Персидская хромированная сталь оказалась на 1000 лет старше европейской

Ученые доказали, что хромированную сталь научились ковать в Персии еще в XI веке. До сих пор считалось, что эксперименты с добавлением в состав стали хрома начались в конце XVIII века, а массово производить ее начали только в начале XX века. Статью с результатами исследований ученые опубликовали в Journal of Archaeological Science.

Железный век начался приблизительно на рубеже II-I тысячелетий до нашей эры, причем в разных регионах Евразии в разное время. В одних железные изделия стали вытеснять бронзовые еще около 1200 года, в других — только к середине первого тысячелетия. Но железо само по себе было слишком мягким: металл становится твердым при насыщении углеродом. Железо с высоким содержанием углерода (от 0,2 процента до 2,14) называется сталью, с еще большим — чугуном.

Насыщать железо углеродом научились двумя способами. Первый — тигельный, второй — сыродутный. Развитие металлургии шло в разных регионах неравномерно и разными путями. В Китай железное дело пришло поздно, но зато люди там очень рано — еще в середине первого тысячелетия — научились выплавлять чугун, который в Европе станет известен только в Новое время, с появлением доменной печи. И если в Европе распространился сыродутный способ получения стали, то в Индии и Средней Азии, наоборот, совершенствовали тигельную технологию. 

С другой стороны, и в индийских, и в кельтских преданиях сохранились схожие описания получения высококачественной стали: металл измельчали в стружку и давали съесть гусям. В желудках птиц он проходил обработку сильными кислотами и щелочами, которые приводили к коррозии слабых элементов. Потом помет собирали и получали высококачественную сталь.

Выплавка стали делала железо из мягкого твердым, но очень ломким, поэтому для изготовления оружия этот металл все равно подходил плохо. Но люди научились соединять свойства железа и стали. Сыродутный способ не позволял довести металл до жидкого состояния, поэтому в Европе делали оружие композитным. Для этого в центре помещалась пластина из мягкого железа мало насыщенного углеродом, а внешний слой делали из двух пластин твердой стали, потом пластины проковывали, причем в случае с дорогими мечами — не один раз, полученный лист снова обкладывали двумя листами мягкого железа и проковывали еще раз. 

Первыми в Европе эту технологию освоили кельты, и в античную эпоху кельтские мечи ценились очень высоко. Затем ее заимствовали у них римляне. С начала раннего Средневековья, однако, больше всего ценилась восточная тигельная сталь. В Индии научились доводить железо в тиглях до жидкого состояния и создавать высококачественные сплавы — в Европе этому научились только к XVI веку. Зато индийский рецепт быстро освоили в Средней Азии и Иране: производимая там персидская сталь называлась «пулад».

Изучая сочинения арабских ученых, Рахиль Алипур (Rahil Alipour) из Университетского колледжа в Лондоне и ее коллеги обнаружили несколько упоминаний о знаменитом «пуладе» из Чахака, поселения на юге Персии. К этому времени местонахождение Чахака было известно, но раскопок там не проводилось — сегодня это просто небольшая деревня в Иране. 

Исследователям удалось найти следы мощного металлургического центра с фрагментами тиглей, большим количеством шлака и одной заготовкой-болванкой. Исследуя находки под микроскопом, они обнаружили в стали молекулы хрома, марганца и фосфора. Фосфор и марганец в стали встречаются часто, еще с древности, а вот хромированную сталь научились изготавливать только в начале XX века.

Для качества стали была важна не только технология насыщения углеродом. Дело в том, что в металле всегда присутствуют примеси: одни повышают полезные свойства металла, другие — наоборот. Сталь с примесью называется легированной. Названий химических элементов в те временами еще не знали, но опытным путем выясняли, что железо, добытое в одном месте, подходит для оружия лучше. Например, то самое метеоритное железо, из которого орудия делали еще в каменном веке, легировано никелем, и именно благодаря ему обладает прекрасными свойствами для изготовления оружия и инструментов. 

Ученые решили выяснить, попал ли хром в состав стали случайно, в качестве примеси, или был добавлен намеренно. До этого было известно только то, что хром использовался в арабском мире как пигмент лака для керамики. Изучение шлака и фрагментов тиглей показало, что первоначально в железной руде хромовых примесей не было.

В рецепте, приведенном арабским ученым аль-Бируни в книге «Свод сведений для познания драгоценностей», был загадочный ингредиент «русахтадж», что буквально значит «обожженный». Приходится учитывать, что арабский ученый писал на самом деле не инструкцию (его читатели не были ремесленниками), поэтому терминология его была путаной, а некоторые детали, вероятно, недостоверны. 

Тем не менее, этот «русахтадж» упоминается только в сочинении аль-Бируни, а хромирование стали неизвестно больше нигде, кроме Чахака. Поэтому ученые заключили, что за этим словом скрыто что-то, связанное с хромом. Вероятнее всего, это хромистый песок черного цвета: к нему слово «обожженный» подходит как нельзя лучше. Следовательно, персидские металлурги сознательно легировали сталь хромом на 1000 лет раньше, чем это научились делать в Европе. 

Сегодня сталь с таким содержанием хрома считается инструментальной. Правда, в чахакской стали было слишком высокое содержание фосфора, что делало ее слишком хрупкой, но как раз фосфор, по мнению ученых, попадал в сплав, скорее всего, ненамеренно.

Результаты исследования помогут правильно идентифицировать и датировать предметы. Раньше находки средневековых артефактов с высоким содержанием хрома, сразу наводили на мысль о подделке, и их не могли правильно атрибутировать.  

Весной мы рассказывали, как ученые экспериментировали с бронзовыми мечами: в полевых условиях они определили, как могли появиться 14 типов разных вмятин и зазубрин.