Средневековое железо, склонность к выживанию и современная металлургия
Когда вы слышите, что «Современная сталь является одноразовой по дизайну», ваши уши навостряются, так как вы только что уловили безошибочный оттенок искусственного романтизма наряду с флюидами «утраченных древних технологий». Хотя иногда случается, что мы действительно теряем что-то важное, как, например, в случае с древнеримским бетоном, который, как оказалось, обладает свойствами самовосстановления в результате так называемого горячего перемешивания, это, безусловно, исключение.
Мы чуть не потеряли эту технологию из-за технологического и научного пожара, который стал прелюдией к тысячелетнему мраку, охватившему Европу: его называют Темными веками, Средневековьем, а также средневековым периодом средневековья. Таким образом, когда вы натыкаетесь на слайд-шоу с синтезированным монотонным голосом за кадром, в котором делается смелое заявление о том, что средневековое железо каким-то образом было лучше, а сегодняшняя металлургия хуже и предназначена для разрушения, вам действительно приходится кривить душой. Многочисленные исправления в разделе комментариев еще больше усиливают ощущение, что это скорее выдумка, чем факт.
Одно из утверждений заключается в том, что плавильная печь превосходит доменную печь благодаря полезным добавкам к чугуну. Учитывая, что видео ссылается на свои источники, оно, по крайней мере, достойно того, чтобы погрузиться в реальную науку. Действительно ли современное железо и сталь настолько некачественны и одноразовы?
Железный век
Железный серп и плуг династии Хань. (Автор: Гэри Тодд, Викимедиа)
Железный век определяется как момент, когда цивилизация начинает массово производить инструменты и оружие из переработанной железной руды, а не просто использовать найденное в метеоритах железо. Это важный технологический момент, поскольку для выплавки чугуна необходима печь, способная поддерживать температуру около 1250 °C. Переход от более простой в обработке бронзы к более качественному железу произошел между 1200 и 1100 годами до нашей эры в Европе, а также в большей части Азии, в частности в Индии и Китае.
Переработка железной руды с целью получения любых возможных видов железных сплавов может осуществляться различными способами, при этом на протяжении всей истории наряду с доменными печами широко применялось прямое восстановление путем плавки. Последнее стало наиболее распространенным подходом в 20 веке, когда используется двухэтапный процесс, включающий рафинирование в конвертере. Электродуговые печи могут использовать в качестве сырья как чугун из доменных печей, так и металлический лом. Независимо от используемого метода, примеси из железной руды должны быть удалены или доведены до желаемого уровня для получения целевого сплава.
Плавка чугуна в средние века, как показано на «Де ре Металлика» Георгиуса Агриколы, 1556 год (
Чугун — это продукция доменных печей, которая после плавки может быть использована для производства чугуна. Это отличается от кованого железа, которое традиционно изготавливалось из сырья, полученного на фабрике. Это тип металлургической печи, предназначенной для плавки железной руды. При прямом восстановлении с помощью восстановительного газа, такого как монооксид углерода, метан или водород, получают железо прямого восстановления, также называемое губчатым железом, с предполагаемым снижением содержания углерода. Затем это железо может быть переработано кузнецом в изделия из кованого железа. Доменные печи также обеспечивают такое снижение содержания углерода, используя кокс или водород в качестве окислительно-восстановительного агента, но в результате непрерывного процесса содержание углерода в получаемом чугуне составляет 3,8 -4,7% по сравнению с более высокой чистотой чугуна прямого восстановления, что ставит его на уровень из стального лома.
В настоящее время доменные и электродуговые печи являются наиболее экономичным способом производства большого количества стали. Были разработаны современные печи прямого восстановления, которые, хотя и не имеют прямой конкуренции, обладают определенными преимуществами, такими как возможность перерабатывать определенные виды руды, с которыми доменные печи сталкиваются с трудностями.
Тем не менее, Китай, в частности, уделял значительное внимание доменным печам, не прибегая в значительной степени к цветным заводам, а вместо этого используя специальные кузницы для переработки чугуна, получаемого из доменных печей. Используя энергию воды, доменные печи могли производить огромное количество чугуна, что давало Китаю значительное преимущество перед средневековой Европой.
Археометаллургия
Железная колонна в Дели, возведенная около 400 года нашей эры. (Автор: Суджит Кумар, Викимедиа)
Итак, чем же средневековые железные сплавы отличались от сплавов на заре железного века в Европе и Китае, не говоря уже о технологическом буме Древней Римской империи? Неудивительно, что в раннем средневековье (500-1000 гг. н. э. ) в основном наблюдался резкий спад в горнодобывающей промышленности и металлургии, который начался только в эпоху Высокого средневековья (11-13 вв. ), когда началось восстановление, а в позднем Средневековье произошел мощный толчок к инновациям. Однако это был нелегкий период, поскольку голод, войны и эпидемии продолжали разрушать экономику и население. По сравнению с относительным миром и структурированным обществом римских времен, ситуация не могла быть более иной.
Изучение металлургии в историческом контексте называется археометаллургией, которая фокусируется на наблюдаемых свидетельствах, таких как шлак и подобные остатки, оставшиеся в бывших печах и кузницах, а также на найденных металлических артефактах. Этот последний аспект найденных артефактов заслуживает внимания, поскольку к ним относятся железные предметы, которые часто оставались погребенными в течение сотен, если не тысяч лет. Это чревато предвзятостью в отношении выживания, поскольку мы не восстанавливаем железные артефакты, которые проржавели, а также те, которые были брошены в печь вместе с другим металлоломом. Железный столб в Дели — один из таких примеров. Этот шеститонный гигант высотой 7,21 м привлек к себе значительное внимание благодаря отсутствию коррозии, несмотря на то, что более тысячи лет подвергался воздействию стихий. После изучения этого столба и других образцов индийского чугуна, относящихся примерно к той же эпохе, было установлено, что уровень фосфора (P) влияет на образование коррозионно-стойкого гидратного слоя, что кратко изложено в статье Р. Баласубраманьяма, опубликованной в 2000 году в журнале Corrosion Science. Однако это относительно тонкий и хрупкий слой. До того, как была установлена защитная решетка, на этот слой воздействовали постоянные прикосновения посетителей, что объясняет, почему его дно довольно ржавое. Однако это подчеркивает важность пассивирующего элемента в сплавах железа, который обеспечивает определенный уровень коррозионной стойкости за счет предотвращения или замедления процесса окисления. Это, в сочетании с такими факторами окружающей среды, как сухой воздух и низкое содержание кислорода, может быть ключом к долговечности железного предмета.
Испанская средневековая позолоченная шпора. 13-й и 15-й века, найденные (а) и сохранившиеся (б) (Фото: Марко Венеранда и др. , 2016)
В случае современной нержавеющей стали пассивация обеспечивается главным образом за счет хрома, который помогает формировать защитный слой. Поскольку железные сплавы времен доиндустриальной революции, как правило, содержали значительное количество шлака и других загрязняющих веществ, это создавало достаточные возможности для формирования такого пассивирующего слоя.
Хороший предмет для изучения, когда речь заходит о средневековом железе, можно найти в сохранившихся средневековых сооружениях, которыми в основном являются церкви и соборы. Они имеют железную арматуру, которая подвергается воздействию различных сред, начиная от сухого климата в помещениях и заканчивая условиями, более благоприятными для коррозии. При исследовании этих железных прутьев на чердаке собора Бурж 13-го века, в том числе сломанного, было обнаружено, что они сильно проржавели и что даже эти прутья, используемые в основном для внутренних работ, нуждаются в специальных методах консервации, чтобы со временем они не вышли из строя.
Во время раскопок в средневековом некрополе в Испании была обнаружена позолоченная шпора. Это было использовано для экспериментального археологического анализа, чтобы детализировать, насколько сильно истлел этот позолоченный средневековый железный предмет. Хотя слой золота обеспечивал некоторую защиту от коррозии, со временем влаге и кислороду удалось проникнуть сквозь этот слой, и в течение нескольких сотен лет большая часть шпоры разрушилась до такой степени, что она практически развалилась на части.
Современная эпоха
<Хотя есть соблазн презирать современность и предаваться романтике прошлого, которого никогда не было, факт остается фактом: в наши дни у нас есть способы анализировать железо и другие сплавы и манипулировать ими так, как древние римляне и средневековые металлурги могли только мечтать. Хотя они обладали обширными институциональными знаниями, основанными на эмпирических данных, мы можем использовать такие методы, как спектроскопия комбинационного рассеяния света, чтобы исследовать молекулы для определения их идентичности, и электронные микроскопы для выяснения их структуры.
Что касается древнеримского бетона, то мы можем с уверенностью сказать, что в некоторых отношениях он лучше, чем бетон, который мы используем со времен промышленной революции, но в этом случае трудно не заметить свидетельства существования римских бетонных сооружений, таких как древние дамбы и Пантеон в Риме. не обращая внимания на стихии и погоду последних двух с лишним тысяч лет.
Что касается чудесного древнего железа, то в нем определенно есть несколько странностей, таких как некоторые виды индийского железа, и, используя современную металлургию, мы определенно должны сделать все возможное, чтобы понять материаловедческие основы их долговечности. Тем не менее, современная металлургия уже довольно хороша. Если ваши инструменты ржавеют, или ваш автомобиль из нержавеющей стали приобретает неприятный оранжевый оттенок, вам, вероятно, следовало выбрать нержавеющую сталь марки 304, а не дешевую нержавеющую сталь серии 200 или 301. У нас есть технология.
Другие статьи: