И вновь возник вопрос: годится ли сталь для производства пушек? Посланный для ознакомления с положением дел на иностранных заводах один из высокопоставленных чинов горного ведомства Фелькнер вынужден был констатировать, что на заграничных заводах дело обстояло точно так же, как и на русских: одни орудия выдерживали сотни выстрелов, другие — при первой пробе рвались. Фелькнер из этого сделал вывод, что «идея приготовления крупных орудий из одной стальной болванки должна быть оставлена» — он звал назад, к чугуну и бронзе.

Иначе подошли к этому делу русские инженеры Калакуцкий и Лавров. Они твердо решили дознаться, отчего одни пушки служат безотказно, а другие после первых выстрелов выходят из строя. Единственным исследованием о стали являлось тогда сочинение Аносова «О приготовлении литой стали». К нему и обратились военные приемщики стальных орудий в Златоусте Калакуцкий и Лавров.

Сочинение Аносова навело их на мысль, что причины разрыва пушек надо искать не в химическом составе стали, а в ее физическом состоянии. В своем сочинении Аносов обращал особенное внимание на способы и скорость разливки стали. И уже в одной из первых своих статей — «Проба стальных орудий» — Н. В. Калакуцкий подчеркивал, что на качество стали влияют многие факторы, а именно: скорость отливки, температура выливаемого металла, перерывы литья при задержке подачи тиглей, состав плавильных тиглей, температура нагрева перед ковкой, мощность молота, способ ковки и т. д.

Лавров и Калакуцкий, таким образом, вплотную подошли к решению загадки: «почему рвутся стальные пушки?»

Исчерпывающий ответ на этот вопрос дал Д. К. Чернов, который в 1866 году специально был приглашен на петербургский сталепушечный завод, известный под названием Обуховского.

Еще в студенческие годы Д. К. Чернов познакомился с трудами Аносова — статьей о производстве литой стали и сочинением «О булатах». На Обуховском заводе Чернов лично узнал выписанных из Златоуста мастеров и рабочих-сталеплавильщиков; некоторые из них работали с Аносовым.

Чернов увидел литую сталь, которая производилась по рецептам Аносова — Обухова. Химический состав ее был прекрасный, слитки получались отличные. В поисках причин разрыва пушек Чернов задумал проследить весь дальнейший путь стали. Вооружившись лупой, он стал изучать сталь, из которой отливались пушки. Чернов заметил, что в местах разрушений сталь имела крупнозернистое строение, в то время как на орудиях, действовавших безукоризненно, сталь была мелкозернистой. Химический же состав металла тех и других пушек был одинаковым.

В чем же причины этого, почему одна и та же сталь приобретает разное строение? Нет ли связи между внешним видом стали и ее свойствами; не замечались ли раньше такие явления?

Чернов вновь обратился к трудам Аносова.

В сочинении о булатах П. П. Аносов особое внимание обращал на условия ковки металла.

«Потеря узоров во время ковки, — писал Аносов, — есть порча металла, составляющая вину кузнеца».

Чернов отправился в молотовой цех. Здесь стальные болванки нагревали, ковали, а затем для охлаждения быстро погружали в воду. Тогда еще никаких приборов для определения температуры нагрева не было. Степень готовности болванки определялась на глаз, по цвету. Сталь при нагревании принимала все цвета каления — от темновишневого до ослепительно белого, а затем при охлаждении в воде и на воздухе, с той или иной скоростью, но в обратном порядке, меняла цвета.

Наблюдая эти процессы, Чернов отметил, что при охлаждении темнеющая стальная болванка вдруг ярко вспыхивала, после чего снова начинала темнеть и далее охлаждалась уже равномерно.

Кузнецы замечали эти вспышки давно, но не придавали им значения. Гениальное чутье молодого ученого подсказало ему, что внезапно возникающая в какой-то момент остывания раскаленной болванки яркая вспышка отражает определенный процесс, связанный с изменением состояния стали.

Чернов решил отковать в различных температурных условиях несколько образцов стали, чтобы установить, при каких обстоятельствах в стали образуются крупные и мелкие зерна. Испытания металла, произведенные на разрывной машине, позволили окончательно осветить этот вопрос. Причины разрыва пушек стали совершенно ясными. Больше того, Чернов научился исправлять бракованные изделия.

В результате исследований Д. К. Чернов научно разработал тепловой режим ковки. Он указал, что при нагревании сталь не остается неизменной, а в определенные критические моменты претерпевает особые внутренние превращения, существенно изменяющие ее структуру и, стало быть, свойства. Температуры, при которых происходит внутренняя перестройка стали, Чернов назвал критическими точками.

В 1868 году на трех заседаниях Русского технического общества — 28 апреля, 4 и 11 мая — слушалось и обсуждалось сообщение Д. К. Чернова о «критических точках». Содержание доклада было настолько новым, что вызвало энергичные возражения. Но молодой ученый не сдал ни одной позиции. Свое выступление он закончил следующими словами:

«Вопрос о ковке стали при движении его вперед не сойдет с того пути, на который мы его сегодня, милостивые государи, поставили» 145.

Через много лет после того, как он сделал свой исторический доклад, Д. К. Чернов в беседе с А. А. Байковым и М. А. Павловым рассказывал, по каким признакам он научился определять внутренние превращения, происходящие в металле при температуре, близкой той, которую Чернов обозначил буквой «в».

«Таких признаков, — говорил он, — существует два. Первый проявляется в том, что во время перехода раскаленной стали через точку «в» поверхность ее, накаленная до красного каления, начинает как бы морщиться; это происходит оттого, что легкий слой окалины на поверхности металла начинает растрескиваться и отделяться от металла в виде мельчайших чешуек. Второй признак следующий: хотя температура стали при переходе через точку «в» почти не изменяется и подвергающаяся ковке болванка сохраняет свой красный цвет почти неизменным, тем не менее вид ее поверхности, когда она нагрета выше точки «в», заметно отличается от вида при нагреве ниже точки «в».