По всей вероятности, впервые человек познакомился с железом как с «даром небес»: примерно до 3000 г. до н. э. для оружия и украшений использовали железные метеориты. Лишь тысячу лет спустя начали выплавлять из железной руды загрязненное железо. Высокая температура, необходимая для выплавки железа, не могла быть получена при сжигании дерева или угля; для повышения температуры до 1539°С требовались печи с принудительным дутьем или доменные печи.
В течение многих веков люди получали ковкое железо в простейших плавильных печах. Железо сыграло очень важную роль в развитии многих древних цивилизаций. В I в. н. э. парфяне, жители римской провинции Норик и китайцы уже умели производить мягкую сталь.
Металлургия хеттов
Железная руда в изобилии встречается в виде бурого железняка или болотной руды. Руду сначала плавят, чтобы получить железную «крицу», затем нагревают, проковывают для удаления шлака и закаливают в воде. Процесс повторяют несколько раз и получают железо достаточной прочности для изготовления различных изделий. Такой способ обработки железной руды широко применяли во 2 тыс. до н.э. хеттские кузнецы – первые металлурги железного вежа.
Хеттские кузнецы строго хранили тайну своих методов плавки, но после распада Хеттского государства они рассеялись по соседним странам, и искусство обработки железа стало известно другим племенам и народам. В те времена уже умели выплавлять некоторые виды стали – железа, содержащего до 1,5% углерода. Из этой стали изготовляли предметы с острым режущим краем. Для закрепления наконечников копий и лезвий серпов на деревянных древках и ручках служили трубчатые шейки. В раннем железном веке их отливали в формы. Ко 2-му тыс. до н. э. относится несколько находок железных орудий с шейками из более легкоплавких бронзы и золота (медь плавится при 1083°С, а золото – при 1064°С). Железные мечи были прочнее бронзовых.
Ранний железный век знал и более мирные орудия – клещи, молоты и наковальни для кузнечной работы, а также железные гвозди, которые были значительно тверже бронзовых.
Первые лемехи для плугов, найденные в Палестине, датируются 1100 г. до н. э. Древние греки не знали железных плугов даже в 6 в. до н. э., а плуги с обшитым железом лемехом вошли в употребление только в римскую эпоху. Печи с мехами для принудительной подачи дутья, в которых железо можно было раскалить (но не расплавить), появились на северо-востоке Испании (в Каталонии) за 600 лет до н.э.
Железо в Древнем Риме
Если хеттов можно считать первыми кузнецами, то римляне были первыми рудокопами и горняками. Они добывали руду на очень обширной территории: от Шотландии и Испании на западе до Румынии на востоке.
Естественно, что римляне использовали железо и сталь главным образом для военных целей. Их знаменитые короткие мечи и длинные, почти трехметровые копья и латы, заимствованные из военного снаряжения греков, были чаще всего железными. Позднее римляне стали пользоваться длинными копьями и мечами для метания и железными дротиками для катапульт. Стенобитные орудия с железными наконечниками применялись еще со времен ассирийцев; римляне усовершенствовали эти орудия, снабдив их буравами для разрушения стен и ворот.
Древние греки пользовались железом в строительстве в виде кованых балок. Такие балки служили консолями в Парфеноне, поддерживая тяжелые статуи фронтона Римляне установили Т образные балки в термах Каракаллы как опоры для купола диаметром в 36 м.
Мы мало знаем о развитии горного дела и металлургии в эпоху раннего средневековья. Известно лишь, что саксы добывали руду в горах Гарца еще до 1000 г. н.э. О позднем средневековье сведений гораздо больше благодаря трудам саксонского ученого, известного под именем Агрикола. Его книга «О металлах» (De re metallica, 1556) содержит подробное описание технологии и оборудования горного дела и свидетельствует о том, что оно считалось прибыльным ремеслом.
Задолго до Агриколы железо шло главным образом для изготовления оружия. Начиная с Карла Великого (742-814) формы и типы оружия развиваются как бы заново, почти не опираясь на римские традиции. Много лет спустя родился совершенно новый вид оружия – огнестрельное.
Плавка и литье железа
Плавка железа и литье в формы были теми великими открытиями, которые завершили железный век. Первые доменные печи представляли собой увеличенное подобие средневековых сыродутных печей. Сначала доменные печи работали на древесном, затем на каменном угле – не только топливе, но и источнике углерода, необходимого компонента чугуна. В1711 г. в Колбрукдейле Абрахам I Дерби применил кокс для плавки больших количеств высококачественного чугуна, годного для отливки в литейные формы. Раньше литую посуду, например горшки, могли делать только из латуни. Теперь в каждом доме появились чугунные литые горшки и сковороды. Чугун начали использовать при постройке мостов и железных дорог.