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ダマスカス鋼（アラビア語：فولاذ دمشقي）は、近東 でウーツ法で鍛造された歴史的な剣の刃の高炭素るつぼ鋼を指します。流水を思わせる独特の縞模様と斑点模様が特徴で、時には「はしご」や「バラ」模様になります。「ダマスカス鋼」は、強靭で割れにくく、鋭く弾力のある刃に研ぐことができることで高い評価を得ました。[1]
「ダマスカス鋼」という用語は、おそらく初期のブランド化の例である中世の都市ダマスカス（シリア）にその起源を遡ることができます。しかし、現在では、多くの剣、または少なくともそれらを鍛造した鋼のインゴットは、他の場所から輸入されたという一般的な合意があります。もともと、それらは、使用された製鋼技術が最初に開発された南インドから、またはイランのホラーサーンから来ました。[2] [3 ]
ダマスカス鋼の評判と歴史は、ライフルの銃身を切断したり、刃に落ちた髪の毛を切断したりする能力など、多くの伝説を生み出しました。現代の多くの種類の鋼は古代のダマスカス合金よりも優れていますが、ダマスカス鋼は非常に柔軟であると同時に非常に硬いため、製造工程での化学反応により、当時としては並外れた刃物となりました。
中世のダマスカス鋼の製造に使われた方法は、19 世紀後半までに廃れてしまいました。現代の製鉄業者や冶金学者は、ダマスカス鋼を徹底的に研究し、製造方法に関する理論を展開し、大きな進歩を遂げてきました。中世のダマスカス鋼の正確なパターンは再現されていませんが、積層、帯状化、模様付けなどの同様の技術を使用して、類似のバージョンが多数作られています。これらの現代の複製は、ダマスカス鋼または「現代のダマスカス」とも呼ばれています。
ネーミング
「ダマスカス鋼」という名前の由来は議論の的となっている。イスラム学者のアル・キンディー（フルネームはアブ・ヤアクーブ・イブン・イシャク・アル・キンディー、西暦800年頃～873年頃）とアル・ビルニー（フルネームはアブ・アル・ライハン・ムハンマド・イブン・アフマド・アル・ビルニー、西暦973年頃～1048年頃）はともに、剣や剣用の鋼について、表面の外観、製造または鍛造の地理的な場所、鍛冶屋の名前などに基づいて著述しており、それぞれが「ダマスカス」または「ダマスカス」の剣についてある程度言及している。
アル・キンディーとアル・ビルニーによれば、鋼鉄の文脈における「ダマスカス」という用語の出典として考えられるのは 3 つあります。
- アル＝キンディーはダマスカスで生産され鍛造された剣をダマスカス剣と呼んだが[5]、これらの剣には鋼に模様があるとは記述されていない。
- アル＝ビールニーは、るつぼ鋼で刀を作ったダマスキという刀鍛冶について言及している。[6]
最も一般的な説明は、鋼鉄はシリアの首都であり、古代レバント地方最大の都市の一つであるダマスカスにちなんで名付けられたというものである。これらの剣の多くが売られていたダマスカスでは、るつぼ鋼の現地生産の証拠はないが、輸入鋼がダマスカスで剣に鍛造されていたという証拠はある。[7] [8]この名前は、初期のブランド化の形であった可能性がある。
「ダマスカス鋼」は、ダマスカスで直接製造または販売された刀剣を指す場合もあれば、ダマスク織物（ダマスカスにちなんで名付けられた）[9] [10]と同じように、刀剣の表面に特徴的な模様がある刀剣を指す場合もあります。
歴史
ダマスカス鋼の刃は、南インド（現在のテランガーナ州、タミル・ナードゥ州、ケララ州）から輸入されたウーツ鋼の塊から、近東で初めて製造されました。 [11]アル・キンディーは、輸入された鋼に加えて、るつぼ鋼はムハッラールとして知られるホラーサーン[4]でも作られたと述べています[12] 。 [5]インド国外でも、メルヴ（トルクメニスタン）やイランのヤズドなど、るつぼ鋼の国内生産が行われていました。 [13] [14]
