要了解这三种钢材的特性和区别首先要了解其的构成和生产方法,同时还要了解反映到刀剑上的特征,下面就分别对每种钢材的生产和特性分析一下.
『 一 』大马士革钢(乌兹钢):这类钢材最早出现于两河流域及恒河平原北部,其中可考最早始于印度北部.
印度坩埚加工方法:精炼後之铁矿石弄乾燥後,放入经火硬化的小型粘土坩埚内. 以炭火之热量而定出坩埚之尺寸,一般生产出来之铁锭重约一公斤.
把含炭之材料如:麻栗树(teak)、木炭、毛竹及某些特选而他们认为是神圣之植物的叶,例如名(Huginay)及(Tangada)树之果实加入坩埚中.
坩埚是密封的再用炭火燃烧. 印度有最优良之铁矿:在印度坩埚系统用的是最好的铁矿石,印度亦由此而闻名於世.
经人工选用捣碎到粉末状矿石,用淘洗法反复清洗,这样矿石从杂质中分离出来,就像淘金人从其他杂质中分离出黄金的颗粒一样.
虽然波斯人及其他人已经观察了印度铁匠,并对熔化过程亦非常熟识,但因为没有这种净化及含量丰富的铁矿所以始终不能够用这种方法重新生产这种高质钢.
铁矿在坩埚内燃烧之变化:持续加热时间从24到48小时不等,当温度从10000C升到12000C矿石会转变成多孔的铁质,并留在坩埚之底部.
坩埚在封闭状态下,碳(carbon)来自燃烧的炭(charcoal)和叶并熔化在铁质内. 毛竹含氧化矽(Silica)甚多可助溶化.
在此过程中铁不会达到其熔点,通过固体之扩散过程(solid diffusion process),碳被吸收.
持续长时间的铸造(casting)紧接着慢慢冷却到8000C-约12至24个小时. 这样的设计是为了大的树状碳化铁晶体(large
dendritic ironcarbide crystals)
(该晶体也称为渗碳体(cementite)-Fe3C即碳化三铁)的优化形成和均匀分布于在满布小孔的海绵体铁体内.
这些大的晶体事实上是大马士革钢花纹或水纹的主要成份. 渗碳体(cementite)或碳化晶体(carbide
crystals)非常坚硬,抗酸性强,当钢被抛光後会呈现出带白色或银色.
与此形成对比珠光体(pearlite)由粘结金属组成,经腐蚀成黑色,这说明为什麽会产不同之颜色.钢锭冷却後之脱碳热处理:冷却後把坩埚从火中移开,并将其打破,取出半球形的钢锭(ingot).
波斯人称为蛋(egg or baida). 将它放在铁砧上进行锤打,作硬度试验. 经正常铸造的钢锭很硬,经锤打後也不会有凹痕.
故需用特别含有铁锉屑或粉末状铁矿石之粘土混合物覆盖,从而强化钢锭的脱碳.
把钢锭重新加热到火红色约7000C至9000C後,再通过锤打作硬度试验.
重复此热处理过程,直到金属过到足够的软度以便锻造.钢锭之锻炼:将钢锭之温度慢慢降低,并控制在7000C至9000C之间.
这温度是一个非常重要的关键. 铁匠只能*经验,用眼看火之颜色,到达暗红时进行锻造.
因为若温度升高到9000C以上将会把过程倒过来,而令渗碳体和奥氏体的晶体(crystalsof cementite and
austentite)形成. 温度越高,碳熔解,造成晶体及波形花纹图案之损失. 若温度低於7000C,钢即不能得到充份之锻炼.
因为欧洲之铁匠一般在13000C的高温下来锻炼金属,因此他们永远不能掌握到锻炼大马士革钢的技术.由於对钢锭的有控制式热处理和轻度的锻炼,覆盖的粘土,包括含有铁锉屑或粉末状铁矿石,使钢锭表面脱碳.
另外氧化作用亦产生同样的作用. 钢锭的碳分逐渐减少,从原来的2.2%或更高降低至1.8%,即从白铸铁状态到UH碳钢.
此过程亦可称为退火和球状处理(an annealing and spheroidizing treatment).
令碳成份减少及大的碳化晶体分裂或粉碎或球型化成较少之体积.
结果钢条变得有可展性和有轫性.真正的大马士革钢又称为结晶花纹钢.是一种古代粉末冶金和锻造技术完美的结合.在英美和欧洲大多数的地方被称为WOOTZ而在其原产地印度巴基斯坦一直到波斯则成为FULAT在俄罗斯的高加索地区被成为BULAT.
WOOTZ的花纹是天然形成的不像摺叠钢一样是用人工硬将性质不同的材料焊接起来再摺叠锻打. 以下是WOOTZ形成的原理.和性质. 1. WOOTZ
的花纹基本上是两种性质不同的材料.亮的地方是纯的雪明炭铁硬度比玻璃还大.暗的地方的结构是属於奥氏体和波氏体.整体含炭量大约是在1.5~2.0 ％
之间.在韧性高的波来铁里均匀散布着比玻璃还硬的雪明炭铁.使得WOOTZ可以具有非常锋利的刀锋.而且也非常坚韧而不会折断的刀身. 2.
WOOTZ的制造的费时费力.是超乎各位的想像.通常要花上两三个月的时间.而烧结的铁饼成功率又很低.当初会失传有两个原因.其一当时英国统治者为了保护当地仅剩的森林不使其沙漠化而禁止.其二是近代工业制钢的引进使WOOTZ在价格上无法竞争.
WOOTZ钢的制造方法分两种一种是脱炭法.另一种是加炭法.不过最重点在於烧结铁饼时的温度控制和将铁饼锻造拉长时的最高温度.还有成品的厚度和原来铁饼的厚度比例也会决定将来的花纹明不明显.
3.
WOOTZ钢的花纹和摺叠钢有明显的差别.WOOTZ花纹比较细致看起来比较自然黑白的对比也比较大.在黑色的刀刃上分布着亮晶晶的雪明炭铁.古代波斯人把它形容成像夜空中的繁星一样漂亮的花纹.此外WOOTZ比起摺叠钢来是很不容易生锈.
4. 至於WOOTZ性能到底好在哪里.大约十年前BLADE杂志有一篇关於WOOTZ钢的测试.
其一是锋利度的测试:在仔细研磨後的WOOTZ结晶花纹钢能一刀切断巨大打结的麻绳. 其二是刀身的韧性测试:
把刃用夹具夹紧然後拿大铁鎚来敲.结果费了很大的力气.WOOTZ刀刃被敲成U字型但是却没有折断.
测试的结果证明了WOOTZ结晶花纹钢具有锋利和强韧两种特性於一身.现代的人们曾经希望复制大马士革钢.坩锅公司曾经运用现代科技,用电子显微镜分析了大马士革钢的分子结构,并成功的复制出了大马士革钢,钢锭有和古钢材类似的花纹,但测试时发现并不能与古钢材的性能比拟.那么古人是怎样将钢坯打制成刀剑的呢?据现存文献与专家的分析,是先在钢坯上钻孔(上文已提到钢坯为圆饼状),再斩断一边,将环状的的钢坯成条再打制成刀形.在所有的大马士革刀剑中最为贵重的为”默罕默德的天梯”-----也就是”梯子纹”.由于大马士革钢的失传,这类刀剑成为各国刀剑爱好者的梦想中的藏品了.
『 二 』花纹钢(折叠花纹钢和焊接花纹钢):
折叠花纹钢是我国古代工匠用特殊工艺锻造出来能显示花纹的一种铁碳合金。但在国内已经失传。我国古代关于花纹钢的记载约始见于东汉时期，*据曹植“宝刀赋”云，建安中，曹操命有司作宝刀五枚，分别以龙、虎、熊、马、雀为识；据曹丕《典论》载，丕为太子时，曾命国工精炼宝剑三枚，宝刀三枚、匕首两枚、露陌刀一枚；皆因姿订名：宝剑“色似彩虹”的便叫“流采”，宝刀“文似灵龟”的便叫“灵宝”，“采似丹露”的便叫“含章”，露陌刀花纹“状如龙纹”便叫“龙鳞”。稍后，西晋傅玄“正都赋”也说到了带花纹的钢剑，云“苗山之铤，铸以为剑；百劈文身，质美铭鉴”。晋代大约也制作过这类文身刀剑的。张协“文身刀铭”说；“宝刀既成，穷理尽妙；繁文波回，流光电照”。张协“七命”说：“神器化成，阳文阴缦；流绮星连，浮采泛发”。此外，曹毗“魏都赋”、“治城赋”、裴景声“文身刀铭”等都有过类似的记载。这样一些带有特殊花纹和光彩的刀剑，一般来说都应当是用花纹钢制作成的.在我国古代关于花纹钢的各种记载中，大约以沈括《梦溪笔谈》卷十九所述最为形象和具体，说“古剑有湛卢、鱼肠之名；湛卢，谓其色湛湛然黑色也。......鱼肠即今幡钢剑页，又谓之松文；取诸鱼熟，视见其肠，正如今之蟠钢剑文也”。依沈括之说，宋代蟠钢剑的花纹便象盘伏屈曲的鱼肠，又象刨光后的松木文理。有关花纹钢的记载直到清代仍可看到，乾隆五十一年成书的海宁陈克恕《篆刻缄度》，和之后的仁和叶尔宽《摹印传灯》都说需用菊花钢再炼为刀，此菊花钢应是花纹象菊花一样的铁碳合金。据调查,近代浙江还有一种云花钢，其花纹正象蓝天上的云彩；本世纪三十年代时，北平还有一种折花钢，其花纹或象云彩，象木纹，又象流水之波。工艺环节是两个a.选料，钢料和“铁料”含碳量的差距必须较大，但又不宜过大，否则钢“铁”料不易焊合得好。b.锻打。锻打的目的有二：一是锻合，以构成花纹。二是“锻炼”。从现代技术观点上看，反复锻打可以去除夹杂、均匀成分、致密组织，从而改善材料机械性能。打时一定要掌握好火候以及折叠锻打的方法和辞书。加热温度过高，轻则会影响到花纹清晰度，重则会晶界过烧：温度过低又不易焊合得好。锻打次数过多则会导致花纹过细而不够清晰，过少则花纹过于简慢粗大。据说北平折花纲要反复折叠十余次，若折叠前为两层（一层钢料，一层“铁料”）的话，折叠十次后便是2048层了。折花钢不但操作艰难，劳动强度大，而且废品率较高。哪怕是最为超群拔萃的工匠。经过千锤百炼后，也难得保证不出一点焊疵，焊合得完美无瑕的；一旦出现焊疵，便是前功尽弃。那些合格了的产品，往往也是十斤原料方能做出一斤刀剑来，金属收得率很低。另外国外主要是西北欧也出现过花纹钢(也称谓:旋接花纹钢):根据A.K.安捷仁所著《波罗的海沿岸的大马士革钢》一书载：
1859~1863年，丹麦的尼达沼泽发掘出了106枚公元三世纪的宝剑，其中至少有90枚是焊接大马士革钢的。有关研究认为，它约有三种不同的操作工艺：一是一层钢料一层“铁料”地积叠锻合，可得到流线形花纹。二是把具有流线形花纹的材料拧成铁麻花，一股向左拧，一股向右拧，再把两股方向相反的铁麻花焊合在一起，可得到尖角状花纹。三是把两股具有尖角状花纹的材料焊合在一起，可得到双角状或花瓣状花纹。外国花纹钢与我国古代的，以及流传下来的北平折花钢工艺原理是一致的。所谓花纹钢，实际上是组织和成分极不均匀，并且变化陡峭的钢铁集合体；这不同的组织和成分具有不同的光学性能。在自然光作用下，铁素体部分，或说低碳部分颜色往往较淡；珠光体、马氏体部分，或说高碳部分颜色往往较深.
若在同一器物中造成了一薄层含碳较高，一薄层含碳较低时，相应地就会出现一层颜色较深，一层颜色较淡的现象；它们黑白相间，明暗相映，便构成了所谓的花纹。在这里要提到的是源于此法,一直流传下来的刀剑,最具明显特征的是---马来西亚的”克力士剑”.由于花纹钢存世较少,现代的一些奸商便用铁加镍或其他明显与钢有色差的金属焊接,这在真正的意义上不属于花纹钢,只是一种作假的手法.在以花纹钢制成的刀剑中除去欧洲的旋接花纹钢外,以卷云纹最为珍贵.这类刀剑在中国明间亦有收藏.
『 三 』日本刀剑的地肌纹: 冶铁:
制造日本刀剑之原料，主要来自日人自炼之钢铁。晚近亦有掺用舶来之“南蛮铁”（なんぼんてつ）制刀者，所谓南蛮，乃日人对于16世纪中期来岛之葡萄牙、西班牙人之称呼，因其自南海而来，遂沿用吾国对蛮夷之习惯称谓而呼之。或谓南蛮铁可能即印度之乌兹钢或马来铁，但16世纪以前之日本刀制造决非依赖南蛮铁而形成，当可断言。日本传统之炼铁方法，称为“蹈鞴吹”（たたらき,
鞴，ふいご送风装置）。系其中国（在日本本州岛之西隅，非谓吾国）地方以当地所产之纯净磁铁矿为原料，籍蹈鞴炉所进行之炼铁方法。在昔日本全国所需之铁几乎皆以此种方法生产，迨至熔铁炉炼铁产生后方被取代，最终至大正（1912～1925）末年方全部绝迹。最古之蹈鞴法较为简单，原始炉灶仅为单体，炼制一炉钢铁须经7日7夜之久。蹈鞴炼铁之最大特点，在于同一炉中可一次同时炼出钢、生铁、熟铁等不同品种。蹈鞴炼铁之方法为：先筑一小屋，内挖一深1丈、长1丈2尺、宽5尺之穴。先以木炭与薪柴在其中烘烤若干日，裨使内壁干燥，乃在穴中填充木炭。然后在其上以粘土制造一高4～7尺、长10尺、宽3尺之长方形炉灶，两侧壁上各开18～20个通风口，插入竹管与鼓风器相接。炉之两侧各设一台名为“天秤鞴”之活页式鼓风器，冶炼时，每台由工人交互用足踏之向炉中送风，“蹈鞴”之名即由此而得。炉灶造毕后，复在炉内焚薪烘干炉膛。然后在炉灶内充入300～400贯木炭（1贯=3.75公斤），点火鼓风。当炭火燃炽时，交互投入铁砂与木炭。铁砂在氧化作用下还原为铁，此种铁日人称为[金母]（けら），系生铁、熟铁与钢之混合物。嗣后，在高温下吸收大量碳素而呈熔化状态之白口铁沉降至炉底，持续作业3昼夜后，[金母]充满炉中，原料亦消耗殆尽，无法继续操作，遂停火将炉拆毁，取出[金母]，将已成之生铁、熟铁、钢分别拣选出来，其无法拣选之[金母]则作为熟铁使用。如此一次冶炼，可以3400贯铁矿砂、3600贯木炭炼制出钢300贯、生铁400贯及熟铁（包括无法拣选之[金母]）250贯，即总量近4吨之钢铁。其生铁与钢占总产量多少，可通过炉之构造调节之，以产钢为主之炉灶，须将通风口加大数分、数量亦加多，并使之向内倾斜。其所产之钢，依其软硬、大小而分为顷钢、玉钢、造り子钢等名目；而因[金母]之冷却方式不同（自然冷却或水冷）则产生火钢、千草钢、出羽钢、水钢等品种。此类钢料送至刀工手中，尚不能直接制刃，还须入炉进行脱碳或渗碳处理，并熔铸为条形。(Amenhotp小言：今天日本只有一个地方——岛根县境内的日本美术刀剑保存协会还继续着这种古老的制铁方法“蹈鞴吹”，给现在的制刀者提供制刀的原料。）铁的冶炼实质上就是将氧化铁中的氧元素还原出来。这种还原反应需要极高的温度才可进行。还原剂主要使用一氧化碳，在古代的日本，自然是通过烧木炭来得到一氧化碳。化学方程式如下：300℃～800℃
Fe3O4＋CO→3FeO＋CO2,400℃～1000℃
FeO＋CO→Fe＋CO2.銑押たたら——就算将炉中的氧化铁制成了铁，而这种铁是不能够作为金属一以上的铁来用的。在炉中除了铁以外还有其他的杂质。这种杂质称为“のろ”。要得到真正意义上的铁，就必须将“のろ”分离出来。在分离的时候，将两者都加温到熔解状态。“のろ”的熔点比较低，虽说比较容易熔解，但其中纯度高的铁在1500℃的高温下也不过只是变软而已。然而铁有个很有趣的特性，在高温下，反而会与还原剂中的碳原子结合。化学方程式如下：900℃以上，3Fe＋C→3FeC,这样和碳原子反应以后，其物理性质又发生了改变，熔点变低了。由于比重的不同，FeC沉到了底部，“のろ”漂到了上面。只要让“のろ”象水一样流出炉子，就可以将其分离出去。这样留在炉子底部的铁是含碳量较高的銑。这样冶炼铁的“たたら”炉就称为“銑押たたら”。ケラ押たたら——这是另外的一种炼铁的方法，要冶炼比銑含碳量低的优质铁，就用不着让它们完全熔解，由于“のろ”的熔点比较低，它就会包在铁块的外面。一部分“のろ”让它流走，另一部分包在铁块外面的也是可以分离。这样冶炼出来的原始状态的块状物就叫做“ケラ”，而进行这种冶炼方式的“たたら”炉就称为“ケラ押たたら”。把炼出来的"ケラ"进行破碎和分捡的工作称为“铁作（かねつくり）”，将其中的精华部分进一步进行精练，加工成包丁铁的工作称为“大鍛治”。钢铁制造业就这样的进行了进一步的分工，逐渐具备了一个产业的形态。就社会性而言，业主逐渐脱离了领主的支配，所生产的铁在商品经济的市场中成为一种商品而进行着买卖。这个时代也是历史发生重大变化的时代。刀的领域也迎来了非常巨大的变化。庆长年代（17世纪初）以前的作品被称为古刀，其后的作品都被称为新刀。在此时，刀剑的制作材料逐渐地以市面上出现的玉钢为主。江户时代的玉钢拥有着哪怕在现今也足以令人目瞪口呆的优良品质，这是一种纯度相当高的钢。对于制刀来说原料铁的品质好了，就容易表现出光亮华丽的刃文。但反过来，与前时代的原料相比，原料铁的纯度高了，但同时可变化的部分也就少了（译者注：铁的含炭量高、质地就比较硬，反之则软。同一把刀中各部分的铁的含炭量是不一样的，也因此日本刀有很好的品质。详情可见《刀与铁》）。还有，只要保持原有含炭量，在一定程度的煅烧以后，就变得非常坚硬，刀锋可以非常锋利。但同时刀刃相对比较脆，刃就很容易损坏，甚至整把刀都很容易折断。江户时代的刀匠对这种特性非常了解，为了防止这种情况的出现，在制作工艺上下了很大的功夫，从而刀的制作方法得到了极大的丰富。系将此类条形钢料加热至赤灼而进行锤锻，并通过加热反复折迭打延，少则七、八次，多则二、三十次，每一次均要锤打数十百锤。锻炼之目的，在于析出原料中之夹杂物，并藉此使之成为质地匀称之钢，日本刀上之花纹亦由此锻炼而造成。折迭打延之方法有多种，较为普通者有[木正]目锻、十字锻，此外尚有短册锻、折子木锻、木叶锻等法。刀冶工之经心之处，在于折迭打延时不使铁锈、粉尘及空气等杂入折迭层中，否则，折迭层之间将无法融合。锻冶之主要出力者为冶工之徒弟，冶工本人观察火候并亲自执钳，另一手以小锤指点应锤打之处；徒弟（或1人或多人）以大锤随师傅小锤之指点奋力锤打，多者乃有一日而挥锤2000次。然并非锤锻次数越多越佳，因钢之含碳量在生熟铁之间，锤锻过头则反成熟铁也。古时无现代之测试设备，故是否成钢全凭经验与感觉。此乃有经验刀冶工之直感，无法以文字简单说明，在昔均通过实际操作以口头传授辅导，行外之人无法窥其堂奥。刃料经此锻炼后，重量致少减轻三分之一，除氧化、杂料析出等因素外，质地因锻炼而致密亦为原因之一矣（吾国宋代有冷锻制甲法，在不经加热条件下，纯凭锤打，乃可将铁料锻薄至原厚度之三分之一。见沈括《梦溪笔谈》，卷十九“器用”）。日本的刀匠以此法制刀加上其独特的覆土烧刃法(局部淬火)终制成了有别于其他花纹的----刀剑地肌纹,且流传至今.因而在现在的日本刀剑爱好者中,想得到的莫过于—折叠地肌烧刃的古法制的刀剑了
要了解这三种钢材的特性和区别首先要了解其的构成和生产方法,同时还要了解反映到刀剑上的特征,下面就分别对每种钢材的生产和特性分析一下.
『 一 』大马士革钢(乌兹钢):这类钢材最早出现于两河流域及恒河平原北部,其中可考最早始于印度北部.
印度坩埚加工方法:精炼後之铁矿石弄乾燥後,放入经火硬化的小型粘土坩埚内. 以炭火之热量而定出坩埚之尺寸,一般生产出来之铁锭重约一公斤.
把含炭之材料如:麻栗树(teak)、木炭、毛竹及某些特选而他们认为是神圣之植物的叶,例如名(Huginay)及(Tangada)树之果实加入坩埚中.
坩埚是密封的再用炭火燃烧. 印度有最优良之铁矿:在印度坩埚系统用的是最好的铁矿石,印度亦由此而闻名於世.
经人工选用捣碎到粉末状矿石,用淘洗法反复清洗,这样矿石从杂质中分离出来,就像淘金人从其他杂质中分离出黄金的颗粒一样.
虽然波斯人及其他人已经观察了印度铁匠,并对熔化过程亦非常熟识,但因为没有这种净化及含量丰富的铁矿所以始终不能够用这种方法重新生产这种高质钢.
铁矿在坩埚内燃烧之变化:持续加热时间从24到48小时不等,当温度从10000C升到12000C矿石会转变成多孔的铁质,并留在坩埚之底部.
坩埚在封闭状态下,碳(carbon)来自燃烧的炭(charcoal)和叶并熔化在铁质内. 毛竹含氧化矽(Silica)甚多可助溶化.
在此过程中铁不会达到其熔点,通过固体之扩散过程(solid diffusion process),碳被吸收.
持续长时间的铸造(casting)紧接着慢慢冷却到8000C-约12至24个小时. 这样的设计是为了大的树状碳化铁晶体(large
dendritic ironcarbide crystals)
(该晶体也称为渗碳体(cementite)-Fe3C即碳化三铁)的优化形成和均匀分布于在满布小孔的海绵体铁体内.
这些大的晶体事实上是大马士革钢花纹或水纹的主要成份. 渗碳体(cementite)或碳化晶体(carbide
crystals)非常坚硬,抗酸性强,当钢被抛光後会呈现出带白色或银色.
与此形成对比珠光体(pearlite)由粘结金属组成,经腐蚀成黑色,这说明为什麽会产不同之颜色.钢锭冷却後之脱碳热处理:冷却後把坩埚从火中移开,并将其打破,取出半球形的钢锭(ingot).
波斯人称为蛋(egg or baida). 将它放在铁砧上进行锤打,作硬度试验. 经正常铸造的钢锭很硬,经锤打後也不会有凹痕.
故需用特别含有铁锉屑或粉末状铁矿石之粘土混合物覆盖,从而强化钢锭的脱碳.
把钢锭重新加热到火红色约7000C至9000C後,再通过锤打作硬度试验.
重复此热处理过程,直到金属过到足够的软度以便锻造.钢锭之锻炼:将钢锭之温度慢慢降低,并控制在7000C至9000C之间.
这温度是一个非常重要的关键. 铁匠只能*经验,用眼看火之颜色,到达暗红时进行锻造.
因为若温度升高到9000C以上将会把过程倒过来,而令渗碳体和奥氏体的晶体(crystalsof cementite and
austentite)形成. 温度越高,碳熔解,造成晶体及波形花纹图案之损失. 若温度低於7000C,钢即不能得到充份之锻炼.
因为欧洲之铁匠一般在13000C的高温下来锻炼金属,因此他们永远不能掌握到锻炼大马士革钢的技术.由於对钢锭的有控制式热处理和轻度的锻炼,覆盖的粘土,包括含有铁锉屑或粉末状铁矿石,使钢锭表面脱碳.
另外氧化作用亦产生同样的作用. 钢锭的碳分逐渐减少,从原来的2.2%或更高降低至1.8%,即从白铸铁状态到UH碳钢.
此过程亦可称为退火和球状处理(an annealing and spheroidizing treatment).
令碳成份减少及大的碳化晶体分裂或粉碎或球型化成较少之体积.
结果钢条变得有可展性和有轫性.真正的大马士革钢又称为结晶花纹钢.是一种古代粉末冶金和锻造技术完美的结合.在英美和欧洲大多数的地方被称为WOOTZ而在其原产地印度巴基斯坦一直到波斯则成为FULAT在俄罗斯的高加索地区被成为BULAT.
WOOTZ的花纹是天然形成的不像摺叠钢一样是用人工硬将性质不同的材料焊接起来再摺叠锻打. 以下是WOOTZ形成的原理.和性质. 1. WOOTZ
的花纹基本上是两种性质不同的材料.亮的地方是纯的雪明炭铁硬度比玻璃还大.暗的地方的结构是属於奥氏体和波氏体.整体含炭量大约是在1.5~2.0 ％
之间.在韧性高的波来铁里均匀散布着比玻璃还硬的雪明炭铁.使得WOOTZ可以具有非常锋利的刀锋.而且也非常坚韧而不会折断的刀身. 2.
WOOTZ的制造的费时费力.是超乎各位的想像.通常要花上两三个月的时间.而烧结的铁饼成功率又很低.当初会失传有两个原因.其一当时英国统治者为了保护当地仅剩的森林不使其沙漠化而禁止.其二是近代工业制钢的引进使WOOTZ在价格上无法竞争.
WOOTZ钢的制造方法分两种一种是脱炭法.另一种是加炭法.不过最重点在於烧结铁饼时的温度控制和将铁饼锻造拉长时的最高温度.还有成品的厚度和原来铁饼的厚度比例也会决定将来的花纹明不明显.
3.
WOOTZ钢的花纹和摺叠钢有明显的差别.WOOTZ花纹比较细致看起来比较自然黑白的对比也比较大.在黑色的刀刃上分布着亮晶晶的雪明炭铁.古代波斯人把它形容成像夜空中的繁星一样漂亮的花纹.此外WOOTZ比起摺叠钢来是很不容易生锈.
4. 至於WOOTZ性能到底好在哪里.大约十年前BLADE杂志有一篇关於WOOTZ钢的测试.
其一是锋利度的测试:在仔细研磨後的WOOTZ结晶花纹钢能一刀切断巨大打结的麻绳. 其二是刀身的韧性测试:
把刃用夹具夹紧然後拿大铁鎚来敲.结果费了很大的力气.WOOTZ刀刃被敲成U字型但是却没有折断.
测试的结果证明了WOOTZ结晶花纹钢具有锋利和强韧两种特性於一身.现代的人们曾经希望复制大马士革钢.坩锅公司曾经运用现代科技,用电子显微镜分析了大马士革钢的分子结构,并成功的复制出了大马士革钢,钢锭有和古钢材类似的花纹,但测试时发现并不能与古钢材的性能比拟.那么古人是怎样将钢坯打制成刀剑的呢?据现存文献与专家的分析,是先在钢坯上钻孔(上文已提到钢坯为圆饼状),再斩断一边,将环状的的钢坯成条再打制成刀形.在所有的大马士革刀剑中最为贵重的为”默罕默德的天梯”-----也就是”梯子纹”.由于大马士革钢的失传,这类刀剑成为各国刀剑爱好者的梦想中的藏品了.
『 二 』花纹钢(折叠花纹钢和焊接花纹钢):
折叠花纹钢是我国古代工匠用特殊工艺锻造出来能显示花纹的一种铁碳合金。但在国内已经失传。我国古代关于花纹钢的记载约始见于东汉时期，*据曹植“宝刀赋”云，建安中，曹操命有司作宝刀五枚，分别以龙、虎、熊、马、雀为识；据曹丕《典论》载，丕为太子时，曾命国工精炼宝剑三枚，宝刀三枚、匕首两枚、露陌刀一枚；皆因姿订名：宝剑“色似彩虹”的便叫“流采”，宝刀“文似灵龟”的便叫“灵宝”，“采似丹露”的便叫“含章”，露陌刀花纹“状如龙纹”便叫“龙鳞”。稍后，西晋傅玄“正都赋”也说到了带花纹的钢剑，云“苗山之铤，铸以为剑；百劈文身，质美铭鉴”。晋代大约也制作过这类文身刀剑的。张协“文身刀铭”说；“宝刀既成，穷理尽妙；繁文波回，流光电照”。张协“七命”说：“神器化成，阳文阴缦；流绮星连，浮采泛发”。此外，曹毗“魏都赋”、“治城赋”、裴景声“文身刀铭”等都有过类似的记载。这样一些带有特殊花纹和光彩的刀剑，一般来说都应当是用花纹钢制作成的.在我国古代关于花纹钢的各种记载中，大约以沈括《梦溪笔谈》卷十九所述最为形象和具体，说“古剑有湛卢、鱼肠之名；湛卢，谓其色湛湛然黑色也。......鱼肠即今幡钢剑页，又谓之松文；取诸鱼熟，视见其肠，正如今之蟠钢剑文也”。依沈括之说，宋代蟠钢剑的花纹便象盘伏屈曲的鱼肠，又象刨光后的松木文理。有关花纹钢的记载直到清代仍可看到，乾隆五十一年成书的海宁陈克恕《篆刻缄度》，和之后的仁和叶尔宽《摹印传灯》都说需用菊花钢再炼为刀，此菊花钢应是花纹象菊花一样的铁碳合金。据调查,近代浙江还有一种云花钢，其花纹正象蓝天上的云彩；本世纪三十年代时，北平还有一种折花钢，其花纹或象云彩，象木纹，又象流水之波。工艺环节是两个a.选料，钢料和“铁料”含碳量的差距必须较大，但又不宜过大，否则钢“铁”料不易焊合得好。b.锻打。锻打的目的有二：一是锻合，以构成花纹。二是“锻炼”。从现代技术观点上看，反复锻打可以去除夹杂、均匀成分、致密组织，从而改善材料机械性能。打时一定要掌握好火候以及折叠锻打的方法和辞书。加热温度过高，轻则会影响到花纹清晰度，重则会晶界过烧：温度过低又不易焊合得好。锻打次数过多则会导致花纹过细而不够清晰，过少则花纹过于简慢粗大。据说北平折花纲要反复折叠十余次，若折叠前为两层（一层钢料，一层“铁料”）的话，折叠十次后便是2048层了。折花钢不但操作艰难，劳动强度大，而且废品率较高。哪怕是最为超群拔萃的工匠。经过千锤百炼后，也难得保证不出一点焊疵，焊合得完美无瑕的；一旦出现焊疵，便是前功尽弃。那些合格了的产品，往往也是十斤原料方能做出一斤刀剑来，金属收得率很低。另外国外主要是西北欧也出现过花纹钢(也称谓:旋接花纹钢):根据A.K.安捷仁所著《波罗的海沿岸的大马士革钢》一书载：
1859~1863年，丹麦的尼达沼泽发掘出了106枚公元三世纪的宝剑，其中至少有90枚是焊接大马士革钢的。有关研究认为，它约有三种不同的操作工艺：一是一层钢料一层“铁料”地积叠锻合，可得到流线形花纹。二是把具有流线形花纹的材料拧成铁麻花，一股向左拧，一股向右拧，再把两股方向相反的铁麻花焊合在一起，可得到尖角状花纹。三是把两股具有尖角状花纹的材料焊合在一起，可得到双角状或花瓣状花纹。外国花纹钢与我国古代的，以及流传下来的北平折花钢工艺原理是一致的。所谓花纹钢，实际上是组织和成分极不均匀，并且变化陡峭的钢铁集合体；这不同的组织和成分具有不同的光学性能。在自然光作用下，铁素体部分，或说低碳部分颜色往往较淡；珠光体、马氏体部分，或说高碳部分颜色往往较深.
若在同一器物中造成了一薄层含碳较高，一薄层含碳较低时，相应地就会出现一层颜色较深，一层颜色较淡的现象；它们黑白相间，明暗相映，便构成了所谓的花纹。在这里要提到的是源于此法,一直流传下来的刀剑,最具明显特征的是---马来西亚的”克力士剑”.由于花纹钢存世较少,现代的一些奸商便用铁加镍或其他明显与钢有色差的金属焊接,这在真正的意义上不属于花纹钢,只是一种作假的手法.在以花纹钢制成的刀剑中除去欧洲的旋接花纹钢外,以卷云纹最为珍贵.这类刀剑在中国明间亦有收藏.
『 三 』日本刀剑的地肌纹: 冶铁:
制造日本刀剑之原料，主要来自日人自炼之钢铁。晚近亦有掺用舶来之“南蛮铁”（なんぼんてつ）制刀者，所谓南蛮，乃日人对于16世纪中期来岛之葡萄牙、西班牙人之称呼，因其自南海而来，遂沿用吾国对蛮夷之习惯称谓而呼之。或谓南蛮铁可能即印度之乌兹钢或马来铁，但16世纪以前之日本刀制造决非依赖南蛮铁而形成，当可断言。日本传统之炼铁方法，称为“蹈鞴吹”（たたらき,
鞴，ふいご送风装置）。系其中国（在日本本州岛之西隅，非谓吾国）地方以当地所产之纯净磁铁矿为原料，籍蹈鞴炉所进行之炼铁方法。在昔日本全国所需之铁几乎皆以此种方法生产，迨至熔铁炉炼铁产生后方被取代，最终至大正（1912～1925）末年方全部绝迹。最古之蹈鞴法较为简单，原始炉灶仅为单体，炼制一炉钢铁须经7日7夜之久。蹈鞴炼铁之最大特点，在于同一炉中可一次同时炼出钢、生铁、熟铁等不同品种。蹈鞴炼铁之方法为：先筑一小屋，内挖一深1丈、长1丈2尺、宽5尺之穴。先以木炭与薪柴在其中烘烤若干日，裨使内壁干燥，乃在穴中填充木炭。然后在其上以粘土制造一高4～7尺、长10尺、宽3尺之长方形炉灶，两侧壁上各开18～20个通风口，插入竹管与鼓风器相接。炉之两侧各设一台名为“天秤鞴”之活页式鼓风器，冶炼时，每台由工人交互用足踏之向炉中送风，“蹈鞴”之名即由此而得。炉灶造毕后，复在炉内焚薪烘干炉膛。然后在炉灶内充入300～400贯木炭（1贯=3.75公斤），点火鼓风。当炭火燃炽时，交互投入铁砂与木炭。铁砂在氧化作用下还原为铁，此种铁日人称为[金母]（けら），系生铁、熟铁与钢之混合物。嗣后，在高温下吸收大量碳素而呈熔化状态之白口铁沉降至炉底，持续作业3昼夜后，[金母]充满炉中，原料亦消耗殆尽，无法继续操作，遂停火将炉拆毁，取出[金母]，将已成之生铁、熟铁、钢分别拣选出来，其无法拣选之[金母]则作为熟铁使用。如此一次冶炼，可以3400贯铁矿砂、3600贯木炭炼制出钢300贯、生铁400贯及熟铁（包括无法拣选之[金母]）250贯，即总量近4吨之钢铁。其生铁与钢占总产量多少，可通过炉之构造调节之，以产钢为主之炉灶，须将通风口加大数分、数量亦加多，并使之向内倾斜。其所产之钢，依其软硬、大小而分为顷钢、玉钢、造り子钢等名目；而因[金母]之冷却方式不同（自然冷却或水冷）则产生火钢、千草钢、出羽钢、水钢等品种。此类钢料送至刀工手中，尚不能直接制刃，还须入炉进行脱碳或渗碳处理，并熔铸为条形。(Amenhotp小言：今天日本只有一个地方——岛根县境内的日本美术刀剑保存协会还继续着这种古老的制铁方法“蹈鞴吹”，给现在的制刀者提供制刀的原料。）铁的冶炼实质上就是将氧化铁中的氧元素还原出来。这种还原反应需要极高的温度才可进行。还原剂主要使用一氧化碳，在古代的日本，自然是通过烧木炭来得到一氧化碳。化学方程式如下：300℃～800℃
Fe3O4＋CO→3FeO＋CO2,400℃～1000℃
FeO＋CO→Fe＋CO2.銑押たたら——就算将炉中的氧化铁制成了铁，而这种铁是不能够作为金属一以上的铁来用的。在炉中除了铁以外还有其他的杂质。这种杂质称为“のろ”。要得到真正意义上的铁，就必须将“のろ”分离出来。在分离的时候，将两者都加温到熔解状态。“のろ”的熔点比较低，虽说比较容易熔解，但其中纯度高的铁在1500℃的高温下也不过只是变软而已。然而铁有个很有趣的特性，在高温下，反而会与还原剂中的碳原子结合。化学方程式如下：900℃以上，3Fe＋C→3FeC,这样和碳原子反应以后，其物理性质又发生了改变，熔点变低了。由于比重的不同，FeC沉到了底部，“のろ”漂到了上面。只要让“のろ”象水一样流出炉子，就可以将其分离出去。这样留在炉子底部的铁是含碳量较高的銑。这样冶炼铁的“たたら”炉就称为“銑押たたら”。ケラ押たたら——这是另外的一种炼铁的方法，要冶炼比銑含碳量低的优质铁，就用不着让它们完全熔解，由于“のろ”的熔点比较低，它就会包在铁块的外面。一部分“のろ”让它流走，另一部分包在铁块外面的也是可以分离。这样冶炼出来的原始状态的块状物就叫做“ケラ”，而进行这种冶炼方式的“たたら”炉就称为“ケラ押たたら”。把炼出来的"ケラ"进行破碎和分捡的工作称为“铁作（かねつくり）”，将其中的精华部分进一步进行精练，加工成包丁铁的工作称为“大鍛治”。钢铁制造业就这样的进行了进一步的分工，逐渐具备了一个产业的形态。就社会性而言，业主逐渐脱离了领主的支配，所生产的铁在商品经济的市场中成为一种商品而进行着买卖。这个时代也是历史发生重大变化的时代。刀的领域也迎来了非常巨大的变化。庆长年代（17世纪初）以前的作品被称为古刀，其后的作品都被称为新刀。在此时，刀剑的制作材料逐渐地以市面上出现的玉钢为主。江户时代的玉钢拥有着哪怕在现今也足以令人目瞪口呆的优良品质，这是一种纯度相当高的钢。对于制刀来说原料铁的品质好了，就容易表现出光亮华丽的刃文。但反过来，与前时代的原料相比，原料铁的纯度高了，但同时可变化的部分也就少了（译者注：铁的含炭量高、质地就比较硬，反之则软。同一把刀中各部分的铁的含炭量是不一样的，也因此日本刀有很好的品质。详情可见《刀与铁》）。还有，只要保持原有含炭量，在一定程度的煅烧以后，就变得非常坚硬，刀锋可以非常锋利。但同时刀刃相对比较脆，刃就很容易损坏，甚至整把刀都很容易折断。江户时代的刀匠对这种特性非常了解，为了防止这种情况的出现，在制作工艺上下了很大的功夫，从而刀的制作方法得到了极大的丰富。系将此类条形钢料加热至赤灼而进行锤锻，并通过加热反复折迭打延，少则七、八次，多则二、三十次，每一次均要锤打数十百锤。锻炼之目的，在于析出原料中之夹杂物，并藉此使之成为质地匀称之钢，日本刀上之花纹亦由此锻炼而造成。折迭打延之方法有多种，较为普通者有[木正]目锻、十字锻，此外尚有短册锻、折子木锻、木叶锻等法。刀冶工之经心之处，在于折迭打延时不使铁锈、粉尘及空气等杂入折迭层中，否则，折迭层之间将无法融合。锻冶之主要出力者为冶工之徒弟，冶工本人观察火候并亲自执钳，另一手以小锤指点应锤打之处；徒弟（或1人或多人）以大锤随师傅小锤之指点奋力锤打，多者乃有一日而挥锤2000次。然并非锤锻次数越多越佳，因钢之含碳量在生熟铁之间，锤锻过头则反成熟铁也。古时无现代之测试设备，故是否成钢全凭经验与感觉。此乃有经验刀冶工之直感，无法以文字简单说明，在昔均通过实际操作以口头传授辅导，行外之人无法窥其堂奥。刃料经此锻炼后，重量致少减轻三分之一，除氧化、杂料析出等因素外，质地因锻炼而致密亦为原因之一矣（吾国宋代有冷锻制甲法，在不经加热条件下，纯凭锤打，乃可将铁料锻薄至原厚度之三分之一。见沈括《梦溪笔谈》，卷十九“器用”）。日本的刀匠以此法制刀加上其独特的覆土烧刃法(局部淬火)终制成了有别于其他花纹的----刀剑地肌纹,且流传至今.因而在现在的日本刀剑爱好者中,想得到的莫过于—折叠地肌烧刃的古法制的刀剑了