Страница:
Плас де ла Конкорд, Марсовым полем и Трокадеро. Было выставлено все, чем
располагал мир и что можно было показать. Величественное и возвышенное
сменялось вызывающе спесивым и безвкусным, подлинные произведения высокого
искусства соседствовали с низкопробными, действительные ценности -- с
мнимыми. В павильоне электротехники был великолепный, украшенный подобно
бизантинской церкви иллюзионный зал, расточительно освещавшийся множеством
ламп накаливания. Над всем по-прежнему доминировала Эйфелева башня --
сенсация Всемирной выставки 1889 года. К счастью, она сохранилась. А ведь
сколько было предложений! Одни хотели ее использовать в качестве каркаса для
гигантской статуи Орлеанской девы, а другие -- демонтировать, чтобы
освободить место под клумбу. Громадная модель земного шара в виде глобуса
соседствовала с этой стройной ажурной башней, что явно противоречило всем
нормам эстетического восприятия и шокировало посетителей. Повсюду Царил
гигантизм. На берегу Сены между выставочными павильонами Турции и Австрии
возвышался дворец Соединенных Штатов Америки, по своей архитектуре
напоминавший Белый Дом в Вашингтоне. Это была смесь еликолепия, спеси и
назойливой архитектуры, може быть, именно поэтому он вписывался в общую
картину В павильоне США, как и на всей выставке, было невероятное обилие
экспонатов. Никто не оставался равнс душным. Выставка действительно покорила
всех.
Понятно, что при таком обилии мнимых и истинных сенсационных достижений
те или иные новшества, ко| торые неминуемо должны были оказать воздействие
на целые технические области или даже революционизировать их, узнавались и
по достоинству оценивалисьтольке
специалистами. К таким новшествам, безусловно, относились
инструментальные стали фирмы "Бетлехем Стил", внедрение которых в
значительной степени способствовало техническому прогрессу.
Фредерик Тейлор и его друг, химик по образованию и призванию, Монсель
Уайт работали на сталеплавильных заводах фирмы "Бетлехем Стил" в Филадельфии
-- крупнейшем городе штата Пенсильвания (США). Как и у Роберта Мюшета,
неожиданности были связаны с вольфрамом, которым легировали инструментальную
сталь. Идея дополнительно легировать эту сталь хромом родилась по особым
причинам. Во второй половине XIX века промышленные страны начали
беспрецедентную гонку вооружений. Образовались крупные концерны,
занимавшиеся производством оружия, во главе которых стояли такие
промышленники, как Армстронг в Англии, Шнейдер и Крезо во Франции, Крупп в
Германии, Карнеги в США. Эти концерны выпускали пушки и бронированные
колпаки, морские артиллерийские орудия и военные корабли. Потребность в
снарядах, торпедах и стрелковых боеприпасах выросла до беспредельных
размеров и везде требовалась сталь, сталь, сталь... Чем качественнее была
сталь, тем лучше было оружие. Особенно заметную роль качество стали играло в
соревновании между броней и снарядом. И для того, и для другого начали
применять легированную сталь, как только она появилась. Во Франции Я.
Хольтцер рекомендовал и для брони, и для снарядов применять сталь,
легированную хромом. Еще на Всемирной выставке 1878 года металлургическая
общественность узнала, что хромистая сталь превосходит все ранее созданные и
применявшиеся: такую закаленную сталь не брала ни одна другая. Это и
натолкнуло Тейлера и Уайта на мысль легировать вольфрамовую сталь хромом.
Новая чудо-сталь содержала не менее восемнадцати процентов вольфрама и
четыре процента хрома. Толпы специалистов заполняли механическую мастерскую,
когда шла демонстрация этой стали. С восхищением они наблюдали, как
раскаленный докрасна резец из этой стали не терял стойкости при обработке
заготовки из другой стали. Скорости резания были в четыре раза больше
обычных. Восторгам не было конца. Так начал свое победоносное шествие резец
из быстрорежущей стали. Однако вскоре появились и первые критические
высказывания. Дело было в том, что из-за резкого увеличения скорости резания
начали выходить из строя и разруа- шаться токарные станки, не имевшие
необходимого паса прочности. Замена изношенных подшипников и xoдовых винтов
требовала затрат, превосходивших прибыль, которую давало применение
повышенной скоростк резания. Потребовалось полное обновление парка токарных
и фрезерных станков, причем станки строились более тяжелые, с большим
запасом прочности.
Многие отрасли промышленности испытывали потребность в
высококачественных сталях. Уже во время! Крымской войны союзный флот
использовал деревянные корабли, бронированные стальными плитами, а в 1861
году со стапелей английской верфи сошел пepвый военный корабль, полностью
изготовленный из стали. Это был "Warrior", то есть "Воин", за которым
последовали корабли, бронированные не только более толстыми стальными
плитами, но и плитами из стали легированной хромом и никелем. Особенно
ценные свойства придал стали никель, поэтому никелевые стали успешно
конкурировали с хромистыми.
На весенней 1889 года сессии Iron and Steel Institute инженер Джон
Райли из Глазго сделал сообщение, о созданной им никелевой стали. Ровно
десять лет прошло с того дня, когда с этой же трибуны Сидни Джилькрист Томас
обнародовал свой способ продувки чугуна. Джон Райли присутствовал при этом и
тоже выступал с сообщением, в котором говорилось о способе продувки чугуна,
сходном с томасовским. Заявки на аналогичные методы поступали и от других
изобретателей. В споре за приоритет изобретатели боролись прежде всего за
финансовые интересы, а не за славу. В качестве третейского судьи для решения
спора пригласили авторитетного голландского физика сэра Уильяма Томсона,
жившего в Глазго. По его решению Джону Райли отчислялось 12,5 процента из
прибыли, которую приносил томасовский процесс внутри страны, и 15 процентов
от прибыли, получаемой за ее пределами. Эти проценты сделали его богатым
человеком, а слава тогда пришла к Томасу.
