ, состоящих из чистого углерода, на качество выплавляемой стали. В результате он научно обосновал и сформулировал основополагающий тезис о том, что углерод является необходимым элементом химического состава высококачественной стали.
Следующим этапом его исследований стало изучение влияния на выплавляемую сталь присадок алюминия, кремния, марганца, платины, серебра, титана, хрома. Проведенные опыты заложили основы изготовления в последующем хромистых, марганцевых и других специальных сортов высококачественной стали.
Для изучения узоров на булате Павел Петрович собрал богатые коллекции стальных изделий. При анализе рисунков он акцентировал внимание не на художественно-эстетических началах, восточном колорите узоров, а на их расположении, размерах и цвете как проявлении состава, качества и свойств металла. Предложенная Аносовым классификация включала в себя пять типов сталей: коленчатый, волнистый, сетчатый, полосатый и струистый. Лучшей из них была коленчатая, худшей — полосатая.
Русский булат
Исследуя связь между свойствами стали и рисунками на ее поверхности, Аносов подошел к проблеме изучения микроструктуры металлов. В 1831 г., одним из первых применив в своих изысканиях микроскоп, он установил зависимость свойств стали от ее кристаллического строения. Эти работы заложили основы будущей науки — микроскопической металлографии.
В результате многолетних исследований Аносов эмпирически (опытным путем) установил оптимальное соотношение железа и углерода и определенное кристаллическое строение металла, при которых обеспечивались самые высокие качества литой стали. По своим характеристикам и свойствами она превосходила все выплавлявшиеся в то время образцы. Он отмечал, что, по его мнению, булат — это недоваренная сталь с не полностью расплавившимися железными частицами. В то же время необходимым условием получения булата он полагал замедленное охлаждение, способствующее образованию хорошо различимых узоров. Созданный металлургом русский булат отливал красновато-золотистым цветом и обладал крупными сетчатыми или коленчатыми узорами. Изготовленный ученым в 1837 г.
первый булатный клинок не уступал по качеству клинкам из прославленной дамасской стали. Булат сочетал в себе твердость и остроту лезвия, невиданную ранее упругость и вместе с тем вязкость внутренних слоев изделия, предохраняющую его от поломок. В зависимости от внешнего вида и качества Аносов делил «русский булат» по видам: полосатый, струистый, волнистый, сетчатый и коленчатый. Булаты, указывал Аносов, могут быть с крупными, средними и мелкими узорами; серого, бурого и черного цветов; без отлива, с отливом красноватым и золотистым.
С подачи Аносова на знаменитой российской Златоустовской фабрике началось массовое производство булатных сабель и шашек. Несколько их экземпляров отослали в подарок царю в Санкт-Петербург, где они произвели подлинный фурор. Оружием такого качества не могла похвастаться тогда ни одна армия мира. Слава о русском — аносовском булате тотчас же разнеслась по всему миру, а англичане, очень гордившиеся своей сталью, кусая губы, смотрели, как аносовские клинки, словно масло, перерубали самые крепкие английские зубила. Булаты Аносова рубили кость и металл без повреждения лезвия, а закрепив конец шпажного клинка, его без вреда можно было согнуть под прямым углом!
Итогом многолетней работы стал знаменитый труд «О булатах» (1841), немедленно изданный за границей на французском и немецком языках, в котором Аносов с гордостью писал о наступлении времени, когда «наши воины вооружатся булатными мечами, наши земледельцы будут обрабатывать землю булатными орудиями, наши ремесленники выделывать свои изделия булатными инструментами». «Россия, — писал ученый, — богатая железными рудами различного свойства, не бедна и искусными руками: ей недоставало только совершенства в общеупотребительном материале — в стали». В 1840-е гг. разворачивается производство литой стали по способу Аносова. За период с 1830 по 1835 г. на Златоустовском заводе было выплавлено 4595 пудов литой стали, но доля высококондиционного русского булата, по всей видимости, не была большой даже после 1840 г.
После смерти Аносова практически никто так и не смог повторить его плавки булатных слитков: подробности технологии выплавки булата были постепенно забыты.
Несмотря на восстановление секрета, булат по-прежнему остается самым загадочным из всех существующих материалов. Ведь свойства его в корне не соответствуют научным взглядам на природу железа.
По составу булат — это чугун, но реальный чугун хрупок, а булат сгибается в дугу. Согласно науке, чем больше углерода в стали, тем менее она вязкая, но булат удивительно вязок. Научный «приговор», гласящий, что твердость и вязкость — противоположные свойства инструментальных сталей, булат опровергает начисто.
Тайна, или, что точнее, тайны булатных сталей кроются не только в их строении, обусловленном технологией выплавки, но и в особенностях кристаллизации, остывания, ковки, обработки, закалки. Причем для каждой разновидности булата у разных мастеров своя технология и свои секреты. Управлять этим сложнейшим процессом могут единицы.
Как пишет В.И. Басов, один только характер кристаллизации зависит от целого ряда факторов: шероховатостей стенок тигля или изложницы, температуры металла, его цвета, скорости охлаждения, состава металла, степени его чистоты и многого другого. Малейшая ошибка, допущенная мастером, приведет к тому, что булат превратится в кусок обыкновенного чугуна. А посему булат — это прежде всего технология, а не химический состав металла. Как ее применять — в том и состоит главный секрет настоящего булата.
