Читать интересную книгу Русские инженеры - Лев Гумилевский

Чтобы понять строение такого сплава, как сталь, Чернову пришлось идти обходным путем, изучая на глаз температуру стали в критических точках и условия затвердевания, при которых в сплаве происходят химические изменения; в это мгновение Падение температуры прекращается, и она остается постоянной, пока не закончится перестройка сплава, после чего остывание продолжается.

Значение критических точек наглядно разъяснил Чернову опыт охлаждения раствора поваренной соли. Охлаждая десятипроцентный раствор соли, Чернов наблюдал равномерное падение температуры до -8°. При такой температуре падение ее на некоторое время задерживалось; в растворе замерзала часть воды, так что насыщенность раствора повышалась.

После этого температура снова равномерно падала до следующей остановки при -22°, когда застывал весь оставшийся раствор. Дальнейшее охлаждение раствора никаких новых критических точек и остановок в падении температуры не обнаружило.

Повышая насыщенность соляного раствора до двадцати процентов и далее, Чернов без труда установил, что нижняя критическая точка у любого раствора соли остается постоянной и соответствует -22°, а верхняя точка перемещается в зависимости от насыщенности раствора.

Подобное же перемещение критических точек происходит и в стали. Перемещение это Чернов правильно связал с процентным содержанием углерода.

Критические точки Чернова сегодня легко обнаруживаются при помощи различных приемов и точных приборов. Но все эти приемы и приборы были разработаны много позднее. До того же наблюдать превращения стали при критических точках, особенно в «точке В», удавалось с трудом, не каждому и не всегда.

Непосредственное значение для металлургии стали имело доказанное Черновым основное положение, что «прочность непрокованной стали нисколько не меньше прочности прокованной, если они имеют одинаковую структуру». Он показал, что литая, непрокованная сталь может иметь самую лучшую мелкозернистую структуру и наилучшие свойства, если ее нагреть и охладить по установленному им способу.

До Чернова надлежащую структуру стали стремились получать путем механической обработки, ковки. Чернов показал, что эта задача гораздо вернее и лучше решается при помощи тепловой обработки нагревом и охлаждением. Ковка же стали является лишь дополнительной операцией, имеющей целью придать изделию нужную форму.

Производство литых стальных изделий получило совершенно иной характер. Важнейшими заводскими операциями для получения стали нужной структуры сделались нагрев и охлаждение в различных сочетаниях.

Учение Чернова о превращениях стали при прохождении ее через критические точки открыло все цеховые секреты и производственные тайны металлургии, в том числе и тайну булата — знаменитой дамасской стали. Замысловатый узор булатных клинков оказался попросту рисунком крупнозернистой структуры чистой углеродистой стали, рельефность которого получается от травления клинка. Замедляя охлаждение, дамасские мастера добивались в стали очень крупных зерен, а последующей ковкой при температуре ниже «точки В» они изменяли форму кристаллов, вытягивая их, но не нарушая при этом крупнозернистого строения.

Открытия Чернова превратили металлургию из ремесла, основанного лишь на вековом опыте, в одну из областей приложения точного знания к практическим требованиям техники.

Главное управление кораблестроения Морского ведомства, вооружавшее новые военные корабли стальными пушками для нападения и стальной броней для защиты, избрало Чернова своим почетным сотрудником. Вскоре он был назначен главным инженером Обуховского завода и превратил этот завод в исследовательский центр новой, основанной им науки.

Чернова нельзя относить к людям чистой науки, которые предоставляют другим делать практические выводы из научного исследования и находить практическое, приложение научных знаний в жизни. Его вели к научному исследованию потребности практики: завод для него естественным образом превращался в лабораторию.

Не для того стремился он проникнуть в физическую сущность металлургических процессов, чтобы, постигнув их законы, удовлетвориться добытым знанием. Постигая природу металла, он мечтал поставить сталь на службу русской технике и промышленности, на службу человеку.

Под непосредственным руководством своего главного инженера Обуховский завод первым в России отказался от варки стали в тиглях и создал так называемый русский способ бессемерования.

