Rodzaje stali do produkcji mieczy samurajskich i ich właściwości

     Przy wyborze miecza dla wszystkich z nas, którzy zamierzają używać go w praktyce, na pierwszym miejscu znajduje się zapewne głownia. Parametry głowni są określone, podobnie jak skład i sposób obróbki zastosowanych materiałów. Do produkcji współczesnych replik mieczy samurajskich wykorzystuje się różne rodzaje stali, pojedynczo (gitae maru) albo w połączeniach, a tym samym także w różnych konstrukcjach głowni (np. kobuse, san-mai itd.). Większość klientów zadowala się opisem podanym przy mieczach. Informacją, że stal ma wysoką zawartość węgla, że głownia ma bardziej złożoną konstrukcję albo że miecz jest hartowany różnicowo. Wraz z wyższą ceną mieczy pojawiają się jednak oczywiście bardziej złożone pytania, bardziej wymagający klienci, a dzięki dzisiejszej dostępności informacji także klienci lepiej wykształceni w tym zakresie. Niestety informacje te są jednak najczęściej bardzo kontrowersyjne i mylące. Jeżeli nie analizujecie ich wystarczająco dogłębnie, doprowadzą was jedynie do określonego, ograniczającego wniosku. Zdarza mi się więc na przykład spotkać klienta, który za wszelką cenę upiera się przy głowni damasceńskiej, ponieważ gdzieś przeczytał, że jest to najlepsza stal. Oczywiście bez względu na wszystkie zmienne, takie jak zastosowane stale, ich obróbka i hartowanie. Z tych samych powodów pojawiają się klienci, którzy na podstawie przeczytanych informacji za wszelką cenę preferują bardziej złożone konstrukcje głowni (ponownie bez względu na zastosowane stale), głownie składane (co w przypadku nowoczesnych stali jest tylko wadą) albo przeciwnie — odrzucają głownie z tamahagane, ponieważ według nich tamahagane jest tylko jedno, oczywiście to japońskie.

     Tamahagane chciałbym poświęcić osobny artykuł, dlatego tutaj zajmę się wyłącznie stalami przemysłowymi. Konkretnie odpowiedzią na coraz częściej zadawane pytanie: „Czy głownia w konstrukcji San-mai gitae ze stali 1095 i 1045 jest aż o tyle lepsza niż głownia w konstrukcji gitae maru ze stali T10?”. Mówiąc wprost… Nie wiem, jak miałbym to zmierzyć, dlatego nie odpowiem wam ani tak, ani nie. Nie lubię spekulacji i nie chcę pomijać także ceny, która różni się znacząco i jest jasne, że klient pyta raczej właśnie o nią. „Czy różnica pomiędzy mieczami w konstrukcji gitae maru i san-mai jest na tyle duża, że warto aż tyle dopłacać?”. Cena jest oczywiście zawsze proporcjonalna do kosztów powstałych podczas produkcji. To właśnie określa różnicę w cenie, bez względu na to, czy jeden miecz jest lepszy od drugiego, czy nie. Przynajmniej tak jest w naszym sklepie internetowym. W każdym razie nie sądzę, aby różnica pomiędzy takimi głowniami była na tyle istotna, żebyście zauważyli ją w praktyce. Zauważylibyście ją w walce. Zauważylibyście ją pod warunkiem, że obaj przeciwnicy mieliby taką samą siłę i technikę oraz wykonali przeciwko sobie takie samo cięcie; w przeciwnym razie w takim teście byłoby tyle zmiennych, że wyciągniętych z niego wniosków nie można byłoby uznać za obiektywne. Różnicę pomiędzy tymi dwiema głowniami zauważylibyście, gdybyście zabrali miecze do laboratorium i poddali je takim samym testom obciążeniowym w warunkach laboratoryjnych. Odpowiedź jest więc właściwie jednoznaczna: „NIE”. Zwykły klient i użytkownik nie zauważy różnicy pomiędzy tymi dwoma mieczami. Oczywiście różnice jednak istnieją.

