Металлургия и время - Том 1
.pdf
Предисловие
Дорогие читатели!
На рубеже веков, обращаясь к отечественному и зарубежному опыту, мы не можем не задуматься, каким должен быть современный путь модернизации России? И сегодня, учитывая значительную эволюцию экономических систем, процесс становления нового технологического уклада, ключевым фактором которого признаны нанотехнологии, клеточные технологии и возникновение альтернативной энергетики, мы должны заранее развивать те отрасли, которые окажутся доминирующими. Поэтому одной из важнейших задач развития России и увеличения ее экономической мощи является развитие металлургического комплекса, который, в прямом смысле слова, служит локомотивом отечественной экономики. Отсюда и стратегия развития металлургического комплекса России на основе инновационного обновления отрасли, обеспечивающего повышение ее экономической эффективности и экологической безопасности, ресурсосбережение и конкурентоспособность продукции в условиях вхождения страны в ВТО.
Очевидно, что для обновления требуются «наукоемкие вложения», знания, которые будут рассматриваться лишь с точки зрения их товарной ценности, наука, которая сама станет основной инновацией. В настоящее время, как никогда, необходимо опережающее развитие фундаментальной металлургической науки, способной повысить надежность и долговечность машин и сооружений при понижении металлоемкости и трудоемкости изготовления.
Мы, представители научно-образовательного сектора экономики - выпускники и сотрудники МИСиС, представляем на суд читателей наш скромный труд, в котором сделали попытку обобщить многовековой опыт и достижения в области металлургии в энциклопедию, ориентированную на широкий круг читателей. Мы рассчитываем, что такой подход к истории сможет заинтересовать школьников, стать незаменимым пособием для студентов, а также помочь в работе специалистам.
В Московском институте стали и сплавов, удается сохранять технологические традиции российских мастеров металла, объединять их с фундаментальными научными достижениями металлургии и материаловедения, способствовать научно-технологи- ческому прорыву России в XXI в. Мы знаем свои корни. Они уходят в глубь истории, во времена Петровских реформ, когда лучшие умы отечественной горнометаллургической науки и практики концентрировались в Санкт-Петербургском горном институте, во времена создания первых горнозаводских школ и училищ, во времена М.В. Ломоносова, основавшего первый Российский университет, опираясь на опыт германских коллег. Неоценима роль и других российских университетов, в первую очередь политехнических институтов, в формировании фундаментальной металлур-
гической науки.
На памятнике надпись:
«М.В. Ломоносов
(1711-1765)
Студент во Фрайберге
1739/40 Российский энцикло-
педист, естествоиспы-
татель и поэт»
Бюст изготовлен на кафедре «Техноло-
гии литейных процес-
сов» НИТУ «МИСиС»
12
Открытие памятника М.В. Ломоносову 17 марта 2010 года в г. Фрайберг, Герма-
ния (слева направо):
Садовничий
Виктор Антонович,
ректор Московского
государственного
университета
Майер Бернд,
ректор Фрайбергской
горной академии
Ливанов Дмитрий
Викторович, ректор
НИТУ «МИСиС»
13
Современные информационные технологии дали нам возможность использовать материалы из архивов университетов и библиотек, многочисленных источников Интернета, в том числе зарубежных, до настоящего времени не опубликованных в России. На страницах книги представлен большой иллюстративный материал, приведены редкие факты и описаны события, которые определили вид и структуру современной индустриальной цивилизации. Популярно изложены ключевые моменты развития металлургии, рассмотрены социальные, политические, экологические и другие объективные и субъективные обстоятельства появления изобретений и открытий в области метал-
лургического искусства.
В ближайшем будущем сохраненится и упрочится ведущая роль металлов и материалов, функциональность конструкций и изделий из которых заключается в возможности их полной переработки в качестве вторичных материалов. При создании изделий нового поколения отчетливо проявляется тенденция интегрирования инновационных материалов; при этом сталь становится все более востребованной, потому что в наи-
Голубев
Олег Валентинович
Коротченко
Наталия Ариановна
14
Карабасов
Юрий Сергеевич
Черноусов
Павел Иванович
большей степени отвечает критериям функциональности и прочности. Современная сталь – это «дизайновый» материал, который победит в самой жесткой конкуренции любые материалы.
Уже сегодня для разработки новых материалов и их сочетаний используются знания о том, что происходит в них на атомарном (нано-) уровне. Новые металлургические технологии начинаются с того, что на основе квантовой науки создаются новые конфигурации материалов, а в виртуальной среде проектируются композиты с революционными свойствами и техническими характеристиками.
