Академик Вадим СЧАСТЛИВЦЕВ, главный научный сотрудник Института физики металлов УрО РАН,

доктор физико-математических наук Дмитрий РОДИОНОВ, главный научный сотрудник,

кандидат технических наук Юлия ХЛЕБНИКОВА, старший научный сотрудник того же института (г. Екатеринбург, Свердловская область)

Развитие Златоустовской оружейной фабрики, основанной в 1815 г. при чугуноплавильном и железоделательном заводе - одном из крупнейших предприятий Урала начала XIX в., связано с совершенствованием происходивших там металлургических процессов и улучшением качества углеродистой стали. За 100 лет (с 1817 г. - появления первой продукции по 1917 г., когда фабрика стала одним из цехов местного механического завода) здесь произвели все виды регламентированного в стране клинкового солдатского и офицерского холодного оружия.

Более трех четвертей таких изделий в России создано именно тут. В начале XX в., в мирное время, в Златоусте изготовляли до 150 тыс. единиц оружия в год, а во время Первой мировой войны эти показатели утроились.

ОРУЖЕЙНАЯ ШКОЛА: ПУТИ К УСПЕХУ

В первой половине XIX в. на фабрике применяли кричную* сталь, способ получения которой сложен и трудоемок: заготовку приходилось многократно проковывать. Благодаря мастерству выдающегося русского металлурга Павла Аносова (1799 - 1851), чья судьба была связана со Златоустовской оружейной фабрикой почти 13 лет, производство качественной кричной оружейной стали продолжали вплоть до

* Крица - рыхлая, губчатая, пропитанная шлаком (кричным соком) железная масса, из которой путем разных обработок получают кричное железо или сталь (прим. ред.).

1854 г. Он же внедрил и так называемую тигельную сталь - ее использовали для изготовления инструмента и холодного оружия.

Свою мечту о получении методом тигельной плавки* "русского булата" Аносов осуществил в 1833 г., о чем собственноручно сделал запись в соответствующем журнале. Чтобы раскрыть его тайну, он провел огромную работу по подбору состава шихты для выплавки стали и режиму ее термообработки. Особое внимание мастер уделял составу металла, он первым в мире в 1831 г. применил для структурных исследований микроскоп. Именно поэтому Аносова по праву называют основоположником металлографии, 19 декабря 1954 г. в г. Златоусте, расположенном в 110 км от Челябинска на границе Европы и Азии, на центральной площади, напротив арсенала, где работал Аносов, торжественно открыли памятник талантливому инженеру, горнозаводскому деятелю и ученому: в руках он держит клинок, а рядом на столике - микроскоп, символизирующий его научный подход к работе.

Экспериментальные плавки по созданию булата здесь продолжали до 1838 г. В результате на фабрике создали несколько десятков клинков, хотя точное их число неизвестно: из-за сложности изготовления такое оружие не могло стать массовым.

Именно булатные клинки стали в Златоусте украшать позолотой, снискавшей, подобно самому оружию, мировую славу. И здесь нельзя не упомянуть художника Ивана Бушуева (1800 - 1835), прожившего недолгую, но богатую событиями жизнь. Уже в 1823 г. он начал украшать клинки не только отдельными фигурами, но и батальными сценами. Шедевр его творчества - изображение крылатого коня, впоследствии ставшего гербом Златоуста. Не случайно в 1988 г. на привокзальной площади горожане поставили Бушуеву памятник. Кстати, Аносов тоже принимал участие в совершенствовании методов украшения оружия: он предложил и внедрил гальванический способ его золочения вместо вредного ртутного.

Отметим, в 20-е годы XIX в. на фабрике, кроме клинкового оружия, украшали гравировкой и различные предметы быта: подносы, шкатулки, ларцы. Используя естественную красоту отполированного металла, художники добивались богатой гаммы оттенков, что придавало изделиям неповторимое изящество. Златоустовскую гравюру экспонировали на всемирных и международных выставках в Лондоне (Великобритания), Вене (Австрия), Брюсселе (Бельгия), Чикаго (США), Монреале (Канада). Во второй половине XIX в. ее ассортимент расширился: появились украшенные столовые приборы, охотничьи ножи, декоративные топорики, инструмент для разре-

* Тигельная плавка - процесс получения металлов и их сплавов в жидком виде в горшках из огнеупорных материалов - тиглях (прим. ред.).

