刃文（hamon）與淬火的科學——日本刀最重要工序、水淬的化學反應

何謂淬火

淬火是鍛刀工序中產生刃文（hamon）的最後也是最重要的工序。將刀身加熱至高溫後急速水冷，刃部便會發生稱為麻田散鐵變態的金屬組織變化，硬度因此提升至極限。

此工序的技術難度極高。一旦失敗便會產生刀身龜裂、彎曲、刃文不顯等問題，因此被視為最考驗刀匠技藝的工序之一。

置土的工序

淬火之前，需在刀身塗抹土，進行置土作業。

燒刃土的成分

燒刃土的配方因刀匠而異，一般使用以下材料。

• 黏土（耐火性）
• 木炭粉（補充碳素、調節隔熱）
• 砥石粉（提升脫模性）
• 水（用於混練）

置土的方法

1. 刃部：薄塗一層土。冷卻速度加快，產生麻田散鐵
2. 地部、峰：厚塗一層土。藉由隔熱防止急冷，形成波來鐵、變韌鐵組織

土的厚度與塗抹方式決定刃文的形狀。刀匠以毛筆或竹刮刀仔細置土，描繪出所期望的刃文形態。

加熱與水淬

土乾燥後，將刀身在炭火爐中均勻加熱。

加熱的條件

• 目標溫度：770〜800℃（奧斯田鐵變態溫度以上）
• 顏色基準：呈現在爐內發出淡淡光輝的紅橙色狀態（刀匠以目視判斷溫度）
• 均勻加熱：刃部與地部的溫度差越小，越能獲得良好的淬火效果

水淬

將加熱後的刀身一口氣放入水槽（燒桶）中。水溫以10〜15℃左右為基準，但依各刀匠經驗調整的空間也相當大。

急冷的物理原理

• 刃部（土薄、冷卻快）：因麻田散鐵變態而達到高硬度（HRC60以上）
• 地部、峰（土厚、冷卻緩慢）：因波來鐵、變韌鐵變態而保持韌性（HRC30〜45左右）

在一把刀中使堅硬的刃部與強韌的地部共存，是兼顧鋒利與不易折斷的關鍵。

麻田散鐵變態的科學

刃文之所以美麗突出，在於稱為麻田散鐵（martensite）的金屬組織。

變態的機制

1. 加熱中：鐵的結晶結構轉變為奧斯田鐵（FCC結構），碳固溶其中
2. 急冷時：在碳來不及擴散的情況下，晶格扭曲變態為麻田散鐵（BCT結構）
3. 結果：碳被封閉在晶格內，形成極高硬度、高強度的組織

麻田散鐵的硬度取決於碳含量。含碳量約0.8%的鋼材可達HRC65左右，與工具鋼相當的硬度。

刃文的種類與流派

依置土的方式不同，可形成各種刃文。

刃文的內部構造

刃文內部會出現稱為「沸（nie）」與「匂（nioi）」的細微紋樣。

• 沸（nie）：呈顆粒狀的麻田散鐵粒。每一顆粒清晰可見
• 匂（nioi）：呈霧狀的麻田散鐵微細集合體
• 金筋、砂流：刃文內出現的線狀或如流水般的紋樣

這些是欣賞刃文的重要要素，也是評判刀劍優劣的基準。

淬火失敗的風險

淬火始終伴隨著可能毀掉一把刀的風險。