Генри Бессемер не был металлургом. Он занялся сталью случайно и в металлургию пришел со стороны. До того он занимался изобретательством и сам гораздо более ценил другие свои изобретения, вроде гидравлического пресса и золочения бронзовой пылью разных изделий.

Отсутствие практического опыта и знаний в области металлургии, с одной стороны, сильно затрудняло Бессемеру усовершенствование нового метода производства стали, но в какой-то степени сослужило ему пользу: в самом деле, Бессемер подошел к своим опытам без привычного, ставшего традиционным и казавшегося непогрешимым взгляда на технологию сталеварения и смог поступить так, как никому до того не приходило в голову.

Однако, найдя новый способ производства стали, Бессемер не смог сделать его универсальным, пригодным для всякого сырья. Каждая страна, переходя на новый способ, создавала свои — шведский, американский, русский — варианты бессемерования.

Поводом к созданию нового процесса послужило Бессемеру изобретение им артиллерийского орудия. Ему захотелось получить более скорым способом сталь для отливки орудия или, как он сам писал, «получить металл со свойствами, подобными свойствам железа и стали, но который можно было бы в жидком состоянии отливать в формы и болванки».

И вот для ускорения и удешевления процесса Бессемеру пришла в голову счастливая мысль: чугун, находившийся в тигле, продувать воздухом или паром, чтобы ускорить протекающую в нем реакцию окисления углерода.

При первых же попытках продувки чугуна воздухом Бессемер обнаружил, что поступающий в чугун воздух не только не охлаждает металла, но даже повышает его температуру настолько, что его можно отливать в формы. Замечательное открытие, сделанное Бессемером, послужило темой его доклада о «получении железа и стали из чугуна без горючего материала». Оно было положено автором в основу изобретенного им «конвертора». Это цилиндрический сосуд, выложенный огнеупорным материалом; в сосуде плавится чугун, продуваемый воздухом. При продувании находящиеся в чугуне примеси — углерод, марганец, кремний — быстро выгорают, отчего и повышается температура чугуна.

Преимущества бессемеровского способа чрезвычайно ясны: он быстр и прост, производительность его высока, сталь получается в жидком виде.

Кроме того, благодаря возможности в любой момент прекратить продувку и остановить процесс Бессемер мог получать в своем конверторе любой продукт, начиная от мягкого железа и кончая высокоуглеродистой сталью. Позднее он сконструировал вращающийся конвертор, а металлурги, постепенно увеличивая установку, довели емкость его до пяти тонн.

Когда механизм процесса еще не был ясен, бессемерование не всегда и не везде удавалось.

Наиболее успешно проходило бессемерование чугуна, богатого примесью кремния, так как сгорание кремния более всего повышает температуру в конверторе.

Хотя Бессемер сделал свой доклад в 1856 году, а с 1858 года уже пустил в ход конверторы, в России, как мы видели, сталь все еще варилась в тиглях, так как малокремнистый русский чугун не поддавался бессемерованию.

Чернов предложил русский способ бессемерования, характеризующийся перегревом чугуна. Более высокая температура чугуна меняет ход процесса: выгорание углерода начинается сразу, а незначительное количество кремния выгорает главным образом в конце продувки; но для достижения «нормального жара операции» при таких условиях оказывается достаточной и небольшая примесь кремния. Работа с перегретым малокремнистым чугуном оказалась даже более удобной, чем с кремнистым «холодным» чугуном.

24 февраля 1876 года Чернов доложил свои «Материалы для изучения бессемерования» Техническому обществу.

На современном металлургическом заводе. Разлив стали по изложницам.

В основу введенного на Обуховском заводе нового способа получения стали Чернов положил глубокое понимание природы бессемеровского процесса. Он расчленил его на четыре периода и указал признаки начала и конца каждого из периодов. Им было установлено существование трех разновидностей процесса: нормального, при котором получается лучший металл, холодного и горячего.

Чернов не ограничился теорией, а предложил практические способы превращения холодного и горячего хода процесса в нормальный путем изменения количества вдуваемого воздуха. Он разработал и приспособление, с помощью которого можно было регулировать ход процесса и температуру конвертора.