[转技术帖]日本刀——低温冶炼、锻造和淬火技艺的颠峰之作

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导读:日本刀——低温冶炼、锻造和淬火技艺的颠峰之作 作者:汗青 日本刀,和前面所说的其他三大名刃都有所不同,无论是从材料的获取还是其锻造及热处理技术上看,它都是一种非常独特且个性鲜明的兵器。 自汉代起,中国的各种技术和物品开始不断流入日本,随着越来越先进的钢铁冶炼技术及造刀术的传入,刀剑制造技术在日本经过一定时间的发展后,最终在这个岛国上稳定下来,并发展成独特的日本刀制造体系。即使到现在,其与五、六百年前的日本刀体系也没太大的变化。 说日本刀制造,就不能不说的是制造日本刀的原材料,尤其是其中

日本刀——低温冶炼、锻造和淬火技艺的颠峰之作

作者:汗青

日本刀,和前面所说的其他三大名刃都有所不同,无论是从材料的获取还是其锻造及热处理技术上看,它都是一种非常独特且个性鲜明的兵器。

自汉代起,中国的各种技术和物品开始不断流入日本,随着越来越先进的钢铁冶炼技术及造刀术的传入,刀剑制造技术在日本经过一定时间的发展后,最终在这个岛国上稳定下来,并发展成独特的日本刀制造体系。即使到现在,其与五、六百年前的日本刀体系也没太大的变化。

说日本刀制造,就不能不说的是制造日本刀的原材料,尤其是其中被传说得神乎其神的“玉钢”(Tahamagane),是必须要讲清楚的,只有这样,我们才能进一步了解日本刀的独特之处。

就目前掌握的资料看,学界——主要是日本学界的主流观点,大多认为中国江南一带先进的炼钢技术,约在公元6年左右开始流入日本。之后经过了一千余年的本土发展,再伴随日本遣隋使、遣唐使等带回的中国大陆隋唐刀热处理法的传来,最终形成了制造日本刀所特有的炼钢法和制刀技艺。

中国早期的炼钢术——炒钢法,大致有三种形式,即单室式炒炼、双室式炒炼、串联式炒炼。而从冶炼炉的构造和工艺流程上看,日本在新新刀时期前广泛采用的踏鞴(Tatara)炼钢法,冶炼炉的结构和原理实际上和中国炒钢的单室炒炼法基本就是同一种技术。

但中国在西汉之后,开始使用经过初步冶炼得来的生铁为原料,再以炒钢法获取钢铁原材料,不再使用直接自矿石中取得的块炼铁来锻造刀剑产品。并且中国的单室式炒炼在燃料中逐渐开始使用高温燃料——煤炭。而日本则因为地质和地理环境等问题,一直都以木炭为主要燃料,在很长一段时间内,他们都未使用其它更理想的高温燃料,也未在这方面有大的发展,是以当时的炉火温度最高只能达到摄氏1150度左右,远不能达到摄氏1535度的纯铁熔点,虽说含有杂质的矿石熔点要比纯铁低不少,但在这么低的温度下,铁矿石依然是很难完全融化的。也因此当时的日本人为了获取理想的材料并炼去其中的杂质,在冶炼原材料上使用了表面积远大于大块矿石的砂铁,以求能更好地融化矿石,但同时炼制的时间也变得相当长,常常需要三天三夜甚至七天的不间断熔炼。

只是他们虽然使用的是与中国炒钢单室炒炼法差不多的冶炼炉及制造流程,但因为原料不是生铁,而是铁矿石,之后也没有再行炒炼,所以炼出来的产品还是块炼铁。

这种低温冶炼法炼出来的成品,是一种不规则、通体多孔呈海绵状的块状钢铁,一般称其为“海绵铁”,这和我国古代最早炼制出来的块炼铁,本质上是同一产品。

日本冶炼师们在冶炼时,会先把砂铁放入炼钢炉,然后加入特制的木炭,再开始进行冶炼。由于他们使用的是木炭,而不是煤炭和焦炭,所以温度受到限制,其炉温无法获得大幅度提高,这对钢材的纯度及产生的成材形状和性能,还有最终的用途,都产生了相当大也相当重要的影响。

日本这种踏鞴(Tatara)炼钢法,如果再细分的话,还可以分为两个分支,一种叫鉧押法(Kura),另一种为铣押法(Zuku)。

鉧押法是以砂铁为原料的一种炼钢法,也见于私人小型冶炼。如有些地区会采用一种名为“真砂”(Masa)的砂铁为主要材料,这种产于日本本洲西部的“中国”地区的名为“真砂”的砂铁,要比一般铁矿石所含的锰、磷等杂质少,所以炼制出来的钢材纯度比较高。