зания бумаги, письменные приборы, декоративные блюда, панно, сувениры, призы.

Наладившееся на фабрике благодаря таланту Бушуева производство художественных металлических изделий привело к созданию десятков полировочных мастерских. "Кустарное производство ножей и вилок возникло в конце 60-х гг. XIX в., - информирует "Златоустовская энциклопедия" (Златоуст, 1994 г.). - Изготовление стальных изделий отличалось большим своеобразием и было разбито на несколько операций. Ковкой заготовок занимались рабочие, имевшие свои кузницы и покупавшие сталь на заводе. Опиловка производилась кустарями на дому, а окончательная доводка изделий - непосредственно в полировочных заведениях. Шлифовально-полировочные станки действовали от водяного привода, и поэтому мастерские располагались по берегам рек Тесьмы, Каменки, Ая. Рабочие-полировщики закупали опиленные заготовки и шлифовали их, уплатив владельцам полировочных заведений за рабочее место. Готовую продукцию продавали скупщикам, которые часто являлись владельцами полировочных заведений. В ассортименте изделий значилось: столовые и хлебные ножи, вилки, закусочные приборы, лопатки для тортов и рыбы, охотничьи кинжалы, ножи для бумаги, трости. Ножи подразделялись по качеству на 6 сортов. Часть изделий украшалась гравировкой и покрывалась никелем. Златоустовские столовые приборы расходились по всей России и успешно конкурировали с известными павловскими. Общий объем производства полировочных заведений оценивался в 200 - 300 тысяч рублей в год... После революции полировочные заведения прекратили свою деятельность. В 20 - 30 гг. XX в. на их базе действовала артель "Металлист".

Вернемся, однако, на оружейную фабрику. Развитие упомянутого тигельного процесса продолжил в 1854 - 1861 гг. выдающийся инженер-металлург Павел Обухов (1820 - 1869). Он организовал производство литой тигельной стали на основе скрап-рудного (разновидность мартеновского) процесса и обоснованно считал, что она превосходит по качеству крупповскую, изобретенную в начале 1850-х годов в Германии на заводе известного немецкого промышленника Альфреда Круппа (1812 - 1887). Хороший металл был жизненно необходим России, ибо неудачная Крымская война 1853 - 1855 гг. показала отсталость вооружения, базировавшегося на бронзовых гладкоствольных орудиях. Обухов реализовал свою мечту: получил отливки для пушек, ружейных стволов, холодного оружия, кирас (латных доспех), инструментов и других изделий. В 1854 - 1861 гг. на фабрике сформировали крупное промышленное производство литой углеродистой стали, из которой были изготовлены первые в России орудия. Но вскоре его перевели в Санкт-Петербург (Обухов-

ский завод) и Пермь (Сталепушечный завод "Мотовилиха"). Однако литая сталь мастера оставалась основой для создания холодного оружия в Златоусте вплоть до начала XX в. Заметим, производство таких орудий было освоено во Франции только в 1873 г., а в Англии - в 1881-м.

После отъезда в 1863 г. Обухова в город на Неве и основания там завода совершенствование методов выплавки стали и качества слитков продолжили металлург Александр Лавров (1838 - 1904) и генерал-майор, инженер, металловед Николай Калакуцкий (1832 - 1889). Они открыли явление ликвации (от лат. liquatio - разжижение, плавление) стали и установили его зависимость от размеров слитка.

СТАЛЬ "ДЕРЖИТ ОБОРОНУ"

В Институте физики металлов УрО РАН изучили структуру и химический состав холодного оружия XIX-XX вв., изготовленного Златоустовской фабрикой во время работы здесь Аносова и Обухова, а также в более поздние исторические периоды из кричной, литой тигельной и мартеновской стали.

Мы рассмотрели 4 варианта образцов, принадлежащих частным коллекционерам и Златоустовскому государственному краеведческому музею: от клинка, пяты и два - от хвостовика. Структурная оценка часто зависит от места вырезки. Сам клинок, как правило, закален на мартенсит или сорбито-трооститную структуру и отпущен*, поэтому по нему практически невозможно оценить содержание углерода в стали металлографическим методом. Образец, отрезанный от хвостовика, дает полное представление о составе кованца, и по нему можно легко установить наличие углерода. Металл же от пяты не подвергают термообработке при закалке или же обрабатывают частично, поэтому чаще всего по нему определяют содержание углерода без дополнительного отжига.