Профессия металлурга, материаловеда становится все более востребованной. Она опирается на тысячелетний фундамент, заложенный мастерами и учеными, уникальными специалистами своего дела – творцами металла. Мы рассчитываем, что своим трудом будем способствовать привлечению в металлургическую индустрию талантливой молодежи, которая сохранит имидж России как ведущей мировой металлургической державы.
15
Введение
Колыбель индустриальной
цивилизации
Вторая половина прошедшего столетия отмечена появлением и бурным развитием принципиально новых методов исторических исследований. Практическая археология, сравнительная лингвистка праязыков, историческая этнография и иммунология, глубокий математический анализ текстов старинных рукописей и описываемых в них астрономических событий дали возможность реконструировать древнюю эпоху в истории человечества, когда были заложены основы современной технической цивилизации.
Исследования последних десятилетий, особенно с применением
методов практической археологии, позволили по-новому оценить влияние техни-
ки на социально-политическую историю общества, более четко проявить его технократический характер. Многие исследователи обращают внимание на то, что именно памятники техники наиболее точно отражают сущность исторической эпохи и позволяют построить ясную хронологическую картину развития цивилизации. Металлургия, являющаяся основой современной индустрии и поставляющая орудия труда и инструменты для других отраслей техники на протяжении последних пяти тысячелетий, естественно занимает в этом процессе особое место.
Интерес для современных историков и археологов представляет так называемая «эпоха раннего металла», охватывающая временной интервал между 10-м и 3-м тысячелетиями до н. э. Этот период (или его начальную фазу – 10–6-е тысячелетия до н. э.) также называют неолитической революцией – переворотом в производстве первобытного общества, который был связан с переходом от присваивающего хозяйства к про-
изводящему и привел к созданию цивилизации Древнего мира.
Термин «неолитическая революция» предложил в 1949 г. английский археолог Гордон Чайлд, по аналогии с общепринятым к тому времени понятием «промышленная революция». В настоящее время неолитическая, промышленная и научно-техническая революции рассматриваются в качестве основополагающих принципиальных преобразований в истории мировой экономики. В терминах «промышленная революция» и «научно-техническая революция» заложено указание на основные черты произошедших изменений – соответственно превращение промышленности в главную сферу экономики и повышение роли науки в развитии индустрии. В отличие от них термин «неолитическая революция» указывает на эпоху, когда произошли революционные преобразования, но не раскрывает их сущности. Это связано с тем, что об основном содер-
жании неолитической революции дискуссии продолжаются до сих пор.
С позиций истории техники важнейшими событиями эпохи неолита являются начало изготовления составных орудий труда, что означает формирование конструкционного (по сути, инженерного) мышления, и освоение термических технологий – гончарного и металлургического производства. Важно отметить, что экономика
производящего типа четко обозначила границу начала неравномерности в развитии
16
различных культур нашей планеты. Следует признать, что с точки зрения современного индустриального общества исторический путь не освоивших металлургию человеческих сообществ оказался, по существу, тупиковым. Не перешагнув «металлический порог», они не смогли приблизиться к уровню современной цивилизации.
Особая роль металлов в эпоху, непосредственно предшествовавшую Древнему миру (т.е 5–3-е тысячелетия до н. э.), позволяет археологам выделять для этого исторического времени так называемые металлургические провинции – территории, которые характеризуются единым уровнем освоения металлургических технологий при разной степени культурного и социально-политического развития общества. Таким образом, в современной исторической науке металлургия рассматривается в качестве своеобразного «надкультурного» феномена, наиболее точно отражающего общий уровень развития цивилизации.
Металл оказался важен для человека не только как материал для изготовления орудий труда и инструментов. Металлургия стала той основополагающей технологией, которая позволила осуществить синтез новых, искусственных, техногенных и практически неизвестных природе материалов, которые можно получать только с помощью термических и химических процессов. Именно металлы сыграли роль объекта, при изучении которого возникло понятие о веществе и его превращениях. На основе исследования металлов, особенно ртути и свинца, родилась идея превращения веществ. Металлургическое искусство не только рождало средства удовлетворения жизненных потребностей человека, но и пробуждало его разум. В итоге металл стал той мировоззренческой категорией, осознание которой позволило построить законченную картину окружающего мира. Особенно ярко это выражено в китайском учении о пяти стихиях – земле, воздухе, воде, огне, металле (только последний имеет техногенное происхождение) – и античной философии, благодаря которой и появились термины «металл» и «металлургия», которые в данном контексте следует рассматривать как философские категории.
