日本刀製作中的退火（Yakinamashi）：鍛造前緩解鋼鐵應力

什麼是退火（Yaki-namashi）？

日本刀製作中最著名的熱處理工藝是「yaki-ire（硬化）」。這個過程創造了hamon並硬化刀刃，被描述為與刀劍完成直接相關的戲劇性時刻。

然而，在幾個步驟之前執行的「yaki-namashi（退火/shōdonshi）」是日本刀製作中一個重要的預處理步驟，但卻鮮為公眾所知。

Yaki-namashi是一種熱處理操作，將鋼（或鐵）加熱到一定溫度，然後緩慢逐漸冷卻，以消除鋼內部的應力，並使其微觀結構均勻化和軟化。在英文中，它被稱為「Annealing」。

雖然在日本刀製作中的多個階段都會進行退火，但最重要的是在鍛造前的材料準備階段進行的退火。

為什麼退火是必要的—內部應力的問題

通過tatara鐵冶煉生產的tamahagane（球鋼）由於快速冷卻和鐵冶煉過程中的熱歷史，含有複雜的殘餘應力和不均勻的微觀結構。在這種條件下嘗試鍛造（加熱和敲打的過程）往往會導致開裂、裂開和tsuriage-hazure（兩塊鋼無法正確融合的現象）。

具體的問題包括：

① 硬度不均勻 Tamahagane在不同位置的碳含量變化很大（約0.6–1.5%），這種變化造成硬度不均勻。高碳部分堅硬易脆，而低碳部分柔軟。在這種不均勻的狀態下敲打容易導致硬部分開裂。

② 內部殘餘應力 快速冷卻的鋼在表面和內部以不同的速率冷卻，導致因收縮差異而在內部積累應力。這種應力在加熱和敲打操作過程中成為意外開裂或翹曲的源頭。

③ 馬氏體微觀結構問題 快速冷卻的高碳鋼有時會形成馬氏體（一種非常堅硬易脆的鐵微觀結構）。馬氏體的可加工性極差，必須在鍛造前將其去除。

Yaki-namashi解決這些問題，使鋼達到「可以敲打的狀態」。

實際的退火過程

加熱溫度和氛圍

在tamahagane退火中，將鋼加熱到約700–900°C（因鋼種和碳含量而異）。這個溫度範圍接近Ac1轉變點（鋼的微觀結構開始轉變為奧氏體的溫度），是微觀結構均勻化發生的區域。

刀匠通過肉眼判斷爐子的顏色。鋼在橙紅色至黃橙色發光的狀態（相當於700–900°C）被認為是退火的適當溫度。這種判斷是基於經驗和感覺，是一種在沒有精確溫度計的時代流傳下來的工匠眼光。

加熱期間的氛圍（周圍氣體環境）也很重要，採取各種措施以最小化氧化，例如將鋼埋在木炭灰中或在富含碳的爐子中加熱。

緩慢冷卻（Jokei）過程

退火中最關鍵的步驟是「jokei（緩慢冷卻）」—隨著時間的推移逐漸冷卻。

快速冷卻（水淬）會增加內部應力，所以在退火中，將鋼埋在木炭灰中或關閉爐門讓其自然冷卻，使溫度緩慢降低。冷卻速率通常需要數小時或超過半天才能達到室溫。

通過這種緩慢冷卻：

• 馬氏體微觀結構轉變為鐵素體+珠光體（更柔軟、更易加工的微觀結構）
• 內部殘餘應力得到緩解
• 碳分佈變得更均勻
• 鋼的整體硬度降低，下一個鍛造過程的可加工性得到改善

刀匠對「Namashi-agari」的看法

退火後，鋼（「namashi-agari」）的表面形成一層薄薄的氧化膜。這層膜的顏色（藍灰色至黑色）可作為加熱溫度、氛圍和緩慢冷卻品質的指示器。

經驗豐富的刀匠通過觀察「namashi-agari」的顏色、硬度（用手指按壓時的感覺）和表面狀況，來決定是否進行下一個鍛造階段。如果退火不足，將鋼重新加熱並再次進行退火。

退火在每個鍛造階段中的作用

日本刀製作中執行退火的主要階段如下：

① 材料分類和小塊切割後 在tatara鋼（tamahagane）按碳含量分類（高碳用於外鐵，低碳用於核心鐵）並切成小塊後，進行退火。這使每個部分的可加工性均勻化。

② 在初始鍛造前（堆疊和加熱） 在進行「tsumi-wakashi（堆疊和加熱）」的步驟前，其中多塊鋼被堆疊在一起，退火用於均勻化每塊的表面狀況。均勻化接合面上的氧化膜可促進鍛造焊接時的融合。

③ 在折疊和鍛造期間 在長時間的反覆折疊和鍛造過程中，如果鋼已經變得加工硬化（通過敲打而硬化），進行臨時退火以在繼續鍛造前將其軟化。

退火和硬化之間的本質區別

退火和硬化都涉及「加熱→冷卻」，但冷卻速率產生相反的特性。

如此對比所示，日本刀製作是基於精確的熱處理操作序列，該序列故意在「軟化（退火）」和「硬化（yaki-ire）」之間交替進行。

總結：「預處理過程」決定刀劍品質

退火是一個平凡且不引人注目的過程。與產生成品刀劍直接可見方面的過程相比—hamon、jigane和sugata—它在媒體中很少被討論。

然而，由未被正確退火的材料製成的刀劍在鍛造過程中會發生開裂、不一致和鍛造焊接缺陷，從根本上損害最終刀劍的品質。刀匠的技能越高超，他們對這一預處理過程重要性的理解就越深刻。

「好刀始於好材料」—這一格言不僅適用於tamahagane的選擇，也適用於適當準備該材料的退火技術。日本刀的卓越品質建立在這些無形預處理過程的積累之上。