В основе производства кричной (сыродутной) стали для холодного оружия лежит двухстадийный процесс: сначала получают рафинированный чугун, а затем из него и железных обсечков (мелкого лома, обрезков) добывают стал истую крицу, которую переворачивают, продувают и направляют на ковку в бруски или полосы.

На Южном Урале лучшим считали чугун Саткинского завода (г. Сатка Челябинской области). Пер-

* Закаленная сталь имеет неравновесную структуру мартенсита, бейнита, троостита или сорбита - составляющих железоуглеродистых сплавов. Чаще всего при закалке ее резко охлаждают на мартенсит, смягчая действие процессом отпуска - нагрева до температуры ниже критической точки. При этом структура стали из мартенсита закалки переходит в мартенсит, троостит или сорбит отпуска (прим. ред.).

вичный металл после переплава в особых горнах выливали на плиты, охлаждая водой. Чугун тем самым очищался от примесей и одновременно отбеливался. При этом металлическая заготовка превращалась в сырую неоднородную сталь, имеющую шлаковые и другие включения, поэтому ее рафинировали, для чего проковывали в полосы и закаливали в воде. И этот материал сортировали по виду излома, степени твердости и чистоте. Пригодные полосы (до 20 штук) сваривали в брусок, рассекали на две части (поперек), снова сваривали, повторяя операцию несколько раз, а потом опять проковывали и прокатывали в полосу, получая односварочную сталь. Однако для создания холодного оружия она не годилась: материал вновь подвергали сварке в брусок, рассечению, новой сварке и проковке в полосы двухвыварной стали. Из нее-то и получали добротные заготовки. В 1817 - 1850 гг. на Златоустовской фабрике из них сделали более 700 тыс. клинков различного солдатского и офицерского холодного оружия.

Химический анализ исследованных нами оригиналов - детской сабельки 1828 г., сабли кавалерийской 1836 и 1839 гг., шашки казачьей 1852 г. выпуска и других изделий - показал высокую чистоту металла по примесям Si, Mn, Cr, Ni, Cu, что характерно для кричной стали всех уральских металлургических заводов, работавших в XVIII-XIX вв. Но она имела одну особенность - примесь меди (Си) в количестве нескольких десятых процента как следствие значительного ее содержания в железных рудах. 0,25 % Си мы обнаружили в казачьей шашке, откованной в 1852 г. В этом же образце выявили повышенное содержание никеля (~0,13%), что нетипично для кричной стали, и фосфора - от 0,035 до 0,075%.

Структура исследованных нами сабельных клинков 1835 и 1839 гг. из двухвыварной стали, как и большинство промышленных образцов кричного металла, оказалась неоднородной, что связано с химическим составом и особенностями технологии заготовок. Она проявлялась в отчетливой слоистости в некоторых участках кованца, где перлитная структура с выраженной ферритной сеткой чередовалась с ферритными слоями.

Кричную сталь отличает также присутствие шлака в виде строчек и точечных включений, хорошо видных, например, в ферритном слое сабельного клинка 1835 г. Слоистая картина просматривалась и на оружии 1852 г.: здесь участки малоуглеродистой стали (не более 0,15% С, ферритная структура) соседствовали с высокоуглеродистыми мелкозернистыми (феррито-перлитная структура) при большом количестве шлаковых включений. Их различная форма в виде строчек, вытянутых в направлении структурной полосчатости, и точек объясняется направлением вырезки образцов из клинка: в первом случае - вдоль кованца, во втором - поперек. На оружии 1839 г. структура более однородная, хотя и здесь заметны изменения содержания углерода на разных участках оригинала от 0,20 - 0,25 до 0,40 - 0,45%.

