日本刀(傳統刀劍)的分工與鍛造2007年版
前言
本文原文為筆者較前期的寫作，在此所發出之文章為最新的07年版，文中以更正了02年及04年的錯誤部份，還請刀界先進不吝賜教。
日本刀的工法相當的嚴謹，並不是在彷間某些人以訛傳訛的粗製濫造，在日本本土被稱作真劍的日本刀，全部都必須要用古法鍛造，本文根據研究各派之鍛造法，並且擷取共同部分，爲日本刀的鍛造科學作一個概略的簡述，由於日本刀鍛鍊法種類繁多，在此則以使用最普遍且強度硬度比最明顯的甲伏鍛來做說明。
日本刀鍛造法
日本刀的鍛造，現代刀正式刀工必須前往日本各地教育委員會進行製造申請登記，一個日本正式刀工在一個月內只能現代造出三把合法的真劍，且日本真劍都必須要使用傳統練造的玉鋼來製作，那樣的刀才能稱做真劍，用玉鋼做為真劍鍛造出的日本刀，經過研磨後可以產生相當美麗的地肌以及沸出來的刃文，真劍的造法如下：
一.　水挫
即是將「玉鋼」加熱並錘打成厚度為大約 5mm 的薄片。聽起來像是很簡單的加工程序，其實不然... 為了控制鋼材的含碳量 (含碳量的保留 / 流失)，加熱的次數有嚴格限制；而且「玉鋼」的硬度在其續漸冷卻時會有所改變。只有經驗老到的刀匠才能準確把握施錘力度的變化，在限定的加熱次數下將「玉鋼」打鍊成厚薄均一的薄片。
鋼片成形後，刀匠會用水將其急速冷卻。含碳量足夠的部份會自然碎落，作為製刀的材料。刀匠要對鋼片的溫度和用水的份量有極準確的把握，才能夠收集到含碳量合適的材料。餘下的部份，刀匠會留待將來再用大多這類的材料會根據刀工流派的不同，以及刀工功力的不同作為日本刀各種結構。以現代材料科學的角度來看，這個步驟算是刀匠控制鋼材含碳量的手法。
二.　小割
將鋼料打碎成 2 到 3 cm 長短的細塊。不碎的部份就是含碳量過低，有些刀匠會用這個來製作刀劍的「芯鐵」也稱作刨丁鐵。

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三.　製作燒台
燒台將會成為刀身的一部份，所以必需以優質的「玉鋼」製造。(燒棒不是刀身部份，可以用任何鋼料製作。)

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四.　積重
將小割過程所得的碎鋼塊一層一層的焊接在燒台之上，如此熱力就可以均勻傳導。鋼塊的熱黏滯性對鎔接的效果有決定性的影響，而熱黏性則取決於鋼材的純度和含碳量，所以選用「精選玉鋼」和進行第一步的「水挫」工序是必要的。
不同的刀工不同的傳法有不同的鍛接方式，平行排列的焊接稱為「短冊鍛」，交差排列的稱為「拍木鍛」，十字形排列的稱為「木葉鍛」或「十文字鍛」。 以鍛造一支「刀」以「打刀」 山城傳為例，就需要積聚約 2kg左右 的鋼材。
五.　積沸
將積重程序辦好的物料放回爐火，以確保鋼料能夠完全鍛合。為確保鋼料與空氣完全隔絕 (以免爐火消耗鋼材中的含碳量) 和容許細慢而均勻的熱力處理，置入爐火前刀匠會將鋼料用沾滿泥汁和稻草灰燼的和紙將鋼料緊緊包好，刀匠必需小心掌握爐火的溫度和加熱的時間。

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六.　折返鍛鍊
日本古時一直未有機會獲得良好又無雜質的鐵礦原料，要鍛打出材料晶粒均質分布的刀劍就更困難了，為克服這個問題，唯有應用「折返鍛鍊」的技術。
本人大膽假設，日本本土屬於石灰地形，火山多良質鐵礦少，引此也只能採取河床的鐵砂精練成玉鋼。現今日本現代鋼鐵原料主要也是仰賴進口，日方只作後續的處理，處理完後價值更勝之前的原料，也因此日本古代就開發出改善材料缺陷的方法，即為"積沸"和折返鍛鍊。
將積沸過程處理完畢的鋼料進行返複折疊，重新反覆鍛打接合，只要重複 10 次，就可以造出有 1024 層的鋼材 (2 的 10 次方)；層次愈多，鋼材中的碳和各種化合物就會更加均一，晶粒也會更細緻更均勻，製成品的強度亦會較高。有利必有弊。高溫鍊爐中的鋼材較軟，含碳量再高溫中逐漸減少流失因此較易打造成形；低溫鍊爐中的鋼材較硬，較難打造，甚至不是個人的體力所能應付。如果折返層不能完全鍛合，就會成為潛在的內部裂痕(魔線)或者是內部空孔，變成完成品的瑕疪。所以，一般打造過程中，刀匠會緊持鋼材，並根據經驗發號司令，由兩三名體壯力健的弟子從旁以長柄大錘敲打，弟子則此實在負責鍛打玉鋼的時候學習觀察溫度。換句話說，製作日本刀真劍是人力集約的工法，以血汗換取質素的偉大藝術以及科學。
折返鍛鍊經過不同的摺疊方法，在經過特殊的研磨方法後，刀體上會浮現有如行雲流水般或者各式各樣的紋路，此為地肌。

