Металлургия берёзовых рощ.

На модерации Отложенный

Привет, интеллектуалы. Вам несомненно знакомы берёзовые леса, но, как ни странно, не все мы понимаем их связь с металлургией. Это неправильно, поскольку одно не существует без другого и специально для вас (вообще-то для нас, я сам тоже - того, но пусть будет "для вас") я порылся в интернете и нашёл полное и обстоятельное объяснение этой связи. Оно может представиться излишне коротким, но кому не хватит букв - пожалуйста пройдите по ссылке и там найдёте недостающее. А лес - вот он

 

роща


Переход от хорошей, старой-доброй бронзы и от прочного метеоритного аустенита к мягкому ферритному кричному железу был для античных воинов не меньшей катастрофой, нежели для нас сейчас представляется переход к атомной энергии.
Каково было им получить доспех или меч — не только более трудный в изготовлении, нежели бронзовый, но ещё и худший по качеству? Единственное, что утешало их в такой ситуации — дерево обладало ещё худшими значениями твёрдости — от 2 до 7 единиц Бринелля. Потому мягкий железный меч или топор был лучше деревянного. ;)

Однако фазовая диаграмма, нарисованная на первом рисунке, содержит ещё одну ось, кроме оси температур. Это ось показывает процент углерода в железе.
И вот эта деталь добавляет много оптимистических красок в наш скучный рассказ о мягком кричном железе.

Всё дело в том, что углерод может находится внутри слитка железа в трёх основных состояниях: в виде твёрдого раствора в феррите или аустените, в виде химического соединения с железом (цементита, Fe3C — или карбида железа), или в виде включений чистого углерода (графита).

И именно эти три формы нахождения углерода в железе и определяют всё многообразие качеств получаемых сплавов железа и углерода.

Хуже всего приходится углероду в феррите. Наибольшее со­держание углерода, которое может раствориться в фер­рите — это всего 0,04%. Феррит буквально "выталкивает" из себя углерод, не позволяя ему внедриться в свою кубическую решётку α-железа. В силу этого, железо, получавшееся из болотных руд в первых, низкотемпературных сыродутных печах, было очень чистым и, как следствие — очень малоуглеродистым и очень мягким, что мы упомянули в предыдущей части нашего рассказа.

Аустенит же может растворить в себе гораздо больше углерода — около 2%. Поэтому, как только температура в сыродутной печи начинает подниматься выше 900°С — свойства получаемого железа начинают магическим образом улучшаться. Это связано с тем, что единожды растворившись в аустените, углерод потом не может "убежать" куда-либо из твёрдого куска металла — ему надо куда-то "спрятаться" при охлаждении железа и переходе из высокотемпературного аустенита в существующий при более низких температурах феррит.

Таким убежищем для углерода является перлит, который представляет из себя механическую смесь феррита и цементита. При этом "лишний" углерод из феррита "тупикуется" в цементит, в котором содержание углерода постоянно и определяется из соотношения массы атомов железа и атома углерода в формуле цементита: Fe3C. Этот процент углерода составляет в цементите постоянную величину в 6,67%.

В итоге перлит представляет из себя настоящий металлический композит. Он образуется из аустенита при его медленном охлаждении. Температура превращения аустенита в перлит равна 723°С. При весьма медленном пере­ходе через эту температуру цементит образуется в виде зерен (глобулей), и тогда перлит называется зерни­стым. При более быстром охлаждении цементит приоб­ретает форму пластинок, и такой перлит называется пластинчатым.
При весьма быстром охлаждении в ре­зультате значительного переохлаждения аустенита вме­сто перлита получаются другие структуры, о которых будет идти речь чуть ниже.

 

Перлит магнитен, прочен и пластичен. Твердость его находится в пределах от 160 до 230 по Бринеллю и равна твёрдости качественного аустенита. Это связано с тем, что второй компонент перлита — цементит, в отличии от феррита, гораздо более твёрдый — его твёрдость по Бринеллю составляет 800—820.

В итоге складывается уникальная ситуация — пластичный, но мягкий феррит в перлите идеально дополняется твёрдым, но хрупким цементитом и в итоге получается она — красавица и умница.

Сталь.


Ведь перлит — это и есть сталь.

То есть, стоило древним металлургам перейти через критическую черту в 900°С — и магическим образом все свойства получаемого ими железа стали улучшаться. Всё больше и больше углерода попадало из аустенита в перлит, в перлите росло количество цементита по отношению к ферриту, а само железо становилось всё лучше и лучше, превращаясь шаг за шагом в качественную углеродистую сталь.

Кроме того, дополнительные количества углерода позволяли радикально снижать температуру плавки и уходить от нужных раннее примесей-шлаков, которые использовались в кричном сыродутном процессе для снижения температуры плавки железа.
Это отчётливо можно увидеть на первой диаграмме — если чистое железо плавится при 1535°С, то железо, содержащее около 4% углерода — уже при 1100°С.
При этом, если древний сыродутный процесс неизбежно требовал громадных усилий кузнецов на "выдавливание" шлаков из полученной крицы, то добавление углерода в процесс позволяло и уйти от непроизводительного труда кузнецов, и улучшить качество кричной стали.

Поэтому рецепт, который нашли многие металлурги в разное время и в разных странах был прост и понятен:
"Нельзя гасить печь".  Нельзя снижать температуру, нельзя упускать тепло из печи, надо карабкаться всё выше и выше по шкале температур, чего бы это не стоило.

Сама же кричная сыродутная печь тоже становилась всё выше и всё больше, чтобы максимально сохранить тепло плавки и обеспечить температуру внутри себя. Ведь, как мы помним из текста о кораблях — куб растёт быстрее квадрата.

Березы...
Согласно законам сукцессии, березняки заменяются дубравами либо хвойными лесами, срок — от 100 до 200 лет. С другой стороны, береза, как
нетребовательное к условиям и самое быстрорастущее дерево — лучше всего закрывает сплошные вырубки. Получается такая картина, что лес на территории Руси регулярно вырубался — иначе не было бы такого количества березовых лесов на протяжении всего второго тысячелетия нашей эры, а были бы русские дубравы да русские хвойные леса.

Но ведь береза — очень плохой строительный материал, она быстро гниет. Для мебели тоже не очень годится — она слишком мягкая. По сути, береза хороша только для дров, для бересты, а начиная с ХХ века — для фанеры. Из этих двух назначений явно главное — дрова, береста — явно побочный продукт.

Если рассматривать вырубку леса просто как вариант ведения подсечно-огневого земледелия, то не надо вырубать леса в таких количествах, а потом бросать. При тогдашней плотности населения столько дров не нужно. И посевных площадей столько не нужно.

Однаков случае присутствия металлургического центра на Руси картинка становится гораздо более целостной.
Образуется поселение, оно ведет подсечно-огневое земледелие, которое, как известно, гораздо эффективнее обычного травопольного севооборота. Срубленные деревья — сначала что попадется, а потом почти исключительно березы, дающие, кроме всего, качественный древесный уголь — используются для металлургического производства. И самообеспечение едой, и производство конкурентоспособной продукции идёт нога в ногу. Население растет, ему становится тесно в рамках существующего поселения — рядом сразу же образуется новая община с теми же технологиями — благо болот и лесов на Руси полным-полно.

А вот в Великом Княжестве Литовском ситуация иная.
Полесские болота далеко на юге. Леса есть, но их поменьше. С запада — море и псы-рыцари, с востока — Русь, которая умеет плавить и ковать металл не хуже Литвы.
Тут уж поневоле задумаешься — стоит ли разжигать печь по-полной — или лучше тихонечко плавить крицу с минимальными потерями металла в шлак, а потом ковать-ковать-ковать кричную болванку в мягкое, чистое железо.

Ведь любой прорыв в развитии происходит  именно так. Сначала ты бежишь без всякой надежды по полочке возле критической точки или по начальному участку S-кривой, беспрерывно вкладывая силы в будущий Прорыв, а потом, вдруг, за магической температурой в 900°С получаешь "всё и сразу".
Сталь. Оружие. Хлеб. Империю.

Вот тебе, матушка, и Юрьев день.
Вот тебе матушка, и Прорыв.
Вот тебе, матушка и Империя.
Вот тебе, матушка, и реакторы-бридеры.

Ведь это всё — лишь звенья одной тысячелетней цепи которая тянется и тянется на этой холодной, стылой, болотной и лесистой равнине вот уже больше тысячелетия.
Это характер — и это у нас в крови.
И в твёрдом растворе нашего аустенита. О котором, я надеюсь, вы теперь знаете гораздо больше, чем раньше.