     Czym zatem kierować się przy wyborze, jeżeli nie potrafimy zadowolić się ogólnymi informacjami dotyczącymi danego miecza lub mieczy? Oczywiście ja również nie zadowoliłem się dostępnymi informacjami i zadawałem sobie te pytania już w czasie, gdy zdecydowałem się stworzyć miecze, które sprzedawałbym pod własną marką „Munenori”. Chciałem możliwie najlepiej zdecydować, jakiej stali użyć do którego miecza. Podstawowa orientacja według podziału na stale węglowe i sprężynowe oraz stale węglowe według procentowej zawartości węgla przestała wystarczać, dlatego musiałem sięgnąć głębiej. Przeanalizować każdą stal osobno. Ustalić możliwości jej wykorzystania do długich głowni mieczy samurajskich przy określonym sposobie obróbki i hartowania, w czym bardzo pomogła mi analiza chemiczna poszczególnych stali oraz ustalenie zawartości poszczególnych zawartych w nich pierwiastków. I choć zawartość węgla nadal pozostaje prawdopodobnie najważniejszą zmienną, istnieje kilka innych pierwiastków, które mogą zarówno pozytywnie, jak i negatywnie bardzo znacząco wpływać na właściwości i możliwości głowni. Ponownie przy założeniu określonego sposobu obróbki, a przede wszystkim hartowania.

Stale węglowe

     Na początek chciałbym wyjaśnić kilka drobiazgów. Przede wszystkim informacja, że głownia miecza została wykonana ze stali węglowej, jest informacją marketingową, którą — podobnie jak wiele innych nieistotnych informacji — ze względu na konieczność zachowania konkurencyjności i optymalizacji pod kątem wyszukiwarek muszę również podawać. Jest ona jednak przeznaczona dla najmniej obeznanych klientów. Ogólnie w opisach mieczy lub noży podaje się także, że głownia została wykonana ze stali węglowej albo nierdzewnej, co samo w sobie również jest pozbawione sensu. Wyjaśnię… Stal to żelazo wzbogacone węglem. Każda stal jest więc węglowa. Każda stal nierdzewna jest zatem również węglowa, ponieważ jeżeli dany metal nazywamy stalą, jest oczywiste, że zawiera żelazo i węgiel. Za stale o wysokiej zawartości węgla powszechnie uznaje się stale zawierające 0,5% węgla lub więcej. Stale zawierają jednak także inne pierwiastki — albo już obecne w rudzie żelaza, które nie zostały usunięte podczas jej obróbki, albo pierwiastki dodane. Stale, do których podczas produkcji oprócz węgla dodano także inne pierwiastki, nazywamy „stopowymi”. W przypadku stali stosowanych do produkcji mieczy chodzi o stale niskostopowe. Stal nierdzewna jest więc właściwie stalą stopową, ponieważ dodano do niej chrom. Właściwości i możliwości każdej stali można zmieniać poprzez stopowanie tak, aby jak najlepiej odpowiadały celowi, do którego stal będzie wykorzystywana. Wyraźne zmiany właściwości stali można osiągnąć nie tylko przez dodanie określonego pierwiastka w określonej ilości, lecz także przez dodanie precyzyjnej kombinacji kilku pierwiastków razem, uzyskując w ten sposób specyficzne właściwości, których żaden z tych pierwiastków nie zapewni samodzielnie. Tyle zatem o podstawach klasyfikacji stali. Przyjrzyjmy się teraz, jak poszczególne pierwiastki wpływają na właściwości stali po ich dodaniu albo przeciwnie — usunięciu.