17
Глава 1
Истоки рудной металлургии
Когда варвар, продвигаясь вперёд, шаг за шагом, открыл самородные металлы и научился плавить их в тигле и отливать в формы, когда он…создал бронзу, и, наконец, когда ещё большим напряжением мысли он изобрёл горн и добыл из руды железо – девять десятых борьбы за цивилизацию было выиграно.
Генри Льюис Морган
Каменное орудие
эпохи палеолита
Втечение многих тысяч лет изделия из
камня были основными орудиями, которые исполь-
зовал человек. Мастера, обрабатывавшие камень, подобно скульптору угадывали в нем новое качество и, отсекая лишнее, производили необходимый предмет. Однако древний человек, по существу, лишь воспроизводил природные процессы, разрушая горные породы. Конструирование изделий, которое осваивалось в течение нескольких тысяч лет, потребовало развития пространственного мышления и выработки принципиально новых навыков изготовления составных, из нескольких деталей и соединительных элементов, орудий труда. Но и в этом случае перед глазами мастера был исходный материал природного происхождения. Даже в процессе освоения производства керамики имитировались естественные процессы обжига глины в пламени костра. Изготовление изделий из рудного металла – технология революционная, технология, которую невозможно было «под-
смотреть» в природе! Это первая в истории цивилизации полностью искусственная технология. Каким же образом человек научился получать и обрабатывать металлы? Рассмотрим современную версию этого удивительного процесса.
Почему это актуально?
Что общего у панциря омара и «суперстали» ближайшего будущего? Ученые установили, что хитиновая основа панциря, состоящего из углерода, водорода и азота, пред-
Люди эпохи палеолита жили немногочисленными первобытными сообществами и пользовались лишь оббитыми каменными орудиями, не умея ещё шлифовать их и изготавливать глиняную посуду – керамику.
18
ставляет собой сотовую конструкцию из полимерных кристаллов с размерами порядка нанометра, свободное пространство которой заполнено протеином. Это позволяет материалу одновременно и плавать в воде, и иметь прочность выше, чем у многих марок стали специального назначения. Остается изучить и применить природную технологию на практике. Итак, анализ природных процессов и конструкций – ключ к успеху инновационных технологий XXI в. Однако этим ключом человек научился владеть в глубокой древности, и освоение металлургических технологий – наглядный тому пример.
Самородные металлы
Неолитической цивилизации предшествовали длительное формирование и медленное развитие использовавшихся человеком орудий труда и инструментов. История первобытного человеческого общества была неразрывно
В эпоху неолита каменные орудия шлифовались, сверлились: развивались прядение и ткачество. Переход к оседлому образу жизни привёл к появлению керамики.
Полированный
каменный топор
эпохи неолита
Глава 1
19
ПредМеты иЗ неоли-
тических Поселений: 1 – костяной гарПун; 2, 4 – креМневые реЗцы; 3, 8 – креМне-
вые наконечники стрел;
5, 10 и 11 – креМне-
вые скребки; 6, 9 – креМневые «Пики»;
7 – облоМок глиня-
ного сосуда
каМенные элеМенты
вкладышевых орудий труда эПохи неоли-
тической революции
связана с камнем. Самые примитивные каменные изделия представляли собой обыкновенную речную гальку, оббитую с одного края. Возраст древнейших каменных орудий датируется периодом около 2,5 млн лет. Важнейшим событием стало освоение кремневых орудий труда. В кремне была впервые найдена и воплощена форма таких ос-
новополагающих для технического прогресса изделий, как топор, серп, нож, молоток. Использование самородных металлов началось, скорее всего, в эпоху мезолита (среднего каменного века), т.е. несколько десятков тысяч лет назад. К этому времени мастерство поиска, добычи камней и изготовления из них не только орудий труда, но и украшений для первобытного человека стало делом обыденным и превратилось в своеобразную индустрию.
Именно в процессе поиска камней, подходящих для изготовления новых изделий, человек и обратил внимание на первые самородки металлов, по-видимому, медные, которые имеют гораздо большее распространение в природе, чем самородки благородных металлов – золота, серебра, платины. Самородную (теллурическую, от латинского слова «теллус» – земля) медь и сегодня находят во многих регионах мира: в Малой Азии, на Индокитае, Алтае, в Америке. До сих пор встречаются медные само-
20