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(坐著的是刀匠柳田律夫先生老師，再兩側手持大槌的是其門徒兩人)
附帶一提，一般來說層次太多的話，會造成鍛鍊過度的現象，材料會產生大量的"魔線"缺陷，因此日本的刀劍通常不會經過 15 次以上的折返鍛鍊。另外在「折返鍛鍊」期間，不斷的錘打會令鋼材中一大部份的雜質化為火花飛走。原因有二
(一)內部空孔(空氣殘留)
內部空孔是造成刀劍易折斷的主要原因之一，材料空孔過大材料密度不足，因此晶粒流線無法妥善結合，反而造成金屬"魔線"的產生(即為材料裂痕)
(二)雜質
雜質是鋼材的「強度破壞點」，損害往往由「強度破壞點」開始，慢廷至材質的整體，成為全面的損壞。「強度破壞點」的數目愈少，慢廷破壞的機會也隨之減少。所以，鋼材愈純淨，其強度和韌性就會愈高。
七.　芯鐵鍛鍊
日本刀的折返鍛鍊比較特別的地方在此，剛才鍛鍊的為含碳量較高的日本刀的皮鐵，淬火過後可以得到更多的麻田散鐵系組織，或得較大的硬度和強度，但是由於麻田散鐵共析組織具有相當強的脆性，若單一使用該組織製作日本刀會造成日本刀缺乏韌性，降服強度降低，一受衝擊立即折斷的物理現象，為了改善此缺陷，因此就需要芯鐵的製作，由外面的皮鐵包住裡面的芯鐵，這種作法稱做甲伏鍛，俗稱包鋼法。
芯鐵會使用含碳量比較少的庖丁鐵製造（含碳量比較低的玉鋼），讓鋼質柔軟具有韌性，接著同皮鐵的折返鍛鍊，但是折返次數不至於過多，大約六次左右(芯鐵也有折疊)，過多的折返芯鐵也會造成強度增加的情況發生，如此一來便失去了芯鐵的意義。

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八.　造邊
造出刀身內部的結構，各刀工派系的不同和玉鋼練出的純度，也會決定造邊的各種不同的型式，說簡單一些就是將鍛鍊好的皮鐵包覆鍛鍊好的芯鐵。各構造和方法如下：
（造邊的種類）

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以下為甲伏鍛的一種實際情況：

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九.　素延
將造邊確定完成的鐵，放回爐中，等到在結晶紅熱溫度，開始經過反覆的鍛鍊始其延展逐漸行成刀體，素延的過程中，必須謹慎小心以免造成刀體的缺陷。

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十.　切先製作
將素延好的刀體，作出適合的刀尖，切先的方向大多會以造邊的晶粒流線先截短一段候逐漸鍛出，這個加工方法可以確保晶粒流線的完整性，更進一步確保切先的強度。

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十一.　火造
刀匠開始繼續精鍛刀體結構，從切先造好之後開始，會開始確定後逐漸一面加熱，加熱至特定白熱溫度後刀匠會使用小槌，鍛造出鎬和地，刃先的好壞有一部分也看此。