C (węgiel) – Jest pierwiastkiem, który najbardziej wpływa na stal podczas hartowania, zwiększając twardość, odporność na zużycie i wytrzymałość na rozciąganie. Jeżeli jednak jego zawartość w stali jest wysoka, a stal zostanie zahartowana do nadmiernej twardości, wzrasta kruchość stali i spada jej ciągliwość (zdolność materiału do poddawania się naciskowi przed pęknięciem). Można powiedzieć, że zawartość węgla w stali dobieramy w zależności od tego, jaką końcową twardość chcemy uzyskać. Jeżeli bowiem w stali znajdują się inne pierwiastki, które wymagają wysokiej temperatury obróbki, aby ich potencjał został wykorzystany w maksymalnym stopniu, musimy liczyć się z wysoką temperaturą hartowania, a tym samym z maksymalną końcową twardością wynikającą z ilości węgla w danej stali.

Cr (chrom) – Można powiedzieć, że ma w stali właściwości podobne do węgla. Zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie i odporność na zużycie. Jednocześnie jednak wyraźnie obniża ciągliwość, jeżeli zostanie dodany w większej ilości. Jego główną i najbardziej wyraźną zaletą jest zwiększenie odporności na korozję. Jeżeli stal jest określana jako nierdzewna, wiemy, że zawiera około 13% chromu lub więcej. Ze względu na wyraźne obniżenie ciągliwości, a tym samym zwiększenie kruchości, stale nierdzewne nie nadają się do dłuższych głowni mieczy samurajskich. Chrom znacząco zwiększa również hartowność na wskroś. Dzieje się tak jednak wyłącznie przy wysokich temperaturach hartowania; w przeciwnym razie ją obniża.

Cu (miedź) – Podobnie jak w przypadku każdego pierwiastka, także w przypadku miedzi znaczenie ma jej ilość w stali. Jeżeli jej zawartość w stali wynosi do 0,5%, jej wpływ jest pozytywny i przejawia się poprawą hartowności oraz odporności na korozję. W większej ilości dodatkowo zwiększa odporność na kwasy, która w naszym przypadku jest jednak nieistotna. Znacznie ważniejsze jest dla nas obniżenie ciągliwości i spawalności stali.

Mn (mangan) – Mangan zwiększa przede wszystkim ciągliwość stali i pomaga usuwać tlen podczas jej produkcji. Poprawia hartowność na wskroś bez niepożądanych odkształceń podczas hartowania, co z pewnością jest pożądanym efektem wśród kowali współczesnych replik mieczy samurajskich. Zapobiega utracie węgla podczas dalszej obróbki stali, na przykład podczas kucia. W dużej ilości zwiększa jednak twardość i kruchość stali (stale manganowe). Podobnie jak w przypadku niektórych innych pierwiastków, aby wykorzystać jego pełny potencjał, konieczne jest zachowanie wysokiej temperatury obróbki stali.

Mo (molibden) – Pierwiastek ten jest dodawany do stali między innymi w celu zwiększenia odporności na korozję. Jego największą zaletą jest jednak wyraźne zwiększenie twardości stali nawet przy niewielkiej zawartości procentowej, przy jednoczesnym obniżeniu kruchości, co czyni go bardzo interesującym pierwiastkiem w stalach mieczowych.

W (wolfram) – W odpowiednim połączeniu z chromem i molibdenem tworzy tzw. stal szybkotnącą. Zwiększa twardość stali podobnie jak molibden lub wanad oraz zmniejsza obrabialność. Stal można wypolerować do wyższego połysku, a ostrze narzędzia tnącego wykonanego ze stali z domieszką wolframu lepiej zachowuje ostrość. Poprawia także hartowność ostrza oraz odporność na odpuszczanie (zwiększa temperaturę odpuszczania stali) i przegrzanie. Zwiększa również hartowność na wskroś, ale aby ta właściwość została wykorzystana — podobnie jak na przykład pozytywny wpływ niklu na ciągliwość — należy osiągnąć wysoką temperaturę hartowania.

V (wanad) – Ponownie ma właściwości podobne do molibdenu lub wolframu, przy czym w przypadku tego pierwiastka są one najbardziej wyraźne. Zauważalnie wspomaga utrzymywanie ostrości narzędzi tnących i zwiększa także ciągliwość stali. Ponownie jednak konieczna jest wysoka temperatura hartowania, aby jego pozytywne właściwości ujawniły się w stali.