Джон Райли не был выдающимся оратором, но сумел так представить
результаты своих исследований, что специалисты живо заинтересовались его
данными. Он привел характеристики прочности, которые вызвали удивление,
смешанное с недоверием. Двухпроцентная никелевая сталь была почти в четыре
раза прочнее обычного сварочного железа при вязкости, значительно
превышавшей вязкость хромистых сталей. При увеличении содержания никеля в
стали ее свойства становились еще лучше. Более всего от этого соревнования в
создании качественных сталей выиграла военная промышленность, в частности
промышленность, поставлявшая броневые плиты. Джон Райли прокатывал на заводе
фирмы "Блочер Стил" броневые плиты из никелевой стали для английского
военно-морского флота.
Во Франции, России, Германии, где также началось широкое производство и
применение никелевых сталей, из них изготавливали конструкции и детали
машин, испытывающие высокие и сверхвысокие по тем временам нагрузки. Для
подшипников применяли хромистую и хромоникелевую сталь.
Сталь превратилась в тысячеликий материал. Однако изделия из нее имели
один существенный недостаток: их рано или поздно съедала ржавчина. Особенно
быстро ржавчина разрушала сталь в морской атмосфере, поэтому корабли
постоянно требовали окраски для защиты от коррозии. Обычно не успевали
закончить окраску, как ее надо было начинать сначала. Кисть у матроса стала
одним из основных рабочих инструментов. На суше ситуация была немногим
лучше, особенно в промышленных районах, где "красный дьявол" бесследно
уничтожал громадные ценности. Почему же сталь не сопротивляется коррозии
так, как благородные металлы? Этот вопрос стал вызовом науке, которая в это
время делала свои первые шаги в области специальных сталей.
Многим казались невероятными рассказы путешественников, возвращавшихся
из Индии, о гигантских железных колоннах, которые не ржавели в течение
тысячелетий (так думали тогда). Считали, что индийские металлурги в
древности владели секретом изготовления нержавеющей стали. Английские ученые
занялись исследованием железных колонн в Дар и Дели. Нолика-ких особенностей
им обнаружить не удалось. Кутубова колонна на алтаре мечети Кувват-уль-Ислам
в городе-крепости Лал-Кот, находящейся примерно в 20 километрах южнее
старого Дели, стала известна всему миру. Вновь и вновь высказывалось мнение,
что таинственные железные колонны имеют божественное происхождение.
Некоторые даже утверждали, что колонны представляют собой памятники,
сооруженные представителями внеземной цивилизации в память об их посещении
Земли.
Действительно, делийская колонна имеет надпись, которая гласит, что она
была поставлена во время царствования Самандрагупты, который жил с 330 по
380 год. Как бы то ни было, если судить по этой надписи, возраст колонны
составляет уже полторы тысячи лет, а такого возраста достигали немногие
изделия из железа. Так что же это, чудо или тайна? И да, и нет! Чудо --
потому что весящую шесть тысяч килограммов колонну индийские кузнецы
отковали из отдельных криц, пользуясь лишь ручными молотами (что почти
доказано). Вы-< сочайшее достижение мастеров древности! Чудо, но не
сверхъестественное, а это подтверждается хотя бы тем фактом, что мелкие
куски такой нержавеющей колонны, привезенные в Лондон для исследований,
очень быстро начали коррелировать. Существуют вполне реальные опасения, что
выхлопные газы многочисленных автомобилей постепенно разрушат кутубову
колонну, если не принять решительных мер защиты. В настоящее время проезд
автомобилей вблизи колонны запрещен. То, что железная колонна в Дели
сохранилась до нашего времени, представляет стечение благоприятных
обстоятельств. Сталь сравнительно чистая, то есть содержит сравнительно мало
шлаковых включений; содержание углерода, хотя и колеблется, но невысоко. В
окружающей колонну атмосфере мало агрессивных примесей. Поверхность колонны
покрыта защитным слоем жира, так как в прежние времена верующие стремились
взобраться на колонну, а тела их были смазаны маслом. Подобный защитный слой
можно видеть на старых железных ручках водозаборных колонок. Уходящая на
шесть с половиной метров вверх железная колонна (на один метр она уходит в
землю), как и дамасская сталь, является убедительным доказательством
высочайшего мастерства кузнецов древней Индии. Они заслуживают уважения,
даже если и не создали нержавеющей стали. В конкурентной борьбе крупных
сталеплавильных концернов наука постепенно занимала все более прочное
положение. Вскоре уже никто не удивлялся, если фирмы создавали собственные
исследовательские лаборатории и даже целые институты. Миновали времена,
когда владелец завода определял технический прогресс, а это было особенно
характерно для черной металлургии, начиная с Бенджамина Ханстмена и кончая
Робертом Аботом Гадфильдом. Химический анализ исходных материалов, то есть
руд, топлива и добавок, а также готовых изделий стал обычным делом на
металлургических заводах. Затем были введены испытания физических и
механических свойств материалов, а также анализ микроструктуры, что
способствовало значительному улучшению качества продукции и одновременно
стало основой современной науки о металлах.
1 января 1909 года первым ассистентом в химико-физической
научно-исследовательской лаборатории фирмы Фридрих Круп был назначен Эдуард
Маурер. Свою докторскую шляпу он получил менее месяца назад в Высшей
технической школе в Аахене. Молодой человек прожил целый год в Париже,
работая у знаменитого Ле Шателье в Сорбонне, которому металлургия железа
обязана значительными открытиями. Вполне очевидно, что парижский период
жизни был во многом поучительным для Эдуарда Маурера, и он его хорошо
использовал. Свою новую должность в лаборатории молодой человек занял,
будучи отлично подготовленным.
В 1912 году Маурер и его непосредственный руководитель профессор Штраус
добились большого успеха.