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十二.　燒入
一把刀的好壞和成色，最主要就是看這裡，通常會把火造完成的刀體先進行大體上的粗研磨，之後就會開始覆上燒刃土，只露出刃或是預先急冷淬火的部位。關於燒刃土的覆蓋法，各刀工有各刀工有不同的燒刃法，在覆蓋燒刃土的土質上也有不同的出入，以日本作古老的大和傳為例子，至少會蓋上３種不同的燒刃土，進行燒刃工作，覆蓋燒刃土最主要的目的是要使刀體本身在淬火的過程中，緩慢冷卻，不同的土就會造成不同的冷卻速度，沒有覆蓋燒刃土的刃部或其他部位就會因急速冷卻變成高硬度的麻田散鐵系組織，這個步驟可以說是日本刀的靈魂所在，最後可以充分達到刀體強韌刀刃堅硬，此為日本刀的一種最大的特色。
燒刃時，刀匠會把塗好燒刃土的刀進一步的丟回爐火中，等到特定的紅熱溫度（這個都是刀工的實力，各派刀公不喜在使用精密的溫度儀器作量測）刀匠就會把刀體從爐火中取出，放進各自流派中所調整好特定溫度的水或是油中，進行淬火（燒刃）的工作，此時露出的刃部，會因為急速淬火，而產生高硬度的麻田散鐵組織，同時刀體也因為燒刃土的成分和厚度不同，金屬晶粒也開始因為冷卻速度的不同，和析出結晶的不同，開始收縮翹曲，之後就形成了日本刀特有的弧度（反），若是脆火溫度判定錯誤，就會造成胡亂翹曲，前面辛苦的心血會全部化為泡影，不同的刀工流派也有不同的反法，也因此這樣燒刃土才會有不同的塗法和材質，析出的麻田散鐵共析鋼組織顏色會以白色呈現在刀體上，及為日本刀的刃文，各種不同刀工流派都習慣用不同的刃文，在山城刀和備前刀中有一種在刀體上完全平直的刃紋，稱作直刃，其餘流派刀工所造出的刃文稱為亂刃（亂刃還有細部區分在此無法一一詳述），刃紋的成色不但影響刀體本身的強度，同時也是一把日本刀美術價值的最主要關鍵所在。
附帶一提，塗上燒刃土這個步驟也不是隨便亂塗一通，刀匠會把火造好又粗磨過的刀體，在一張宣紙上１：１的呈現後，先進行刃文製圖，隨後再參照圖面進行燒刃土塗刀的作業，因此刃文會和工作圖上的近似度１００％相同。該刃文圖會在刀造好後，繳交當地教育委員會，作正式刀工作品的新刀建檔資料工作，古代據說相同，只是建檔的單位是幕府，將來更是鑑定真偽或者出版圖鑑的依據。
這裡的照片為了使各位看全體圖因此使用短刀的照片展示。
燒刃土調製和工具

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１：１的工程製圖

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燒入實景

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十三.　合取
即為回火，淬火後的刀，由於刀體本身金屬晶粒收縮翹曲，因此就會產生金屬淬火過後的重大缺陷，稱作熱應力集中，這個現象是造成日後刀體本身內部構造發稱晶界滑移，或是經過撞擊後產生魔線，造成日後受到衝擊後折斷的現象，為了解決這個情形，因此就要實施合取（回火）的動作，將燒刃過後的刀重新置回火床上，經過一短暫的特定時間和溫度，立即取出刀體，完成回火之動作，否則過度的回火史晶粒過度粗大化，將會使之前燒刃的步驟前功盡棄。回火之後不但可以消除熱應力集中同時可以讓刀體某些不完全變態之麻田散鐵組織變成沃斯田鐵組織，進一步增加刀體的強韌性。

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十四.　鍛冶研
合取完畢的刀體，其實已經是完工九成的日本刀，接下來刀匠會先作一次粗研磨，這個研磨就稱作鍛冶研，隨後就將刀送交給專門研磨的研磨師，刀匠的任務已經完成，美術價值的研磨工作就交給到研磨師。
十五.確定中心　切銘
研磨完成的刀，隨後刀匠會在中心的位置造出濾目，並且切上自己身為正式刀工的銘文，隨後將刀子教教育委員會登記，領取登陸免許証。
結語
以上就為日本刀的製造法，日本的的鍛冶時間不定，要視氣候.溫度.溼度.刀匠本身身心狀況，的因素而定，也因此一把日本刀鍛造之時間由1~3個月不等，因各因素而異。此外日本氣候受黑潮之影響，也因此濕氣的控制和時間巧妙交換的關係也是一位成功刀匠所需要拿捏的功夫，最後發這篇文章不是要說明日本刀有多麼的優秀和獨一無二，事實上折返鍛鍊這樣的古代工藝水平，中國有!歐洲有!!中東也有!!!，折返鍛鍊是古代材料處裡的一個里程碑，但不是說有折疊就一定好，筆者文中就談過許多的熱應力問題和材料處理困難的問題，因此也不可說有折疊的兵器物理性能上是差不多的，問題就出在怎麼折?如何折?怎麼造邊?用什麼樣的材料來造邊??這種武器生產的材料處理程序，這樣子的問題問題仍是現代的國防工業機密，在擁有精密儀器的現代都已經是這樣的難事，更何況是需要憑經驗和時間累計的古代，這樣的古代國防科技值得我們深思以及研究。