Ni (nikiel) – Nikiel wyraźnie zwiększa ciągliwość stali, a w połączeniu z chromem także hartowność na wskroś. Zapewnia przede wszystkim wysoką ciągliwość stali w niskich temperaturach, dlatego jest bardzo odpowiednim pierwiastkiem w stali przeznaczonej do produkcji mieczy. Jest jednak stosunkowo drogim surowcem.

Si (krzem) – Krzem ma właściwości bardzo podobne do manganu, a właściwie wspiera jego działanie i w połączeniu z nim zwiększa granicę sprężystości stali. Samodzielnie stosuje się go do odtleniania stali podczas jej obróbki oraz jako pierwiastek antyoksydacyjny. Zwiększa także hartowność na wskroś stali, lecz w mniejszym stopniu niż chrom lub mangan.

P (fosfor) – W bardzo małej ilości fosfor zwiększa twardość, obrabialność i wytrzymałość, jednak zazwyczaj uważa się go za pierwiastek niepożądany, obniżający ciągliwość stali.

S (siarka) – Podobnie jak fosfor obniża ciągliwość i zwiększa obrabialność. Zwiększa również podatność na korozję. Jest pierwiastkiem całkowicie niepożądanym w stali przeznaczonej do produkcji głowni.

Porównanie stali według zawartości poszczególnych pierwiastków

     Aby uniknąć mylących informacji i umożliwić wam samodzielną ocenę, która stal jest według was najodpowiedniejsza albo który miecz najlepiej odpowiada właśnie waszym potrzebom, zdecydowałem się porównać najczęściej stosowane stale na wykresach, podając zawartość poszczególnych pierwiastków obecnych w tych stalach. Pozwoliłem sobie jednak przy każdej stali zamieścić przynajmniej wyjaśnienie, dlaczego w mieczach sprzedawanych przeze mnie pod marką Munenori zdecydowałem się wykorzystać właśnie te stale lub ich kombinacje i dlaczego nie wybrałem innego rozwiązania.

    Jak z pewnością sami zauważycie, procentowa zawartość pierwiastków w danej stali nie zawsze jest dokładnie określona. Chodzi o pewien zakres. Na wykresach zdecydowałem się podać najwyższe możliwe wartości. Dokładny zakres poszczególnych pierwiastków zawartych w porównywanych stalach znajdziecie natomiast w tabeli pod każdym wykresem.

     Stale T10 i 1095 są prawdopodobnie najczęściej stosowanymi stalami w produkcji najbardziej wydajnych, różnicowo hartowanych replik mieczy samurajskich dostępnych na rynku. Wykonane z nich miecze są zazwyczaj hartowane do twardości w zakresie 58–62 HRC. Miecze z tych stali oferujemy w naszym sklepie internetowym w dwóch kategoriach. W kategorii „Do tameshigiri na bambusie” można znaleźć miecze z obu rodzajów stali. W kategorii mieczy w pełni funkcjonalnych oferujemy miecze w konstrukcji gitae maru wyłącznie ze stali T10, pod marką Munenori. Na stal T10 zdecydowałem się właśnie ze względu na zawartość i proporcje poszczególnych pierwiastków w tej stali oraz oczekiwane właściwości. Wcześniej w naszej ofercie znajdowały się również miecze ze składanej stali 1095, którą wybrałem dla tych mieczy ze względu na lepszą spawalność poszczególnych warstw. Niektóre kuźnie miały z tym problemy w przypadku stali T10, dlatego chciałem uniknąć wewnętrznych wad głowni. Niestety zamiast mieczy składanych z jednego rodzaju stali często otrzymywałem głownie damasceńskie, których nie chciałem, dlatego przestałem oferować te miecze.