Уже в течение нескольких лет они изучали стали, легированные хромом и
никелем. Их интересовало влияние на свойства различных режимов термической
обработку Опытная сталь, обозначенная "2А", после определенной термической
обработки приобретала свойства, невида- ные до сих пор. При нагреве выше
1000 градусов Цельсия и закалки в воде сталь становилась нержавеющей и в
определенной степени кислотостойкой. Эта сталь и марганцовистая сталь
Гадфильда оказались близкими родственниками. Сталь V2A, как ее и сегодня
называют (семь десятилетий спустя после изобретения), представляет собой
аустенитную сталь с таким же расположением атомов в кристаллической решетке
железа, как и у марганцовистой стали. В состав ее входит 18 процентов хрома
и 8 процентов никеля. За ней последовали другие легированные стали,
обладающие все более неожиданными свойствами. Сталеплавильщики превратились
в волшебников, путем легирования получая нержавеющие и кислотостойкие,
жаропрочные и окалиностойкие, хладостойкие и другие стали. Казалось, все
возможно, и когда химической промышленности потребовалась сталь, устойчивая
в условиях воздействия высоких температур и повышенных давлений водорода,
металлурги создали ее, как сегодня создают стали для ядерной техники.
В 1925 году Эдуард Маурер принял кафедру металловедения во Фрайбергской
академии. После войны он был назначен директором Научно-исследовательского
института черной металлургии в Берлин-Хеннигсдорфе и использовал все свои
знания, опыт и авторитет для создания черной металлургии Германской
Демократической Республики.
Прогресс в металлургии чугуна и стали продолжался. Были внедрены новые
способы получения стали. И хотя еще Бессемер предлагал использовать чистый
кислород для окисления примесей чугуна, понадобилось много лет, чтобы
технически осуществить процесс вдувания кислорода в конвертор сверху,
получивший название ЛД-процесс. Это произошло на сталеплавильных заводах в
Линце и Донавице в 1949 году. Вскоре ЛД-процесс широко вошел в практику
сталеварения, и сегодня значительную долю стали получают продувкой чугуна
кислородом, а не воздухом. Вакуумная плавка при помощи электронного или
плазменного луча, а также изобретенный в, СССР электрошлаковый переплав
позволили значительно улучшить качество стали. В настоящее время идет
дальнейшая разработка способов выплавки и обработки стали. Металлурги не
отказались от идеи прямого получения стали из руды, минуя процесс выплавки
чугуна, как делали это когда-то, но с той разницей, что сегодня для этого
используются совершенно иные технические средства. Проблема непрерывного
получения стали, над решением которой работают во всех промышленно развитых
странах, подтверждает мысль о том, что развитие черной металлургии
продолжается.
Следует ясно себе представлять, что в течение двух с половиной
тысячелетий процесс производства железа и стали был прерывным и что сегодня
такими еще являются все сталеплавильные процессы. И если однажды, а этот
день не за горами, об этом свидетельствуют технические достижения и уровень
научных знаний, сталь будут получать в промышленных масштабах иным,
непрерывным способом, то это окажется равнозначным промышленной революции и
даст громадный экономический выигрыш народному хозяйству.
Одна из японских опытных установок с закрытым трехкамерным реактором
работает по принципу кислородной продувки. В направлении потока расплава
располагается последовательно несколько кислородных фурм. Производительность
установки, по опубликованным данным, невелика и составляет менее 10 тонн
стали в час, но это связано с небольшими размерами установки.
На объединенных австрийских сталеплавильных заводах (фирма VOEST)
создан метод окисления чугуна впрыскиванием. Производительность этой опытной
установки выше, чем японской, примерно в десять раз. Правда, эти цифры
ничего не говорят о технологическом совершенстве способа, так как
сопоставление возможно лишь на основе единых критериев, а для этого
отсутствуют объективные данные.
В различных странах имеются экспериментальные установки, весьма
экономичные с точки зрения расхода энергии, что связано с особой
транспортировкой материалов. Имеются в виду установки, работающие по
принципу противотока, то есть шлак и отходящие газы в них перемещаются
навстречу расплавленному чугуну. Наряду с более полным использованием
энергии, благодаря противотоку достигается и значительное улучшение качества
стали.
Железо сегодня -- важнейший металл цивилизации. Сохранится ли такое
положение впредь или керамические и прежде всего выеокополимарные материалы
постепенно вытеснят этот металл? Не являемся ли мы свидетелями конца
"железного века"?
Растущие объемы производства чугуна и стали говорят нам о другом -- о
том, что железо еще очень длительное время будет материалом номер один.
Железо, как- никакой другой металл, используемый в технике, обладает
удивительной способностью к изменению свойств, и не случайно поэтому на его
основе создано более десяти тысяч сплавов.
В будущем предпочтение будет отдано технологическим про-, цессам
получения стали непосредственно из руд, а не из промежуточного продукта --
чугуна. Значительное мгсто в металлургии железа займут
высокопроизводительные переплавные процессы. Нельзя точно сказать, когда
именно принципиально новые технологические способы, например биотехнические,
начнут в значительной степени вытеснять, заменять или хотя бы дополнять
традиционные, однако, несомненно, что в ближайшие десятилетия в технике
легирования и обработки стали произойдет значительный прогресс.
Разработанная в последние годы термомехаиичес--кая обработка,
предусматривающая проведение пластической деформации совместно с фазовыми
превращениями, дала поразительные результаты. Не будет преувеличением
сказать, что это первые шаги совершенно нового направления в обработке
стали. Можно себе представить, что и другие научные направления в технологии
обработки откроют совершенно новые аспекты, на-пзкмер путем направленного
изменения структуры можно будет обеспечить совершенно новые по своей природе
комплексы сеайетв. Дальнейшее развитие процессов получения и обработки стали
прогнозировать пока затруднительно.
ЖЕЛЕЗО СЕГОДНЯ И ЗАВТРА
Студент проспал лекцию, прочитанную в актовом зеле. -- Железо с Луны не
ржавеет. -- О металлургии высоких давлений и эпсилон-железе. -- Поиски новых
путей развития материалов на основе железа.
Место происшествия -- сооруженное в первом десятиле тии нашего века
здание Института металлургии железа В один из осенних дней 1981 года в
Актовом зале Института должен был читать лекцию профессор Клейн известный
ученый, кандидатуру которого уже дважды выдвигали на соискание Нобелевской
премии. Сегодня студентам предстояло прослушать вводную лекцию по
металловедению железа и его сплавов. Более четырех десятилетий ученый
посвятил этой области науки и знал свой предмет досконально. Железным
Густавом называли его в Институте. Студенты и боялись, и любили профессора.
Солнечные блики скользили по крышкам старинных! скамеек, отполированным
многими поколениями студентов. Их "украшали" творения студентов-писателей и
художников, навеки запечатлевших свои мысли на дереве. Иногда эти надписи,
сделанные карманным ножом или шариковой ручкой, с завидной краткостью
характеризовали лекцию или какого-либо представителя ученого мира. Не далее,
как вчера, на заседании Ученого Совета Института один из таких
представителей, очевидно, задетый за живое очередной глубокомысленной
надписью, выступал с убедительной речью о вреде подобных творений,
подрывающих авторитет заслуженных и облеченных доверием людей и оскверняющих
добрые традиции учебного заведения. Эта горячая речь закончилась под звуки
сочувственного бормотания членов Совета, на чем инцидент и был исчерпан.
Железный Густав никак не реагировал, зная что любые мероприятия,
направленные против подобной формы студенческого творчества ничего не дадут,
как не давали и до сих пор. Студенты последующих поколений таким образом
узнают мысли своих предшественников, а инстинкт подражания, не менее
сильный, чем другие инстинкты, заставит этим традиционным способом высказать
свое мнение.
Один из студентов по имени Ганс-Герман боролся с искушением отдаться
воле инстинкта, который казался ему мало приличным, и постарался переключить
внимание на весьма привлекательную головку юной Денизы, в которую был
влюблен с первой встречи. Утверждения железного Густава о том, что нет
ничего более интересного и захватывающего, чем кристаллическая решетка
железа, вызывали в нем протест и отвлекали от куда более занимательных
мыслей о любви и счастье. Он не заметил, когда голос Железного Густава начал
постепенно уходить от него и теперь уже слышался где-то далеко, напоминая
бормотанье. Набежавшее облако стерло солнечные блики со стен и скамей, а
свет стал мягким и призрачным, как в старомодном танцбаре. Ганс-Герман вдруг
с удивлением обнаружил, что в аудитории, кроме него и профессора Клейна,
никого нет. Тот, дружески улыбаясь, позвал его. Мгновение спустя Ганс-Герман
уже стоял перед своим учителем.
Железный Густав положил правую руку на плечо Ганса-Германа и сказал,
что хочет ему кое-что показать и пригласил следовать за ним.
Дверь, через которую они прошли, Ганс-Герман раньше не замечал. Он
предполагал, что она выходит на улицу, но неожиданно оказался в бесконечно
длинном коридоре, по обеим сторонам которого было множество дверей.
Профессор прошел немного вперед и открыл вторую или третью дверь слева.
Ганс-Герман увидел несколько больших стеклянных сосудов кубической
формы, назначения которых понять не мог. Обычно в подобных сосудах хранили
фруктовые соки и сквозь прозрачные стенки можно было наблюдать за их
циркуляцией. Здесь тоже циркулировали какие-то жидкости, но они были серого,
черного, фиолетового и бледно-желтого цвета и напоминал не фруктовые соки, а
промышленные сточные воды. И это было близко к истине. Профессор указал на
стеклянные емкости, в которых, кроме жидкости, находились и какие-то детали.
Ганс-Герман попросил профессора объяснить ему, что все это означает. Тот в
ответ мягко улыбнулся.
-- Помните сообщение, которое облетело мир лет восемьдесят назад? Тогда
было установлено, что железо, доставленное с Луны, не ржавеет и противостоит
самым агрессивным средам. Одновременно было высказано предположение, что
облучение обычного земного железа ионами инертного газа, встречающимися и в
солнечном ветре, должно дать тот же эффект.
Ганс-Герман недоуменно покачал головой -- странный вопрос. Как может
он, двадцатилетний парень, помнить то, что было восемьдесят лет назад?
Профессс между тем продолжал:
-- В то время, примерно в 1978 году, указанное общение почти не
привлекло внимания общественности исключая специалистов. Несколько лет
назад, мы продолжили эти эксперименты и нам удалось обработать железо
ионными лучами так, что по коррозионной c кости оно стало превосходить
платину.
Ганс-Герман пришел в замешательство. То, что ничего не читал о
нержавеющем лунном железе, его удивило, так как в те времена он больше
интересовало спортивными новостями. Но что означают слова "... в то время" и
"восемьдесят лет тому назад"? Студент раэ глядывал Железного Густава с
большим подозрение!" Каким образом на нем оказался такой странный кс стюм --
нечто среднее между рабочим комбинезонов и смокингом? Костюм отливал
металлическим блеском! а на ощупь, как случайно установил Ганс-Герман, был
мягок и приятен. Изменилось и лицо профессора. Куда подевалась его
великолепная борода, предмет зависти многих студентов?
Профессор заметил недоумение молодого человек и объяснил:
-- Я действительно профессор Клейн, но не тот, которого Вы знаете.
Железный Густав -- мой прадед. Вам очень повезло, молодой человек, ибо Вы
пересекли границу времени... Сейчас у нас 2058 год, и Вы находитесь в
специальной лаборатории коррозии. Проблема получения абсолютно
коррозионностойкого железа в результате облучения решена, но мы еще не
знаем, насколько долго сохраняется стойкость. Кроме того, еще недостаточно
ясно, какое влияние на полученную коррозионную стойкость могуть оказать
процессы деформации и другие способы обработки. На эти вопросы еще предстоит
получить ответы. В стеклянных емкостях находятся изделия из железа после
различной обработки: горяче и холоднодеформированные, сварные, обработанные
на токарных и фрезерных станках и другие. Пока все в порядке.
Говоря последние слова, профессор нажал несколько кнопок на пульте, и
на экране возникла картина, похожая на аэрофотоснимок пустыни. Одновременно
печатающее устройство компьютера выдало бумажную ленту, покрытую буквами и
цифрами.
"Это параметры для стального листа глубокой вытяжки: слева данные о
предыстории материала, его химическом составе и режиме обработки, посередине
располагал мир и что можно было показать. Величественное и возвышенное
сменялось вызывающе спесивым и безвкусным, подлинные произведения высокого
искусства соседствовали с низкопробными, действительные ценности -- с
мнимыми. В павильоне электротехники был великолепный, украшенный подобно
бизантинской церкви иллюзионный зал, расточительно освещавшийся множеством
ламп накаливания. Над всем по-прежнему доминировала Эйфелева башня --
сенсация Всемирной выставки 1889 года. К счастью, она сохранилась. А ведь
сколько было предложений! Одни хотели ее использовать в качестве каркаса для
гигантской статуи Орлеанской девы, а другие -- демонтировать, чтобы
освободить место под клумбу. Громадная модель земного шара в виде глобуса
соседствовала с этой стройной ажурной башней, что явно противоречило всем
нормам эстетического восприятия и шокировало посетителей. Повсюду Царил
гигантизм. На берегу Сены между выставочными павильонами Турции и Австрии
возвышался дворец Соединенных Штатов Америки, по своей архитектуре
напоминавший Белый Дом в Вашингтоне. Это была смесь еликолепия, спеси и
назойливой архитектуры, може быть, именно поэтому он вписывался в общую
картину В павильоне США, как и на всей выставке, было невероятное обилие
экспонатов. Никто не оставался равнс душным. Выставка действительно покорила
всех.
Понятно, что при таком обилии мнимых и истинных сенсационных достижений
те или иные новшества, ко| торые неминуемо должны были оказать воздействие
на целые технические области или даже революционизировать их, узнавались и
по достоинству оценивалисьтольке
специалистами. К таким новшествам, безусловно, относились
инструментальные стали фирмы "Бетлехем Стил", внедрение которых в
значительной степени способствовало техническому прогрессу.
Фредерик Тейлор и его друг, химик по образованию и призванию, Монсель
Уайт работали на сталеплавильных заводах фирмы "Бетлехем Стил" в Филадельфии
-- крупнейшем городе штата Пенсильвания (США). Как и у Роберта Мюшета,
неожиданности были связаны с вольфрамом, которым легировали инструментальную
сталь. Идея дополнительно легировать эту сталь хромом родилась по особым
причинам. Во второй половине XIX века промышленные страны начали
беспрецедентную гонку вооружений. Образовались крупные концерны,
занимавшиеся производством оружия, во главе которых стояли такие
промышленники, как Армстронг в Англии, Шнейдер и Крезо во Франции, Крупп в
Германии, Карнеги в США. Эти концерны выпускали пушки и бронированные
колпаки, морские артиллерийские орудия и военные корабли. Потребность в
снарядах, торпедах и стрелковых боеприпасах выросла до беспредельных
размеров и везде требовалась сталь, сталь, сталь... Чем качественнее была
сталь, тем лучше было оружие. Особенно заметную роль качество стали играло в
соревновании между броней и снарядом. И для того, и для другого начали
применять легированную сталь, как только она появилась. Во Франции Я.
Хольтцер рекомендовал и для брони, и для снарядов применять сталь,
легированную хромом. Еще на Всемирной выставке 1878 года металлургическая
общественность узнала, что хромистая сталь превосходит все ранее созданные и
применявшиеся: такую закаленную сталь не брала ни одна другая. Это и
натолкнуло Тейлера и Уайта на мысль легировать вольфрамовую сталь хромом.
Новая чудо-сталь содержала не менее восемнадцати процентов вольфрама и
четыре процента хрома. Толпы специалистов заполняли механическую мастерскую,
когда шла демонстрация этой стали. С восхищением они наблюдали, как
раскаленный докрасна резец из этой стали не терял стойкости при обработке
заготовки из другой стали. Скорости резания были в четыре раза больше
обычных. Восторгам не было конца. Так начал свое победоносное шествие резец
из быстрорежущей стали. Однако вскоре появились и первые критические
высказывания. Дело было в том, что из-за резкого увеличения скорости резания
начали выходить из строя и разруа- шаться токарные станки, не имевшие
необходимого паса прочности. Замена изношенных подшипников и xoдовых винтов
требовала затрат, превосходивших прибыль, которую давало применение
повышенной скоростк резания. Потребовалось полное обновление парка токарных
и фрезерных станков, причем станки строились более тяжелые, с большим
запасом прочности.
Многие отрасли промышленности испытывали потребность в
высококачественных сталях. Уже во время! Крымской войны союзный флот
использовал деревянные корабли, бронированные стальными плитами, а в 1861
году со стапелей английской верфи сошел пepвый военный корабль, полностью
изготовленный из стали. Это был "Warrior", то есть "Воин", за которым
последовали корабли, бронированные не только более толстыми стальными
плитами, но и плитами из стали легированной хромом и никелем. Особенно
ценные свойства придал стали никель, поэтому никелевые стали успешно
конкурировали с хромистыми.
На весенней 1889 года сессии Iron and Steel Institute инженер Джон
Райли из Глазго сделал сообщение, о созданной им никелевой стали. Ровно
десять лет прошло с того дня, когда с этой же трибуны Сидни Джилькрист Томас
обнародовал свой способ продувки чугуна. Джон Райли присутствовал при этом и
тоже выступал с сообщением, в котором говорилось о способе продувки чугуна,
сходном с томасовским. Заявки на аналогичные методы поступали и от других
изобретателей. В споре за приоритет изобретатели боролись прежде всего за
финансовые интересы, а не за славу. В качестве третейского судьи для решения
спора пригласили авторитетного голландского физика сэра Уильяма Томсона,
жившего в Глазго. По его решению Джону Райли отчислялось 12,5 процента из
прибыли, которую приносил томасовский процесс внутри страны, и 15 процентов
от прибыли, получаемой за ее пределами. Эти проценты сделали его богатым
человеком, а слава тогда пришла к Томасу.
