§ 8. Железо

Как уже отмечалось, железо было известно человеку с доисторических времен. В большинстве очагов древней культуры железный век пришел на смену бронзового или медного века. Так, например, железная культура в Европе возникла около 1000 лет до нашей эры, сменив более древнюю бронзовую эру, относящуюся ко второму тысячелетию до нашей эры.

Однако смена бронзового века железным в различных частях земного шара совершалась неодновременно. Более того, некоторые народы открыли железо, не зная бронзы, каменные орудия труда сменились непосредственно железными. Например, когда в Египте использовали только литье из бронзы и благородных металлов, негритянские племена центральной Африки уже умели ковать железо. Высокоразвитое кузнечное искусство Верхнего Египта (в верховьях Нила), по-видимому, многое восприняло от кузнецов-негров. Нечто сходное наблюдалось в Индии. Эта страна богата железными рудами, и культура железа возникла здесь очень давно и развивалась, минуя бронзовый век. До наших дней сохранилась железная колонна (близ Дели), воздвигнутая в V в. н. э. (рис. 3).

Рис. 3. Железная колонна. V в. н. э. Индия

Очень высоко было искусство черных металлов в Ассирии и Вавилоне. Уже в IX и VIII вв. до н. э. древние кузнецы умели ковать из железа оружие, а также украшать железные шлемы и панцири бронзой. При раскопках Вавилона был обнаружен клад железных слитков-болванок в форме двойной пирамиды длиной 48 см. Металл был превосходного качества, нержавый, общим весом до 160 т.

Издавна железо было известно на восточном побережье Черного моря. Древнегреческий писатель Эсхил в своих сочинениях, упоминая о железе, называет его "пришельцем от скифов", "скифским" или "заморским", а также "халибинским чужеземцем" по имени племени халибов, населявших в древности Армянское Нагорье.

К концу первой половины первого тысячелетия нашей эры скифское население юга России было полностью ассимилировано славянскими племенами, которые восприняли скифскую культуру. По данным современной археологии, начиная с середины первого тысячелетия нашей эры, к IX-X вв., техника обработки черного металла достигает высокого уровня развития. В IX-X вв. русские мастера пользовались всевозможными технологическими приемами обработки железа - ковкой, сваркой, пайкой и термической обработкой.

В древности железо добывалось из болотной или луговой руды "сыродутным" способом. Сущность этого способа заключалась в следующем: в яму, обмазанную глиной, загружались измельченная руда и древесный уголь. В нижней части ямы делали отверстие, через которое осуществлялось дутье ручными, а позднее механическими мехами. Окись железа восстанавливалась до металла, пустая порода ошлаковывалась и стекала вниз, а на самом дне печи скапливались зерна железа, которые, слипаясь, образовывали крицу, т. е. рыхлую губчатую массу, пропитанную шлаками. Раскаленную добела крицу вынимали, быстро проковывали на наковальне, отжимая из нее шлак, и сваривали в монолитный кусок железа лепешкообразной формы. Масса древнерусских криц обычно составляла от двух до шести килограммов.

Этот древний способ прямого получения железа непосредственно из руды существовал очень долго - свыше 3000 лет и только в начале XIII в. н. э. в Европе он стал заменяться доменным процессом. Однако и после изобретения доменных печей сыродутный способ продолжал еще применяться. Например, в Соединенных Штатах Америки в 1853 г. продолжало работу до 400 сыродутных горнов. В Финляндии они использовались до 1861 г., а в Индии кое-где применяются и до настоящего времени.

По своему составу кричное, сыродутное железо представляло собой сплав железа с углеродом; причем процентное содержание углерода не превышало сотых долей.

В настоящее время принята следующая классификация железоуглеродистых сплавов: сплавы, содержащие углерода до 2%, называются сталью; причем если в сплаве углерода меньше 0,25%, то такая сталь называется малоуглеродистой или мягкой сталью (по старой терминологии она называется железом); при содержании углерода от 0,25 до 0,6% - среднеуглеродистой и при содержании от 0,6 до 2% - высокоуглеродистой. При содержании углерода более 2% железные сплавы называются чугуном. Кроме железа и углерода в сталях и чугунах присутствуют примеси кремния, марганца, фосфора и серы.