     Zdecydowałem się porównać stale 1095 i 1060, ponieważ zainteresowała mnie zawartość poszczególnych obecnych w nich pierwiastków. Ponieważ w opisie miecza przy stali zazwyczaj podaje się jedynie zawartość węgla, podobnie jak większość osób zawsze uważałem, że stale z serii 10.. mają taką samą zawartość pozostałych pierwiastków, a różnią się jedynie zawartością węgla, przy czym dwie ostatnie cyfry oznaczają zawartość węgla w setnych częściach procenta. Niestety tak nie jest. Gdybyście przeanalizowali wszystkie stale z tej serii i sprawdzili zawartość poszczególnych pierwiastków, stwierdzilibyście, że właśnie stale 1095 i 1075 różnią się od pozostałych pod względem zawartości manganu, a zawartość tego pierwiastka jest w nich niższa niż w innych stalach, nie wyłączając stali o średniej zawartości węgla, takich jak na przykład 1045 (porównanie ze stalą 1095 poniżej). Pytanie brzmi zatem, w jakim stopniu wpływa to na wydajność stali 1095 i 1075 w porównaniu z pozostałymi stalami tej serii pod kątem ich zastosowania do produkcji głowni replik mieczy samurajskich. Osobiście, gdybym mógł wybierać, wolałbym użyć stali 1080 o zawartości węgla 0,75–0,88% i zawartości manganu takiej jak w stali 1060.

     Ze względu na wyższą zawartość manganu i jednoczesny brak innych pierwiastków obie porównywane stale są stosowane zarówno do produkcji mieczy hartowanych różnicowo w wodzie, jak i mieczy o wysokiej sprężystości, hartowanych w oleju. Chociaż różnicowo hartowane miecze ze stali 1060 oferujemy wyłącznie w kategorii „Do tameshigiri na tatami”, z własnego doświadczenia oraz doświadczeń klientów wiem, że można ich używać również do tameshigiri na zielonym bambusie. Ze względu na niską twardość od hamon do mune (grzbietu głowni) przy złej technice są jednak bardzo podatne na wygięcie. Jest to wprawdzie problem również podczas cięcia tatami, lecz przy cięciu materiałów stawiających większy opór może z czasem dojść także do niewielkiego zwiększenia sori. Miecze ze stali 1060 hartowane w oleju są natomiast, podobnie jak wszystkie miecze „sprężynowe”, hartowane do takiej samej twardości na całej powierzchni głowni i dzięki swojej sprężystości wykazują maksymalną tolerancję na błędy techniczne podczas wykonywania cięć.

     Ze względu na niską zawartość węgla, a tym samym niską twardość, stal 1045 jest stosowana przede wszystkim do tańszych mieczy dekoracyjnych. Głownie wykonanych z niej mieczy mają zazwyczaj fałszywą hamon powstałą przez szlifowanie na szlifierce taśmowej przy użyciu szablonu. Niektórzy producenci wykorzystują ją jednak także do głowni hartowanych różnicowo, które nadają się na przykład do tameshigiri na tatami.

     Ze względu na powyższe ten wykres porównawczy nie byłby więc aż tak interesujący dla osób zainteresowanych bardziej funkcjonalnymi mieczami, gdyby stali 1045 nie łączono ze stalami o wyższej zawartości węgla — zarówno w głowniach damasceńskich, jak i bardziej złożonych konstrukcjach głowni, takich jak kobuse albo san-mai.

     Dla mieczy marki Munenori w konstrukcji gitae san-mai początkowo chciałem wybrać kombinację stali T10 z inną stalą z tej serii, ale nie znalazłem żadnego miecza wykonanego z takiego połączenia stali, dlatego zacząłem szukać przyczyny. Odkryłem, że inne stale z tej serii o niższej zawartości węgla mają bardzo wysoką zawartość wolframu (około 2%), przez co mogłyby być ostatecznie bardziej kruche niż stal T10, a więc nie nadawałyby się do łączenia z nią w celu wykonania na przykład głowni san-mai. Następnie pomyślałem właśnie o połączeniu ze stalą 1045, jednak według niektórych kowali sama stal T10 wykazuje gorszą spawalność, a w połączeniu ze stalą o bardzo odmiennej zawartości pierwiastków problem ten prawdopodobnie jeszcze by się nasilił. Ostatecznie zdecydowałem się więc na połączenie stali 1095 i 1045, oczekując większej ciągliwości dzięki wyższej zawartości manganu w stali 1045, przy jednoczesnej mniejszej twardości po bokach głowni takiego miecza. Z pewnością będzie to miało jakiś efekt. Pozostaje jednak pytanie, czy na przykład zwiększenia ciągliwości dzięki manganowi można oczekiwać również w części głowni od hamon do mune, gdzie hartowanie przebiega wolniej, a głownia podczas hartowania ma również niższą temperaturę.

     Na pierwszy rzut oka jest to porównanie rzeczy nieporównywalnych. Obecnie najpopularniejsza stal do produkcji mieczy hartowanych różnicowo — T10 — oraz prawdopodobnie najpopularniejsza stal sprężynowa do głowni hartowanych w oleju — 9260. Inna technologia hartowania. Inne właściwości i możliwości, można by powiedzieć. Na pierwszy rzut oka bez względu na zawartość poszczególnych pierwiastków w stali. Paradoksalnie właśnie z tego powodu zdecydowałem się porównać te dwie stale.

     Te dwie stale, dzięki zawartości i połączeniu poszczególnych pierwiastków, są bowiem jakby stworzone właśnie do wybranych sposobów hartowania. Miecze hartowane różnicowo można zahartować do wysokiej twardości, przy czym różnica pomiędzy twardością głowni od hamon w kierunku ha lub mune wynosi około 8–10 HRC. Pozwala to uzyskać miecz bardzo wydajny podczas cięcia i przecinania, a jednocześnie na tyle podatny, aby się nie złamał, lecz w przypadku złej techniki albo na przykład zderzenia z innym mieczem jedynie wygiął się na bok. Miecze hartowane w oleju, od których wymaga się maksymalnej sprężystości, w miarę możliwości w równowadze z maksymalną twardością ostrza, mają natomiast twardość niższą, powiedzmy o 4–6 HRC. W przypadku takich mieczy, jeżeli zostały prawidłowo zahartowane, wygięcie głowni nie grozi. Są jednak znacznie bardziej podatne na złamanie. Od was zależy więc, które z tych właściwości będziecie preferować.

     W tym przypadku chodzi o dwie najczęściej stosowane stale sprężynowe hartowane w oleju. Podczas gdy stal 9260 jest powszechnie wykorzystywana do replik mieczy samurajskich o typowych dla nich parametrach głowni, stal 5160 jest z jakiegoś powodu wybierana przez producentów mieczy (prawdopodobnie właśnie ze względu na zawartość i procentowe proporcje poszczególnych pierwiastków) do replik chińskich i koreańskich mieczy o jednostronnym ostrzu, których głownie są wyraźnie cieńsze, a jednocześnie szersze niż głownie mieczy japońskich.

     Oczywiście zdaję sobie sprawę, że moja wiedza z zakresu metalurgii jest bardzo powierzchowna, a ponieważ sam nie produkuję głowni mieczy, ma ona również raczej charakter teoretyczny. Ewentualnie jestem zdany na informacje od osób, które faktycznie kują głownie. Jestem jednak przekonany, że artykuł ten może być dla niektórych osób zainteresowanych nie tylko zakupem repliki miecza samurajskiego wartościowym źródłem informacji i dodatkową pomocą przy wyborze konkretnego miecza na podstawie jego głowni. Dziękuję zatem za uwagę poświęconą jego lekturze i mam nadzieję, że właśnie wam ułatwi wybór.

Inne kryteria, którymi można kierować się przy wyborze miecza, znajdziecie na przykład tutaj.

W imieniu sklepu internetowego Blades.cz,

Eduard Valentík.

Źródła:

http://www.tumlikovo.cz/

http://zknives.com/index.shtml

https://cs.wikipedia.org/

http://svanda.webz.cz/index.html