Джон Райли не был выдающимся оратором, но сумел так представить
результаты своих исследований, что специалисты живо заинтересовались его
данными. Он привел характеристики прочности, которые вызвали удивление,
смешанное с недоверием. Двухпроцентная никелевая сталь была почти в четыре
раза прочнее обычного сварочного железа при вязкости, значительно
превышавшей вязкость хромистых сталей. При увеличении содержания никеля в
стали ее свойства становились еще лучше. Более всего от этого соревнования в
создании качественных сталей выиграла военная промышленность, в частности
промышленность, поставлявшая броневые плиты. Джон Райли прокатывал на заводе
фирмы "Блочер Стил" броневые плиты из никелевой стали для английского
военно-морского флота.
Во Франции, России, Германии, где также началось широкое производство и
применение никелевых сталей, из них изготавливали конструкции и детали
машин, испытывающие высокие и сверхвысокие по тем временам нагрузки. Для
подшипников применяли хромистую и хромоникелевую сталь.
Сталь превратилась в тысячеликий материал. Однако изделия из нее имели
один существенный недостаток: их рано или поздно съедала ржавчина. Особенно
быстро ржавчина разрушала сталь в морской атмосфере, поэтому корабли
постоянно требовали окраски для защиты от коррозии. Обычно не успевали
закончить окраску, как ее надо было начинать сначала. Кисть у матроса стала
одним из основных рабочих инструментов. На суше ситуация была немногим
лучше, особенно в промышленных районах, где "красный дьявол" бесследно
уничтожал громадные ценности. Почему же сталь не сопротивляется коррозии
так, как благородные металлы? Этот вопрос стал вызовом науке, которая в это
время делала свои первые шаги в области специальных сталей.
Многим казались невероятными рассказы путешественников, возвращавшихся
из Индии, о гигантских железных колоннах, которые не ржавели в течение
тысячелетий (так думали тогда). Считали, что индийские металлурги в
древности владели секретом изготовления нержавеющей стали. Английские ученые
занялись исследованием железных колонн в Дар и Дели. Нолика-ких особенностей
им обнаружить не удалось. Кутубова колонна на алтаре мечети Кувват-уль-Ислам
в городе-крепости Лал-Кот, находящейся примерно в 20 километрах южнее
старого Дели, стала известна всему миру. Вновь и вновь высказывалось мнение,
что таинственные железные колонны имеют божественное происхождение.
Некоторые даже утверждали, что колонны представляют собой памятники,
сооруженные представителями внеземной цивилизации в память об их посещении
Земли.
Действительно, делийская колонна имеет надпись, которая гласит, что она
была поставлена во время царствования Самандрагупты, который жил с 330 по
380 год. Как бы то ни было, если судить по этой надписи, возраст колонны
составляет уже полторы тысячи лет, а такого возраста достигали немногие
изделия из железа. Так что же это, чудо или тайна? И да, и нет! Чудо --
потому что весящую шесть тысяч килограммов колонну индийские кузнецы
отковали из отдельных криц, пользуясь лишь ручными молотами (что почти
доказано). Вы-< сочайшее достижение мастеров древности! Чудо, но не
сверхъестественное, а это подтверждается хотя бы тем фактом, что мелкие
куски такой нержавеющей колонны, привезенные в Лондон для исследований,
очень быстро начали коррелировать. Существуют вполне реальные опасения, что
выхлопные газы многочисленных автомобилей постепенно разрушат кутубову
колонну, если не принять решительных мер защиты. В настоящее время проезд
автомобилей вблизи колонны запрещен. То, что железная колонна в Дели
сохранилась до нашего времени, представляет стечение благоприятных
обстоятельств. Сталь сравнительно чистая, то есть содержит сравнительно мало
шлаковых включений; содержание углерода, хотя и колеблется, но невысоко. В
окружающей колонну атмосфере мало агрессивных примесей. Поверхность колонны
покрыта защитным слоем жира, так как в прежние времена верующие стремились
взобраться на колонну, а тела их были смазаны маслом. Подобный защитный слой
можно видеть на старых железных ручках водозаборных колонок. Уходящая на
шесть с половиной метров вверх железная колонна (на один метр она уходит в
землю), как и дамасская сталь, является убедительным доказательством
высочайшего мастерства кузнецов древней Индии. Они заслуживают уважения,
даже если и не создали нержавеющей стали. В конкурентной борьбе крупных
сталеплавильных концернов наука постепенно занимала все более прочное
положение. Вскоре уже никто не удивлялся, если фирмы создавали собственные
исследовательские лаборатории и даже целые институты. Миновали времена,
когда владелец завода определял технический прогресс, а это было особенно
характерно для черной металлургии, начиная с Бенджамина Ханстмена и кончая
Робертом Аботом Гадфильдом. Химический анализ исходных материалов, то есть
руд, топлива и добавок, а также готовых изделий стал обычным делом на
металлургических заводах. Затем были введены испытания физических и
механических свойств материалов, а также анализ микроструктуры, что
способствовало значительному улучшению качества продукции и одновременно
стало основой современной науки о металлах.
1 января 1909 года первым ассистентом в химико-физической
научно-исследовательской лаборатории фирмы Фридрих Круп был назначен Эдуард
Маурер. Свою докторскую шляпу он получил менее месяца назад в Высшей
технической школе в Аахене. Молодой человек прожил целый год в Париже,
работая у знаменитого Ле Шателье в Сорбонне, которому металлургия железа
обязана значительными открытиями. Вполне очевидно, что парижский период
жизни был во многом поучительным для Эдуарда Маурера, и он его хорошо
использовал. Свою новую должность в лаборатории молодой человек занял,
будучи отлично подготовленным.
В 1912 году Маурер и его непосредственный руководитель профессор Штраус
добились большого успеха.