Созданная Аносовым технология тигельной плавки заключалась в соединении процесса цементации из газовой фазы с выплавкой стали. Обычно кричное железо насыщали углеродом за счет раскаленного древесного угля, заполняющего горн и находящегося вне открытого тигля. Процесс обуглероживания железных и стальных обсечков регулировали путем закрытия огнеупорного горшка крышкой и повышением, по возможности, температуры в горне. Аносов исследовал и зафиксировал в журнале десятки возможных вариаций плавки. В результате в 1830 г. появилась возможность делать клинки из литой стали мягкой, средней и крепкой твердости. Первая шла преимущественно на изготовление оружия (его, кстати, не клеймили, во всяком случае, данных о существовании таких клинков нет), остальные - "на дело как слесарного и столярного инструментов, на наварку горных инструментов и топоров".

Изобретательная работа по выплавке литой стали привела Аносова к созданию "русского булата". В основу этой технологии положены те же принципы, что и при получении классического вутца (слитка): сплавление в тигле железа и углеродсодержащих материалов. Лучшие слитки булатного металла весили

Микроструктура металла клинков, изготовленных из кричной стали:

A - сабельный клинок 1835 г. (увеличение в 120 раз);

B - шлаковые включения в ферритном слое сабельного клинка 1835 г. (увеличение в 120 раз);

C - сабельный клинок 1839 г. (увеличение в 150 раз);

D - шашка казачья 1852 г. (увеличение в 120 раз)

12 - 14 фунтов и шихтовались из чистого железа (часто тагильского), графита и некоторого количества шлакообразующих добавок.

В статье "Структура трех златоустовских булатов" (журнал "Физика металлов и металловедение", 2008, N2) мы опубликовали данные, проливающие свет на состав этого сплава. Нами был сделан химический анализ клинка 1841 г., имеющего клеймо Аносова. Он изготовлен из чистой заэвтектоидной стали (так называют металл, содержащей от 0,8 до 2,14% С) с незначительным количеством примесей Si, Mn, Cr, Ni, Cu. Углерода в нем - 1,4 - 1,5% (оценка проводилась по структуре отожженного образца). Анализ материала, вырезанного из кончика лезвия клинка, показал: это закаленная на троостит сталь с множеством строчечных карбидных включений, формирующих характерный узор на поверхности клинка.

В 1854 г. назначенный директором Златоустовской оружейной фабрики Павел Обухов наладил массовое производство новой литой тигельной стали. В шихту включали стальные и железные обсечки, магнитный железняк (лучшей считалась качканарская руда) и отбеленный рафинированный чугун. Кстати, Обухов рассчитал шихту для пятнадцати сортов стали с различным содержанием С. По данным "Горного журнала" (1858 г.), одни из них были высокоуглеродистыми (1,36% С), другие - клинковыми (0,54 % С). Количество примесей, в том числе кремния, в них было незначительным. Эти стали, подчеркивалось в журнале, "чрезвычайно однородны, имеют мелкозернистое сложение". Некоторые клинки, выпущенные в 1854 - 1861 гг., имели клеймо: Л ПО или ЛСПО - литая сталь Павла Обухова. С октября 1857 г. (дата выдачи мастеру привилегии на эту выплавку) по июнь 1860 г. на фабрике изготовили из нее 89500 единиц оружия.

Что касается химического анализа "булатного" клинка Обухова 1859 г., то в его металле, отнесенном к заэвтектоидной тигельной стали, мы обнаружили довольно большой процент марганца (он введен, предположительно, специальной добавкой зеркального - марганцовистого чугуна, но мог попасть и с рудой) и необычно высокое содержание фосфора - 0,14%. По количеству других элементов - Si, Ni, Cr, Cu - это чистая сталь.

Мы исследовали еще четыре образца литой стали: от тесака (1860 г. выпуска), клинка (1878 г.) и драгунских шашек - офицерской образца 1881 - 1909 гг. (1893 г.) и солдатской образца 1881 г. (1900 г.) Содержание углерода, оценку которого проводили по структуре отожженных образцов, отрезанных от пя-

Структура литой стали булатных клинков Павла Аносова и Павла Обухова:

A - фрагмент клинка Аносова с узором;

B - микроструктура заэвтектоидной стали клинка Аносова 1841 г. в плоскости и продольном сечении (увеличение в 200 раз);

C - микроструктура заэвтектоидной стали клинка Обухова (увеличение в 600 раз);

D - клеймо Аносова на булатном клинке 1841 г.

