Первая треть XIX века. Металлургическая промышленность Российской империи развивается как никогда бурно. Но по существу завод отличается от кузни разве что масштабами. Мастера творят практически вслепую, передавая из поколения в поколение некоторые «секреты», объяснить природу которых порой сами не могут.
Как и почему происходят те или иные процессы в материале? Что, с точки зрения строения вещества, происходит с металлом во время закалки стали, литья, ковки? Между тем, массовое производство машин требует качественного металла. Необходим рывок в науке — чтобы вооружить производство новыми технологиями.
Закончив Санкт-Петербургский технологический институт, он сменил немало профессий — был и механиком Петербургского монетного двора, и помощником библиотекаря и хранителем музея Петербургского практического технологического института, и инженером сталелитейного завода, и геологом-разведчиком месторождений каменной соли в Бахмутском районе на Донбассе. Его научные работы предвосхищали развитие целой отрасли на несколько десятилетий вперед, а обнаруженные им залежи каменной соли имели промышленное значение. По возвращении из Донбасса в Петербург изобретатель и металлург Дмитрий Константинович Чернов работал в Морском техническом комитете, а с 1886 года исполнял обязанности и главного инспектора Министерства путей сообщения по наблюдению за исполнением заказов на металлургических заводах.
Его исследования 1868 года положили начало современной металлографии: Чернов определил критические температуры, при которых в результате нагревания или охлаждения стали происходят фазовые превращения; их так и назвали — «точки Чернова».
График температурь «точек Чернова».
«Точки Чернова» были определены по цветам каления стали. Точка «a» (примерно 700°C) — темно-вишневое каление — минимальная температура, при которой можно закаливать сталь. Если сталь нагревать ниже точки «b» (примерно 900°C), она не изменят свою кристаллическую структуру. Точка «c» — температура плавления стали. Спустя 10 лет была определена точка «d» (примерно 200°C) — температура, до которой нужно охладить сталь для ее закалки.
В середине XIX века для производства стали — стратегически важного металла для Российской империи — использовался метод бессемерования, названный по имени первооткрывателя — англичанина Генри Бессемера. По этому методу сталь получали в сталеплавильных агрегатах-конвертерах. В них жидкий чугун продувался воздухом или кислородом. Примеси, содержащиеся в чугуне, окислялись, и он превращался в сталь. Однако для выплавки полноценных бессемеровских чугунов были необходимы чистые железные руды, которых в природе не так много.
Конвертерный способ получения стали. а — Схема конвертера. б — Завалка лома. в — Заливка чугуна. г — Загрузка извести. д — Выпуск стали. е — Слив шлака.
В 1870-х годах Дмитрий Чернов серьезно исследует конвертерный метод литья стали и предлагает способ, при котором можно использовать малокремнистый чугун, непригодный для метода Бессемера. Оказалось, что если перед конвертерной продувкой жидкий чугун подогревать в вагранке, то в итоге получится качественная сталь. Спустя несколько лет именно этот «рецепт» будет широко применяться не только на русских, но и на зарубежных заводах: в отличие от метода Бессемера он позволял работать с большим разнообразием сырья. Кроме этого, бессемеровский метод не давал возможности полностью очистить чугун от вредных примесей серы и фосфора, которые переходили в сталь. Еще одна находка Чернова: он предложил применять для продувки жидкого чугуна в конвертере воздух, обогащенный кислородом.
РАБОТЫ ЧЕРНОВА ИМЕЛИ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ: МЕТАЛЛУРГИЯ ПРЕВРАЩАЛАСЬ ИЗ МАГИИ В НАУКУ.
В 1900 году на Всемирной выставке в Париже во время заседания комиссии экспертов-металлургов директор крупнейшего металлургического завода Франции Поль Монгольфье поднялся на трибуну и сказал:
«Считаю своим долгом публично заявить, что наши заводы и все сталелитейное дело обязано настоящим развитием и успехом трудам и исследованиям русского инженера Чернова. Приглашаю выразить ему признательность от имени всей металлургической промышленности».
Высокие гости — маститые ученые, крупные промышленники поднялись со своих мест. Аплодисменты не стихали несколько минут.