古刀、新刀與軍刀的刀身強度科學：我們所知與未知之事

「堅不可摧、柔而不折、銳利切割」的特性是如何產生的？

日本刀因其堅不可摧、柔而不折且具備優秀切割能力而受讚賞，這並非源自單一鋼材的特性，而是來自於結合不同硬度鋼材的結構。覆蓋刀身外層的kawagane（外鋼）含碳量高且硬但脆，而位於內部的shingane（內鋼）含碳量低且軟但韌。大正時期冶金學家俵國一利用冶金顯微鏡進行的研究表明，kawagane與shingane的複合結構，連同淬火產生的麻田散鐵（硬但脆的微結構）與珠光體/肥粒鐵（軟但韌的微結構）的共存，使刀身能夠同時具備硬度與韌性——看似矛盾的特性。

Koto、Shinto與軍刀之間發生了什麼變化？

• Koto（Keicho年代之前）：使用源自沙鐵與各地tatara製鋼的tamahagane，並透過各流派獨特的forging方法融入kawagane與shingane結構。
• Shinto與Shinshinto（江戶時期起）：儘管分配鋼材的標準化不斷進展，forging方法與淬火技術仍由各位刀匠代代相傳。
• 昭和時期軍刀：因應不斷增長的需求，機械生產與大規模製造不斷推進，許多例子不僅使用傳統tamahagane，還使用西方鋼材以及由Mantetsu刀所代表的現代製鋼衍生的鋼材，許多情況下採用了油基淬火。

這三類之間的差異首先應理解為材料與製造方法的差異。在明治時期，也有像涉及村田經芳的改進刀刃這樣的現代嘗試，即所謂的村田刀，混合了瑞典鋼與日本鋼，傳統技術與現代冶金的融合早已在軍刀階段前開始。

「破壞性測試」的現實——什麼可以測量，什麼不能

不存在在相同破壞性條件下並排比較koto、shinto與軍刀強度的實質性數據。這是因為大多數現存的koto與shinto是文化財產或等同的藝術作品，通常不被允許進行破壞性測試。迄今為止的大多數科學知識，始於Tawara Kuniichi的研究，已透過對拋光過程中獲得的橫截面的觀察、對破損或受損刀刃的觀察，以及在當代刀匠製作的複製刀與測試樣品上進行的硬度測量（如Vickers硬度測試）與冶金分析而積累。

另一方面，關於昭和軍刀，有案例表明被認為具有相對較低藝術價值的大規模生產樣品已成為研究與拆解研究的對象，據報告，某些樣品與傳統製造的tamahagane與手工forged刀相比顯示出均勻的微結構，並展示出油基淬火的特徵硬度分佈。這應理解為不是導向軍刀較弱的簡單結論，而是反映優先考慮大規模生產效率的製造方法選擇所產生的強度特性不同於傳統複合結構的情況證據。

1. Koto與shinto透過使用地區性的tamahagane與流派特定的forging方法，有意地構建kawagane與shingane結構，從而同時實現了強度與韌性。
2. 據報告，軍刀因優先考慮供應量的製造選擇，而顯示出與傳統刀不同的硬度分佈與微結構的樣品。

從Mantetsu刀看「用現代製鋼製造日本刀」的嘗試

作為昭和時期現代製鋼嘗試的代表性例子，Mantetsu刀據說涉及南滿洲鐵路的技術團隊。研究與製造在「日本刀是否可以不依賴傳統tatara製鋼與tamahagane而進行大規模生產」的概念下進行，使用以東北中國生產的鐵礦石為原料的現代製鋼方法。這不僅僅是製造替代品的問題，也是一種工程挑戰——探索當時的冶金技術能在多大程度上複製日本刀的性能。

比較現代製鋼刀與傳統tamahagane刀的研究展示了材料成分與微結構的差異，但關於實際切割性能與耐久性的充分系統比較數據並未得到充分保留。現實是，大多數軍刀研究仍限於對現存樣品的觀察與部分科學分析的累積，必須在考慮這些局限的情況下詮釋各種報告。

非破壞性分析作為實踐替代方案

非破壞性技術如X光、CT與X光螢光分析滿足了在不損害刀作為藝術品價值的情況下了解刀身內部結構的需求。這些技術可以在不損傷刀的情況下視覺化內鋼的密度分佈與成分構成，在某些情況下甚至可以揭示kawagane與shingane邊界的狀態。雖然它們不能提供破壞性測試那樣的直接強度數據，但它們被認為是將成為未來比較研究中心的技術，因為它們允許在保留文化財產價值的同時檢查不同例子中的多個樣品。

展示日本刀的博物館與研究機構正逐漸增加發布此類分析結果的機會，這正成為重新界定koto、shinto與軍刀之間區別的基礎——不是「哪個更優越」，而是「什麼設計哲學產生了它們」。

我們應該從比較研究中期待什麼？

在討論koto、shinto與軍刀之間的強度差異時，重要的不是時代間的簡單優越性，而是理解特定製造方法在什麼目的與什麼情況下被選擇。Koto與shinto被創作為能夠同時承受戰鬥與儀式的多用途性，而軍刀則被創作為滿足短時期內大規模供應不同需求。雖然在不損傷刀的情況下了解現存刀強度的手段有限，但非破壞性X光、CT與X光螢光分析，以及當代刀匠的複製實驗，是正越來越填補這一空白的領域。在欣賞一把刀時，如果不僅考慮其形狀與hamon，還考慮其被forged所在的製造哲學，即使是同一把刀也會展現新的視角。