ты, в первых двух видах оружия составляло ~0,6 % и почти столько же (0,6 - 0,7 %) его было в шашках. Одним словом, химический анализ свидетельствует: это литая чистая углеродистая сталь с небольшим содержанием кремния, марганца и умеренным фосфора (~0,04 %).

По способу Обухова клинки производили, скорее всего, до конца XIX в. Есть данные, что в 1886 г. в качестве шихтовых материалов для тигельной плавки применяли сталь пудлинговую (от англ. puddle - перемешивать) ломаную, изготовленную на Саткинском заводе, чугун рафинированный ломаный (бакальская группа железорудных месторождений, расположенных на западном склоне Южного Урала), руду битого магнитного железняка.

В конце XIX - начале XX в. появилась возможность использовать для тигельной плавки основную мартеновскую сталь, при этом пускали в ход лишь шлакообразующие добавки, а магнитный железняк исключали. Так Обуховский способ уступил место более современным и экономичным процессам.

Развитие, начиная с 1881 г., на Златоустовском заводе нового производства открывало путь к изготовлению холодного оружия из мартеновской стали вначале кислой, позднее - основной (заметим, клинки 1893 и 1900 гг. выпуска могли быть сделаны из нее). По данным рекламного проспекта Всемирной Колумбовой выставки 1893 г., кислую мартеновскую сталь уже использовали для создания холодного оружия. Известно, что в 1915 г. на производство клинков было пущено одновременно с тигельной сталью 1200 пудов такого металла. Из него можно было произвести ~10 - 12 тыс. клинков. Вероятно, его достаточно широко использовали в этих целях, учитывая большой спрос на холодное оружие во время Первой мировой войны.

Мы изучили химический состав клинков из мартеновской стали и структуру двух драгунских шашек образца 1881 - 1909 гг., сделанных в 1915 г., сравнили средние значения содержания элементов в ряде плавок клинковой основной и кислой мартеновской сталей, полученных в 1917 г., и выяснили: количество кремния и марганца, а также фосфора в шашках практически совпадает с архивными данными 1917 г. Причем во всех образцах присутствует хром (до 0,15%), что позволяет предположить - это мартеновская сталь. Их структура однородна, состоит из перлита различной степени дисперсности и прерывистой ферритной сетки, что соответствует ~0,5 - 0,55%-ному содержанию углерода в металле.

Структура клинков, произведенных из тигельной стали Павла Обухова: A - фрагмент тесака образца 1848 г., выпуск 1860 г., отрезан от пяты, тонкопластинчатый перлит; B - фрагмент клинка выпуска 1878 г., отрезан от пяты, тонкопластинчатый перлит (увеличение в 300 раз).

Структура мартеновской стали: A - шашка драгунская офицерская 1915 г. (хвостовик) (увеличение в 500 раз); B - шашка драгунская солдатская 1915 г, пята (увеличение в 240 раз).

Фосфора в нем не более 0,02%, а это говорит о существенном качественном превосходстве мартеновской стали над тигельной.

Итак, данные по структуре и химическому составу углеродистой стали для холодного оружия, произведенного на Златоустовской оружейной фабрике в XIX - начале XX в., отражают общую тенденцию развития металлургии на уральских заводах и в мире. Мастерство металлургов, кузнецов, изготовителей клинков, знатоков их калки - вот что определяло качество холодного оружия. А для металла, из которого его делали, важными были чистота руды, свойства древесного угля, соответствующие времени металлургические технологии.

Применявшаяся для получения добротных изделий мартеновская сталь имела важное преимущество - низкое содержание фосфора (0,02 - 0,03%), но если говорить о чистоте по примесям, то она хуже тигельной. И тем не менее данный недостаток в первой четверти XX в. с лихвой компенсировали легированием клинкового металла хромом, марганцем и даже вольфрамом. Английский путешественник и естествоиспытатель Родерик Мурчисон, в 1841 г. побывавший в наших краях, признавался: "Довольно сомнительно найдется... хотя одна фабрика в целом мире, которая выдержала бы состязание со Златоустовской выделкой оружия".

Исторические фотографии холодного оружия из альбома "Златоуст. Холодное украшенное оружие XIX-XXI веков". Авторы-составители Л. В. Лаженцева (Златоустовский краеведческий музей), Е. В. Тихомирова (Галерея "Русские палаты", Москва). - М.: Интербук-бизнес, 2008

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: