Pavel Bolf

Blogs

Pavel Bolf Katana kaji

tatara a tamahagane

Tatara a tamahagane.

Použití Tradičně vyrobené oceli tamahagane  při výrobě čepele je jedním ze zásadních znaků Japonského meče. Tato ocel bývá v několika posledních letech označována jako ,,jewel steel“ (klenot, šperk, skvost, drahokam). Toto označení pravděpodobně vzniklo mimo Japonsko. Důvodem může být jak krásný vzhled rozlámaných kusů tradiční oceli a její ohromující stříbrná krystalická struktura s dutinami vybarvenými odstíny modré, fialové a zlaté barvy, ale také legendami opředená pověst vytvořená v Japonsku. Mnoho zdrojů tamahagane prezentuje jako ocel výjimečných vlastností, které dělají Japonský meč skutečným Japonským mečem. Co je tedy Tamahagane ?

Pokud bychom se chtěli pokusit definovat, co je ocel tamahagane, zněla by definice asi takto: ,,Tamahagane je ocel produkovaná technikou redukce železné rudy na dřevěném uhlí v peci tatara“.

Samotné slovo Tamahagane a Tatara jsou japonskými názvy pro takto vyrobenou ocel a k tomuto účelu postavenou pec. Specifikem je v případě oceli vstupní surovina. Používanou železnou rudou jsou černé železité písky satetsu. Za tímto názvem se skrývají slova sa (písek) a tetsu (železo, ocel). Přeloženo tedy železité písky. Tato speciální surovina není ničím jiným, než erodovanou železnou rudou (magnetit). Drobné částice rudy se splavují při deštích z kopců do řek. Protože jsou těžší než většina okolního sedimentu, usazují se ve vrstvách v místech, kde je proud vody pomalejší. To umožňuje jejich těžbu. Jejich sběr a čištění od okolních částic písku je v současnosti prováděno pomocí magnetu, ke kterému se magnetitový písek přichytí. Hlavním historickým důvodem použití železitých písků při výrobě oceli v Japonsku byl nedostatek jiných zdrojů kvalitní železné rudy. Jednou z významných uváděných vlastností této suroviny je údajná chemická čistota železitých písků vyskytujících se na území Japonska.  Tato informace je pravdivá jen z části. V Japonsku je mnoho oblastí s výskytem železitých písků, ale jen některé oplývají rudou bez příměsí nežádoucích prvků, jako je fosfor nebo síra. Pro výrobu tamahagane používaného na výrobu čepelí mečů se tedy používala ruda z takových nalezišť, které obsahovaly rudu bez chemických příměsí o maximálně možné čistotě.  To je podobné i u nalezišť rudy mimo Japonsko. Například v Evropě se často v železné rudě vyskytuje mangan. Přesto například ve Švédsku lze pořídit magnetit bez těchto příměsí s téměř dokonalou chemickou čistotou.

 

Výroba oceli (redukce).

Samotný proces přeměny železné rudy v ocel se nazývá redukce. Ta probíhá ve vertikální šachtovité peci. Jako palivo se používá dřevěné uhlí. To musí být podobně jako železná ruda chemicky čisté. Například dubové dřevo obsahuje síru, která během procesu redukce kontaminuje ocel. Zdrojem chemického znečištění produkované oceli může být také hlína, z které je postavená pec. Při vysokých teplotách uvnitř pece dochází k tavení vnitřní vrstvy hlíny a uvolňování v ní obsažených chemických prvků do redukčního prostředí (plyny uvnitř pece). Ty se pak můžou navazovat na ocel a chemicky ji znečistit.

 

Pec (tatara).

Před vznikem vysokých pecí schopných produkovat v podstatě nepřetržitě velké množství oceli byly možnosti výroby oceli značně omezené. K redukci železné rudy se používaly vertikální šachtovité pece s nuceným přísunem vzduchu v spodní části. Zjednodušeně popsáno se jednalo o pec ve tvaru kužele. V její spodní části nade dnem byla vývěva, kterou se do pece vháněl pomocí měchu vzduch. Pec se plnila vrhem střídavě dřevěným uhlím a rudou. Tento proces byl poměrně zdlouhavý a produkoval omezené množství oceli v závislosti na velikosti pece. Také kvalita vyprodukované oceli nebyla konzistentní. V produkci oceli v menší peci s objemem vsázky cca 100 kg dřevěného uhlí  a 30 kg železné rudy trvá redukce asi 3 hodiny a produktem je 10-15 kg oceli (tamahagane) v závislosti na kvalitě použité železné rudy a optimalizaci celého procesu. Kus takto vyprodukované oceli je při optimálních parametrech pece a ideálním průběhu procesu redukce tvořen pouze vysokouhlíkovou oceli s obsahem uhlíku mezi 0,9-1,5 %. To znamená, že je všechna ocel použitelná pro výrobu hagane, oceli tvořící plášť a břit čepele. Při použití větší pece (širší vnitřní průměr) získáme větší množství oceli. Proces redukce je však delší. Vyredukovaná ocelová kera nad 15 kg má výraznější rozdíly obsahu uhlíku mezi povrchem a jádrem. Čím větší kera, tím nižší obsah uhlíku uvnitř. Ocel s obsahem uhlíku pod 0,5% je nekalitelná. Pro břitovou ocel je však nepoužitelná již ocel s obsahem uhlíku pod 0,8%, protože během jejího zpracování kovářským překládáním se obsah uhlíku dále snižuje. Ideální obsah uhlíku v tamahagane pro výrobu břitové oceli je cca 1,2-1,0%.

 

V dokumentech o výrobě tamahagane v Japonsku je prezentována obvykle velká tatara. Pec obdelníkovité základny o výšce stěny asi 1,5 m a řadou vývěv přivádějících do pece vzduch z obou delších stran je plněna nepřetržitě po tři dny a noci vsázkou cca 15-20 tun uhlí a železitých písků. Výsledkem je asi 2,5 tuny vážící ocelová kera. Náročnost celého procesu je vskutku extrémní. Konstrukce pece, její stavba, množství použitého materiálu i samotná délka procesu redukce oceli, vyjmutí obrovské kery z pece a její dělení na menší použitelné části, to vše je velmi náročné. Získané oceli je sice velké množství, ale její kvalita nauhličení je značně  rozdílná. Obsahuje výrazný  podíl nízkouhlíkové oceli, kterou je při použití na výrobu hagane potřeba po vytřídění přetavit a nauhličit metodou oroshigane.

Významnou výhodou oceli z velké tatary je po jejím rozbití a vytřídění její čistota. Kusy oceli nejsou znečištěné povrchově zbytky strusky a uhlí, jako je tomu u oceli z malé pece. Díky tomu je při přípravě oceli pro meč s takovým materiálem o něco jednoduší práce.

 

Vliv oceli na metalurgii čepele.

 Z nějakého důvodu je ocel z menších pecí výrazně senzitivnější při tvorbě metalurgických efektů. Při použití vysoce kvalitního a čistého tamahagane vyrobeného v Shimane se mi nedaří vytvářet utsuri a obecně je metalurgicky čepel z něj chudší. Také barva oceli je stříbrná, podobně jako čepele z moderní vysokouhlíkové oceli. U čepelí z mnou produkovaného tamahagane v malé tataře je utsuri velmi výrazné, obvykle nie utsuri. Nejvýraznějších metalurgických efektů pak dosahuji při kombinaci tamahagane z malé pece a oroshigane v poměru 1:3. Tamahagane z malé pece vytváří ocel stříbrné barvy s nádechem do modra. Oroshigane pak výrazně modré zabarvení oceli. To je však jen moje zkušenost a zkušenost jiných řemeslníků může být zcela odlišná.  

 

Závěr.

Ocel pro Japonské meče a její výroba jsou obestřeny aurou tajemna. Současná výroba tamahagane pro mečíře v japonském Shimane byla obnovena v druhé polovině 20.století. Byla vybudována na základě v podstatě neexistujících a neucelených informacích o historických způsobech produkce oceli v Japonsku. Absence historických písemných záznamů o technologiích získávání oceli neumožnila čerpání objektivních informací. Celý proces tak byl postaven na starožitném obrazovém svitku s vyobrazením tatary. Součásti scenerie na svitkovém obraze byly i božstva, sledující proces výroby oceli. Mám trochu pocit, že takto je prezentována výroba tamahagane i v současnosti. Ve světě Japonských mečů jsou mýty a legendy o vyjímečnosti tamahagane i jeho produkce udržovány a přikrmovány. Zcela opomíjen je import oceli do Japonska, používané pro výrobu mečů v různých historických obdobích. Ve skutečnosti však byla kvalitní ocel pro zbraně významnou obchodovanou surovinou jak v Japonsku, tak i v Evropě. Technologická výjimečnost redukce rudy na ocel v tataře není ve skutečnosti žádná. Stejné metody bylo využíváno ve všech kulturách schopných produkovat ocel. Vyjímkou je snad svým objemem velká tatara. O jejím využívání při běžné produkci oceli v dávné historii mám však vzhledem k mnoha jejich nevýhodám a náročnosti celého procesu nemalé pochybnosti. Řemeslníci po celém světě se obvykle snažili pracovat levně, efektivně a technologie si zjednodušovat, ne komplikovat. Používání menších pecí by pak dávalo větší smysl. K tomuto názoru mně také vede srovnání metalurgie starých  a současných mečů. Samotná ocel tamahagane je tak výjimečná pouze svojí autenticitou. Z pohledu hutnictví a metalurgie je to primitivním způsobem vyredukovaná nelegovaná vysokouhlíková ocel. Její chemická čistota je ovlivněna chemickou čistotou vstupních surovin. Její označení jako ,, Jewel steel“ je spíše romantického charakteru a je založeno na jejím mnohdy krásném vzhledu v surovém stavu, než na jakékoliv její reálné vyjímečnosti coby suroviny. Technologicky  japonské historické metody procesu získávání oceli redukcí v šachtové peci se ničím výrazně neliší od obdobných historických metod metod používaných po celém světě. To platí i pro metody zušlechtění tamahagane nižší nebo nevyhovující kvality metodou přetavení (oroshigane). Naopak, mimo Japonsko existovaly zušlechťovací technologie pokročilejší,  produkující ocel výrazně kvalitnější. Například kelímkový wootz (bulat). Technika zpracování tamahagane metodou překládání za účelem vyčištění, homogenizace a redukce obsahu uhlíku byla mimo Japonsko běžně používanou metodou. Taktéž skladba oceli různých kvalit a obsahů uhlíku (shingane, hagane, kawagane…) v paketu před vytažením do tyče z které se následně tvarovala čepel, byla technika známá a běžně používaná. Mnohé keltské, nebo vikingské meče byly svojí materiálovou skladbou  a zpracováním mnohem sotisfikovanější a technologicky náročněji provedené, než čepele Japonských mečů. Za zmínku stojí i skutečnost, že hutnictví a zpracování oceli byly v Evropě na takto vysoké úrovni již několik století před naším letopočtem.

 

Tradičně vyredukovaná ocel a moderní ocel.

Moderní ocel je vyrobená ve vysokých pecích. V nich se jako palivo obvykle používal koks. Zásadním rozdílem je skutečnost, že ocel ve vysoké peci projde zcela tekutým skupenstvím. Během této fáze se struska oddělí od oceli a hromadí se na hladině tekuté oceli. Tekuté skupenství oceli umožňuje odlévání ingotů v podstatě homogenní a čisté oceli.

V šachtovité peci tatara menších rozměrů lze také produkovat tekutou ocel. Tato metoda však není v mečířství příliš využívaná. Velká tatara produkuje ocel v podobě nehomogenního slitku. Ocel v procesu redukce vytváří houbovité, polotekuté struktury. Výsledná kera je tedy z hutnického pohledu tvořena ocelí nižší kvality, než je ocel produkovaná ve vysokých pecích. Avšak, čepele vyrobené z překládané moderní oceli jsou podle mého názoru a zkušeností odlišné. Vizuálně jsou poněkud sterilní. Překládání moderní oceli má estetický význam. Vytváří se tak ,,hada“, překládaná struktura oceli. Po mechanické stránce vytváření laminované struktury může zvýšit houževnatost čepele. Také se překládáním moderní oceli snižuje obsah uhlíku v ní na požadované hodnoty, ideální pro čepel meče. Paradoxně, technika překládání a vytváření vrstev narušuje homogenitu použité moderní oceli. Dalo by se říct, že se díky tomu výsledná zpracovaná ocel podobá překládané tradiční oceli. U tradiční oceli má překládání opačný efekt a z nehomogenní oceli se stává ocel relativně homogenní. Částice oceli v struktuře hada jsou oproti moderní oceli bohatší a výraznější. Podobného efektu však lze docílit použitím moderních ocelí s různým obsahem uhlíku při stavbě základního paketu na začátku procesu překládání.

Výraznějších rozdílů je však možné si všimnout po procesu kalení. Provedl jsem během své dvacetileté praxe v oboru mečířství a nožířství celou řadu srovnávacích experimentů a dosáhl několika zjištění. Čepele z moderní oceli jsou náchylnější k praskutí v průběhu kalení. Testoval jsem také odolnost oceli při opakovaném kalení. Dvě podobně zpracované čepel z moderní a tradiční ocli jsem opakovaně zakalil. Mezi jednotlivými cykly jsem čepel vždy zahřál na teplotu cca 900 °C a nechal ji pomalu zchládnout.  Tím ji popustil a odstranil původní linii hamon a pnutí v oceli. Čepel z moderní oceli zvládla dva cykly. Při třetím kalení se objevily podélné praskliny v oceli v oblasti linie hamon. Čepel z tradiční oceli snesla 7 cyklů kalení bez defektů. Po sedmém kalení jsem již v experimentu nepokračoval.

Dalším významným rozdílem je senzitivita oceli a její schopnost vytvářet různé metalurgické struktury. Moderní ocel vytvářela při opakovaných experimentech pěkné linie hamon, výraznou nioi, kinsuji, sunagashi. Překvapivě byla moderní ocel schopná vyprodukovat  i utsuri, byť jeho výraznost zdaleka nedosahovala kvalit utsuri u tradiční oceli. Téměř nikdy se nevytvořily nie.  Tradiční ocel vytvářela také efekty  nie, nie utsuri, koshiba. Kinsuji a sunagashi byly také přítomny. To jsou však efekty způsobené spíše technikou překládání a kalení je jen částečně ovlivňuje.

Rozdíl byl také v tvrdosti oceli. U moderní oceli je hamon při stejných naměřených hodnotách (např. 62 HRC) pocitově tvrdší. Při broušení na kameni arato je kontrast hamon/ji výraznější než u stejně tvrdého hamonu u čepele z tradiční oceli. Hamon má  modrou barvu, po vyleštění až sklovitě lesklou a tmavě modrou. Je také náchylnější k výlomům. Při takto vysoké tvrdosti se ocel na břitu při leštění drolí. (mikrovýlomy) Pro dosažení optimálnějších vlastností srovnatelných s čepelemi z tradiční ocelí je lepší čepel z moderní oceli popustit při teplotě cca.250°C na tvrdost kolem 60 HRC.

Vizuální vlastnosti. Je těžké objektivně srovnávat vizuální vlastnosti čepelí z moderní a tradiční oceli. Čepele z moderní oceli můžou být méně metalurgicky aktivní. Konečný výsledek je však v tomto pohledu závislý spíše na schopnosti leštiče. Domnívám se, že pokud je mečíř i leštič schopným řemeslníkem, nelze poznat rozdíl mezi čepelí z tamahagane a moderní oceli. Vysoký podíl oroshigane u čepelí z tradiční oceli  dle mého názoru dává čepelím více ,,Koto“ charakter. Záleží ale vždy na zpracování oceli a způsobu kalení.

Posledním rozdílem mezi moderní a tradiční oceli je korozivzdornost. V obou případech se jedná o nelegovanou vysokouhlíkovou ocel. Například moderní nástrojová ocel 19 191(cz) je chemickým složením podobná tamahagane. Přes svoji podobnost je ale moderní ocel náchylnější ke korozi, než tradiční ocel.  Nevím, proč tomu tak je.