按照日本的有关记载,使用这种冶炼法,大约每3400贯(1)砂铁和3400贯木炭,可以炼出300贯钢,400贯生铁和250贯熟铁,其中那300贯钢,就是制造日本刀的主要材料之一“皮铁”(Kawatetsu)的原材料。

(1)贯:日本江户时代的重量单位。1贯=1000匁=10000分。匁旧作钱、泉,依其发音(もんめ)又作目,1匁等于今制 3.759克。

由此可见,日本刀用钢的出产率和产量非常低,共需大约26.7吨的原材料,才能炼制出1吨成品钢,因此即便不计算其中的人工,光是原料成本都是相当高的。事实上,这种冶炼法也确实是一种效率底下比较原始的冶炼法,单纯从生产效率上看,相当不经济,而且对木材的消耗也极其庞大。幸亏日本是个森林资源丰富的多山国家,不然的话,只怕几百年的采伐全国就要被搞成沙漠了。

至于铣押法(Zuku),一般为大型商业冶炼采用,冶炼工场使用的是一种叫“赤目”(Akome)砂铁原料,由于原材料和冶炼方法不同,所以铣押法得到的成品要少些,大约26.7吨的矿石和燃料,只能炼出 0.8 吨可以用于日本刀制造的成品,其产品相当于我们国古代的白口铁,其它成品还有“左下铁”、“庖丁铁”等等。能直接用于制造日本刀的另一主要原材料“芯铁”(Shintetsu) ,就大多来源于这种冶炼法。

这两种冶炼法,事实上其操作原理和流程都比较接近,相对而言,铣押法要略微先进些,这两种冶炼法的产品,日本称鉧铁(海绵铁)和铣铁(即我国古代的白口铁)。

要注意的是,在使用鉧押法冶炼完之后,得到的鉧铁并不是整块可以使用的成品,这是一种大块的品质不均匀的海绵状钢铁制成品,冶炼师需要用大锤把这种钢铁块敲碎,然后将碎块仔细地分门别类,这个时候可以直接将部分材料拿去制造日本刀,也可以进一步加工冶炼,分别得到玉钢、破面、铁滓、左下铁、庖丁铁等各种成品料再予以分别使用。这其中,可以用来制造日本刀的原材料一般不超过三种。

事实上,日本的这种冶炼技术,从科技进步角度看,是相当落后的。

综合日本本土学者的研究成果,比较一致的的观点是,日本本土冶炼技术发展大约分四个阶段,其冶炼方式、场所及刀匠使用材料之间的关系如下(其中说的高温炉,是指与之前的温度比,而并非冶金业所指的高温炼炉):

一,原始低温野炉(自然通风)时期。这一时期大量的是私人小规模冶炼,成品为鉧铁,也就是海绵铁,作成以后需要刀匠将鉧铁拆分后使用,上古刀基本都是这一形式的产品。

二,初期低~中温炉(吹子)时期。这一时期为私人及零散商用小规模冶炼,产品为鉧铁和铣铁,依然需要刀匠拆分后使用,这一时期为上古刀到古刀期。

三,中期高温炉(踏鞴)时期。这一时期开始出现鉧押法大规模商业冶炼,同时产品也多样化起来,其成品有出羽钢、印可钢、千种钢等,刀匠们开始大规模使用半成品钢,也就是玉钢锻造刀剑。这种造法成为普遍形式,是自庆长新刀起及之后。

四,后期高温炉(天秤鞴、大胴)时期。这一时期刀匠们使用的主要材料,大多为大规模商业冶炼出来的各种成品钢(造、粒、顷钢)及玉钢,新新刀时期刀产品基本都是在这一形式下制造的。

实际上,日本从十六世纪才开始研究用煤炭的量产冶炼高炉,到两个世纪后的1873年,正式完成使用煤炭的高温反射式精炼炉的研发,因此新新刀时期有相当部分日本刀是采用冶金业概念上的高温炼炉的产品制造的,而传统冶炼法则日趋式微、几近绝迹。也因此水心子正秀才会发起日本刀复古运动,最后成功地将传统低温冶炼和锻造法保留至今,并将传统日本刀要使用传统冶炼和锻造这一概念也基本固定了下来。

值得注意的是,在上述前两个时期里,刀匠们使用的原材料中,有相当部分是外来钢铁产品,即日本所谓的“舶载铁”,品种主要是中国的炒钢、灌钢产品,也有部分印度钢和南蛮铁(主要为欧洲产品,也有部分是中国产品,南蛮铁这个概念其实是个很不精确的称谓)等等。而后两个时期的刀匠们虽然主要以本土产的钢铁原料为主,但上述的这些外来钢铁产品,自上古刀到新新刀时期,日本刀匠们是一直都有使用的,不过是数量多少而已。

海绵铁这种比较原始的冶炼产品虽然有很多缺点,但也有一个特殊之处,那就是可以同时炼出钢和生、熟铁。

在中国,因为这种块炼铁产品所含的杂质较多同时又成分复杂,使用很不方便,所以最后被逐步淘汰。

而日本的刀匠们,因为燃料和一些其它原因的限制,在无奈之下只能最大程度地去利用这种特性,他们因此开始将不同成分的材料运用于刀具的不同部位上,同时不断改进锻造技术,从而找出了一种几乎可说是使用这种成分复杂的原始块炼铁的最好方法,并一直流传至今,最后甚至将其发展到了如果不是使用以这种方法获取的原材料制造的刀,就不是传统日本刀的地步。

不得不说,日本人性格中那种无论什么都力图极致和完美的精神,在这里起到了极大的作用。

用低温锻造技术制造的产品,最关键的是它在经过热处理后,能够拥有日本人努力追求的那种变化多端而又美丽的地铁和刃文。可以这样说,日本刀自原材料的获取到其打造成形的过程,是一种把低温冶炼和锻造、热处理技术都发挥到了极致的工艺。

然而这种制造方法的缺点也是明显的,那就是成本相当高昂,并且由于材料性能和制造过程的特殊性导致很不容易控制成品形状,这使得其对锻造工艺的要求非常高,期间全靠个人经验,因此非常不容易普及,想要成为一名合格的刀匠,其过程非常长也非常困难。

举个很简单的例子,日本刀弧度的产生,就与一般刀具完全不同。

使用高温炉锻造,钢材更易被打造成需要的各种形状,这是它的优点之一。世界其他地区的兵器,尤其是刀剑,其弧度基本都是打造出来的,而日本刀则不然。

日本刀弧度的形成,绝大部分原因是因为使用不同成分材料合成的刀身,其各部位张力不一样、在淬火时收缩比也不一样而自然形成的,并非全是直接打造出来的。所以日本刀会在淬火之后,采取回火工艺,这种回火对材料本身的硬度、强度和韧性改变不大,主要作用地是为了避免淬火形变及烧刃时因高温产生的内应力,一般回火温度在200度左右,如果温度过高,会出现不可逆的第一类回火脆性导致品质大幅度下降而成为废品。

回火的重要性,我有个具体事例可以很直观地证明。

有次我造了一柄小直刀,做完敷土烧刃后,因为有其它事,就先放下了,再后来不知怎么地大家都忘记了回火这事,直接进入研磨程序。

结果是我们的研磨师郑晓重在研磨的过程中,刀刃区的内应力开始表现出来。一天半夜,郑晓重给我来了个电话,说他在研磨刃尖部位时,发现了一个致命损伤——刃切。

就这么这一点点疏忽,导致了这件作品彻底报废。

另外,折叠锻打的时间长短和次数,会影响到含碳量,由于这一原因,传统日本刀的“折返锻炼”工艺有着相当严格的次数限制。

在古代,是没有任何仪器可以得到“折返锻炼”次数对含碳量影响这一数据的,因此这一过程的掌控只能依赖于经验和技术,掌握最合适的“折返锻炼”次数,是一名优秀刀匠所必须掌握的经验和技能。

所以这种制造工艺,对制造者的经验和技术要求变得非常高。尤其在钢铁折叠次数有严格限制的情况下,制造者必须在一定时间和折叠锻打次数内,获得自己所需要的刀身状态,此刻刀匠眼中直接看见的并非是最终的成品形状,真正的成品形状必须在淬火之后才能看见,所以光是这一段工艺流程内对制造者的经验和技术要求之高,就已相当苛刻,由此可见打造日本刀所需的技艺之高。

也因此在日本刀制造中,以独特的踏鞴低温炼钢法炼制的原材料获得,是至关重要的。而要使用踏鞴低温炼钢法得到这些特定的材料,又需要日本一些特定地区生产的、成分比较特殊的如“真砂”和“赤目”这样的铁砂。日本刀匠们正是在长期使用这些低温炼钢产品的过程中,依据经验掌握了最合适的使用方法,最终形成了自己独特的锻造体系,所以想要以日本传统技术制造出真正传统意义上的日本刀,特定的原材料和踏鞴炼钢法是很重要的两个基础条件。

这也是日本刀能独步世界,与“乌兹”、“大马士革”、“克力士”等制刀系并列,成为世界上一大独立制刀体系的重要原因之一。

基于以上所述的这些原因,严格地来讲,并非凡是出产于日本、形状符合传统武士刀标准的刀,就可以叫“日本刀”的。真正可以称为“日本刀”的作品,有其特殊的要求和含义在内。

传统意义上的日本刀,除了要符合形制和其他方面一些硬性标准外(如区别“太刀”和“刀”等这些种类的传统定性标准),最基本的几条就是——如果它使用的不是以传统冶炼手法得到的日本刀原材料、不是采用传统炼炉打造、不是采取传统的热处理淬火工艺,那么不管其他标准符合与否,都不能算是真正传统意义上的“日本刀”。

换句话说,如果你拿高温冶炼得到的成品钢材去打造一把刀,哪怕形制和工艺都没问题,日本人也不会承认这是日本刀的。

例如在第二次世界大战中,日本军国主义分子曾使用现代工艺,使用高温炼炉及现代钢材大量生产军刀,这种其使用现代高温成品钢原料以大工业流水工艺量产的刀,一般都按标记型号被直接称为“XX式军刀”,如九五式、三二乙等,日本人则称呼其为“Gunto”,以区别于传统意义上的日本刀。值得注意的这其中一些型号的特注型,以及相当部分的九八式军刀,是以传统日本刀刀条加装军刀外装的,有相当部分是古刀、新刀、新新刀,并非机制刀。

这种新造机制量产军刀,在日本人看来其本身不具备艺术和文化价值,只有历史文本价值,所以按照当代日本法律,这类刀概属要销毁的违禁物品,不属文物范畴,一旦发现将直接切断进行销毁。而在日本刀业界和流通领域(譬如古董刀商店)及真正的日本刀收藏者中,这种量产军刀俗称之一就是“铁棒”,于此可略见大家对其所持的态度。

不过收藏日本军刀的绝大部分收藏者,都是因为看重其文物意义而进行收藏,如在中国民间及各种博物馆内,就有不少此类藏品。位于我国首都北京的中国军事博物馆内,就有着相当数量在抗战时期缴获日本军刀藏品,其中尤以许世友将军的藏品为最,经常展出的就多达十数柄,其中不乏日本古代名刀,当然也有九五式、三二乙等“模造刀”。

这些从日本侵略军手中缴获来的军刀,是中国人民坚苦卓绝的八年抗战的见证,具有重要的历史见证和教育意义。

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4楼 大狗大狗
此类帖子可以多一些,这才是军坛应该有的重磅好贴!!
谢谢!我也有同感,现在铁血里吵架帖太多,技术帖太少。让我们共同努力,改改铁血的面貌。虽然自己没能力写,多转些技术帖也是好的。

受教,多谢楼主,小小建议,如果能配些相关插图,做到图文并茂就更好了

至今日本还保留着一些这样的师傅,带领着徒弟在山区从事传统日本刀技艺,不为别的,就为了传承,不让失传了;带徒弟都是从12~16岁开始,人品选择很重要的;他们从选铁矿石开始,直到能打出1把让师傅满意的刀出师未知,没有低于20年的,也就出师就得四十岁左右了;

包括吃喝都和城市的不同,就是为了保证体力以及蒸发的汗液不同(感觉有点玄乎)

选矿石后用人力推车弄到冶炼场,包括木炭的制作都特有讲究,然后开炉的时候还得祭天等仪式,很迷信?然后做出刀后得叫啥试血?(具体名字忘了)反正就是拿动物杀掉叫见血,咱不太懂;

一把刀要经历5~6年过程,期间一道工序不行,这把刀就废了,都凭借经验,好的师傅能做10把刀7把合格就很牛逼了,据说那个老师傅的几代师傅做过10把刀合格9把的奇迹;

带的徒弟都得和父母签协议,政府给补贴,师傅待遇很好,就是很寂寞(一辈子献给刀了),徒弟在大的时候允许结婚回家2个月,其余时间都在山上;

很佩服日本人的韧劲,我国由于文明久远,失传了,再说谁折腾这个,没钱赚

真正了解一下日本刀,多谢科普,顶起来!!

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