Уже в течение нескольких лет они изучали стали, легированные хромом и
никелем. Их интересовало влияние на свойства различных режимов термической
обработку Опытная сталь, обозначенная "2А", после определенной термической
обработки приобретала свойства, невида- ные до сих пор. При нагреве выше
1000 градусов Цельсия и закалки в воде сталь становилась нержавеющей и в
определенной степени кислотостойкой. Эта сталь и марганцовистая сталь
Гадфильда оказались близкими родственниками. Сталь V2A, как ее и сегодня
называют (семь десятилетий спустя после изобретения), представляет собой
аустенитную сталь с таким же расположением атомов в кристаллической решетке
железа, как и у марганцовистой стали. В состав ее входит 18 процентов хрома
и 8 процентов никеля. За ней последовали другие легированные стали,
обладающие все более неожиданными свойствами. Сталеплавильщики превратились
в волшебников, путем легирования получая нержавеющие и кислотостойкие,
жаропрочные и окалиностойкие, хладостойкие и другие стали. Казалось, все
возможно, и когда химической промышленности потребовалась сталь, устойчивая
в условиях воздействия высоких температур и повышенных давлений водорода,
металлурги создали ее, как сегодня создают стали для ядерной техники.
В 1925 году Эдуард Маурер принял кафедру металловедения во Фрайбергской
академии. После войны он был назначен директором Научно-исследовательского
института черной металлургии в Берлин-Хеннигсдорфе и использовал все свои
знания, опыт и авторитет для создания черной металлургии Германской
Демократической Республики.
Прогресс в металлургии чугуна и стали продолжался. Были внедрены новые
способы получения стали. И хотя еще Бессемер предлагал использовать чистый
кислород для окисления примесей чугуна, понадобилось много лет, чтобы
технически осуществить процесс вдувания кислорода в конвертор сверху,
получивший название ЛД-процесс. Это произошло на сталеплавильных заводах в
Линце и Донавице в 1949 году. Вскоре ЛД-процесс широко вошел в практику
сталеварения, и сегодня значительную долю стали получают продувкой чугуна
кислородом, а не воздухом. Вакуумная плавка при помощи электронного или
плазменного луча, а также изобретенный в, СССР электрошлаковый переплав
позволили значительно улучшить качество стали. В настоящее время идет
дальнейшая разработка способов выплавки и обработки стали. Металлурги не
отказались от идеи прямого получения стали из руды, минуя процесс выплавки
чугуна, как делали это когда-то, но с той разницей, что сегодня для этого
используются совершенно иные технические средства. Проблема непрерывного
получения стали, над решением которой работают во всех промышленно развитых
странах, подтверждает мысль о том, что развитие черной металлургии
продолжается.
Следует ясно себе представлять, что в течение двух с половиной
тысячелетий процесс производства железа и стали был прерывным и что сегодня
такими еще являются все сталеплавильные процессы. И если однажды, а этот
день не за горами, об этом свидетельствуют технические достижения и уровень
научных знаний, сталь будут получать в промышленных масштабах иным,
непрерывным способом, то это окажется равнозначным промышленной революции и
даст громадный экономический выигрыш народному хозяйству.
Одна из японских опытных установок с закрытым трехкамерным реактором
работает по принципу кислородной продувки. В направлении потока расплава
располагается последовательно несколько кислородных фурм. Производительность
установки, по опубликованным данным, невелика и составляет менее 10 тонн
стали в час, но это связано с небольшими размерами установки.
На объединенных австрийских сталеплавильных заводах (фирма VOEST)
создан метод окисления чугуна впрыскиванием. Производительность этой опытной
установки выше, чем японской, примерно в десять раз. Правда, эти цифры
ничего не говорят о технологическом совершенстве способа, так как
сопоставление возможно лишь на основе единых критериев, а для этого
отсутствуют объективные данные.
В различных странах имеются экспериментальные установки, весьма
экономичные с точки зрения расхода энергии, что связано с особой
транспортировкой материалов. Имеются в виду установки, работающие по
принципу противотока, то есть шлак и отходящие газы в них перемещаются
навстречу расплавленному чугуну. Наряду с более полным использованием
энергии, благодаря противотоку достигается и значительное улучшение качества
стали.
Железо сегодня -- важнейший металл цивилизации. Сохранится ли такое
положение впредь или керамические и прежде всего выеокополимарные материалы
постепенно вытеснят этот металл? Не являемся ли мы свидетелями конца
"железного века"?
Растущие объемы производства чугуна и стали говорят нам о другом -- о
том, что железо еще очень длительное время будет материалом номер один.
Железо, как- никакой другой металл, используемый в технике, обладает
удивительной способностью к изменению свойств, и не случайно поэтому на его
основе создано более десяти тысяч сплавов.
В будущем предпочтение будет отдано технологическим про-, цессам
получения стали непосредственно из руд, а не из промежуточного продукта --
чугуна. Значительное мгсто в металлургии железа займут
высокопроизводительные переплавные процессы. Нельзя точно сказать, когда
именно принципиально новые технологические способы, например биотехнические,
начнут в значительной степени вытеснять, заменять или хотя бы дополнять
традиционные, однако, несомненно, что в ближайшие десятилетия в технике
легирования и обработки стали произойдет значительный прогресс.
Разработанная в последние годы термомехаиичес--кая обработка,
предусматривающая проведение пластической деформации совместно с фазовыми
превращениями, дала поразительные результаты. Не будет преувеличением
сказать, что это первые шаги совершенно нового направления в обработке
стали. Можно себе представить, что и другие научные направления в технологии
обработки откроют совершенно новые аспекты, на-пзкмер путем направленного
изменения структуры можно будет обеспечить совершенно новые по своей природе
комплексы сеайетв. Дальнейшее развитие процессов получения и обработки стали
прогнозировать пока затруднительно.
ЖЕЛЕЗО СЕГОДНЯ И ЗАВТРА
Студент проспал лекцию, прочитанную в актовом зеле. -- Железо с Луны не
ржавеет. -- О металлургии высоких давлений и эпсилон-железе. -- Поиски новых
путей развития материалов на основе железа.
Место происшествия -- сооруженное в первом десятиле тии нашего века
здание Института металлургии железа В один из осенних дней 1981 года в
Актовом зале Института должен был читать лекцию профессор Клейн известный
ученый, кандидатуру которого уже дважды выдвигали на соискание Нобелевской
премии. Сегодня студентам предстояло прослушать вводную лекцию по
металловедению железа и его сплавов. Более четырех десятилетий ученый
посвятил этой области науки и знал свой предмет досконально. Железным
Густавом называли его в Институте. Студенты и боялись, и любили профессора.
Солнечные блики скользили по крышкам старинных! скамеек, отполированным
многими поколениями студентов. Их "украшали" творения студентов-писателей и
художников, навеки запечатлевших свои мысли на дереве. Иногда эти надписи,
сделанные карманным ножом или шариковой ручкой, с завидной краткостью
характеризовали лекцию или какого-либо представителя ученого мира. Не далее,
как вчера, на заседании Ученого Совета Института один из таких
представителей, очевидно, задетый за живое очередной глубокомысленной
надписью, выступал с убедительной речью о вреде подобных творений,
подрывающих авторитет заслуженных и облеченных доверием людей и оскверняющих
добрые традиции учебного заведения. Эта горячая речь закончилась под звуки
сочувственного бормотания членов Совета, на чем инцидент и был исчерпан.
Железный Густав никак не реагировал, зная что любые мероприятия,
направленные против подобной формы студенческого творчества ничего не дадут,
как не давали и до сих пор. Студенты последующих поколений таким образом
узнают мысли своих предшественников, а инстинкт подражания, не менее
сильный, чем другие инстинкты, заставит этим традиционным способом высказать
свое мнение.
Один из студентов по имени Ганс-Герман боролся с искушением отдаться
воле инстинкта, который казался ему мало приличным, и постарался переключить
внимание на весьма привлекательную головку юной Денизы, в которую был
влюблен с первой встречи. Утверждения железного Густава о том, что нет
ничего более интересного и захватывающего, чем кристаллическая решетка
железа, вызывали в нем протест и отвлекали от куда более занимательных
мыслей о любви и счастье. Он не заметил, когда голос Железного Густава начал
постепенно уходить от него и теперь уже слышался где-то далеко, напоминая
бормотанье. Набежавшее облако стерло солнечные блики со стен и скамей, а
свет стал мягким и призрачным, как в старомодном танцбаре. Ганс-Герман вдруг
с удивлением обнаружил, что в аудитории, кроме него и профессора Клейна,
никого нет. Тот, дружески улыбаясь, позвал его. Мгновение спустя Ганс-Герман
уже стоял перед своим учителем.
Железный Густав положил правую руку на плечо Ганса-Германа и сказал,
что хочет ему кое-что показать и пригласил следовать за ним.
Дверь, через которую они прошли, Ганс-Герман раньше не замечал. Он
предполагал, что она выходит на улицу, но неожиданно оказался в бесконечно
длинном коридоре, по обеим сторонам которого было множество дверей.
Профессор прошел немного вперед и открыл вторую или третью дверь слева.
Ганс-Герман увидел несколько больших стеклянных сосудов кубической
формы, назначения которых понять не мог. Обычно в подобных сосудах хранили
фруктовые соки и сквозь прозрачные стенки можно было наблюдать за их
циркуляцией. Здесь тоже циркулировали какие-то жидкости, но они были серого,
черного, фиолетового и бледно-желтого цвета и напоминал не фруктовые соки, а
промышленные сточные воды. И это было близко к истине. Профессор указал на
стеклянные емкости, в которых, кроме жидкости, находились и какие-то детали.
Ганс-Герман попросил профессора объяснить ему, что все это означает. Тот в
ответ мягко улыбнулся.
-- Помните сообщение, которое облетело мир лет восемьдесят назад? Тогда
было установлено, что железо, доставленное с Луны, не ржавеет и противостоит
самым агрессивным средам. Одновременно было высказано предположение, что
облучение обычного земного железа ионами инертного газа, встречающимися и в
солнечном ветре, должно дать тот же эффект.
Ганс-Герман недоуменно покачал головой -- странный вопрос. Как может
он, двадцатилетний парень, помнить то, что было восемьдесят лет назад?
Профессс между тем продолжал:
-- В то время, примерно в 1978 году, указанное общение почти не
привлекло внимания общественности исключая специалистов. Несколько лет
назад, мы продолжили эти эксперименты и нам удалось обработать железо
ионными лучами так, что по коррозионной c кости оно стало превосходить
платину.
Ганс-Герман пришел в замешательство. То, что ничего не читал о
нержавеющем лунном железе, его удивило, так как в те времена он больше
интересовало спортивными новостями. Но что означают слова "... в то время" и
"восемьдесят лет тому назад"? Студент раэ глядывал Железного Густава с
большим подозрение!" Каким образом на нем оказался такой странный кс стюм --
нечто среднее между рабочим комбинезонов и смокингом? Костюм отливал
металлическим блеском! а на ощупь, как случайно установил Ганс-Герман, был
мягок и приятен. Изменилось и лицо профессора. Куда подевалась его
великолепная борода, предмет зависти многих студентов?
Профессор заметил недоумение молодого человек и объяснил:
-- Я действительно профессор Клейн, но не тот, которого Вы знаете.
Железный Густав -- мой прадед. Вам очень повезло, молодой человек, ибо Вы
пересекли границу времени... Сейчас у нас 2058 год, и Вы находитесь в
специальной лаборатории коррозии. Проблема получения абсолютно
коррозионностойкого железа в результате облучения решена, но мы еще не
знаем, насколько долго сохраняется стойкость. Кроме того, еще недостаточно
ясно, какое влияние на полученную коррозионную стойкость могуть оказать
процессы деформации и другие способы обработки. На эти вопросы еще предстоит
получить ответы. В стеклянных емкостях находятся изделия из железа после
различной обработки: горяче и холоднодеформированные, сварные, обработанные
на токарных и фрезерных станках и другие. Пока все в порядке.
Говоря последние слова, профессор нажал несколько кнопок на пульте, и
на экране возникла картина, похожая на аэрофотоснимок пустыни. Одновременно
печатающее устройство компьютера выдало бумажную ленту, покрытую буквами и
цифрами.
"Это параметры для стального листа глубокой вытяжки: слева данные о
предыстории материала, его химическом составе и режиме обработки, посередине