ウーツ鋼はインド（特にゴルコンダ）とスリランカで刃物に加工されたほか、ホラーサーンやエスファハーンなど刃物の製造に鋼が使われた地域や中東全域など、 さまざまな生産拠点にインゴットとして輸出された。
アラブ人はダマスカスにウーツ鋼を持ち込み、そこでは武器産業が栄えました。[15] 3世紀から17世紀にかけて、鋼のインゴットは南インドから中東に輸送されていました。 [16]
西番が産出する斌鉄は特に良質である。『保蔵論』には「鉄には五種類ある…（最初の二つは湖北省と江西省産）」とある。斌鉄はペルシャ（波斯）産で、非常に硬く鋭いため、金や玉を切ることができる…（最後の二つは山西省と南西部産）」とある。[17]
— 李時珍
評判
ダマスカス鋼の評判と歴史は、ライフルの銃身を切断したり、刃に落ちた髪の毛を切断したりする能力など、多くの伝説を生み出しました。現代の多くの種類の鋼は古代のダマスカス合金よりも優れていますが、ダマスカス鋼は非常に柔軟であると同時に非常に硬いため、製造工程での化学反応により、当時としては並外れた刃物となりました。
現存する模様付きるつぼ鋼の剣の例は、弾性限界を超えて曲げられた後も曲がりを維持するような方法で焼き入れされていることが多かった。[18]
文化的な言及と誤解
物語『ベオウルフ』の中でベオウルフがグレンデルの母親を殺すために使った刃は、いくつかの現代英語訳では「ダマスカスの刃」と表現されている。 [19] [20]
よくある誤解は、鋼を奴隷の背中と太ももに6回突き刺すことで硬化させたというものである。これは、1894年11月4日のシカゴトリビューン紙28ページの「ダマスカス鋼の焼き入れ」と題された記事に端を発している。その記事には、「フォン・オイレンシュピーゲル教授」が「古代ティルスの遺跡の中で」巻物を発見したと書かれている。「オイレンシュピーゲル」とは中世ドイツの伝説的ないたずら者の名である。[21]
現代文化では
ジョージ・R・R・マーティンの小説シリーズ「氷と炎の歌」とそのテレビドラマ版「ゲーム・オブ・スローンズ」に登場する、非常に強力な架空のヴァリリア鋼は、ダマスカス鋼にインスピレーションを受けて作られたが、魔法のひねりが加えられているようだ。[22]ダマスカス/ウーツ鋼と同様に、ヴァリリア鋼も古代文明の失われた技術のようだ。しかし、ダマスカス鋼とは異なり、ヴァリリア鋼の刃はメンテナンスの必要がなく、通常の戦闘では損傷しない。
材料と機械的特性
Verhoeven、Peterson、Bakerは、ダマスカス鋼の機械的特性評価を完了し、引張試験と硬度試験を実施しました。[23]彼らは、ダマスカス鋼が機械的特性に関して1.0重量％炭素を含む熱間圧延鋼棒とある程度匹敵することを発見しました。平均降伏強度740MPaは、熱間圧延鋼の降伏強度550MPaよりも高く、平均引張強度1070MPaは、熱間圧延鋼の引張強度965MPaよりも高かったです。
これらの結果は、ダマスカス鋼のパーライト間隔が細かくなり、微細構造が改良されたためと考えられます。伸び率と面積減少率も、熱間圧延鋼の平均よりわずかに高くなっています。ダマスカス鋼のロックウェル硬度の測定値は 62 ～ 67 でした。これらの機械的特性は、材料を構成する鋼から予想される特性と一致しており、元の鋼によって作成された上限と下限の間にあります。
折りたたみ
別の研究では、1075鋼と15N20鋼から製造されたダマスカス鋼の特性を調査しました。これらの鋼は炭素の含有量がほぼ同じですが、15N20鋼には2重量%のニッケルが含まれています。[24] 1075鋼は強度は高いが靭性は低く、パーライト微細構造を持ち、15N20鋼は靭性が高く、フェライト微細構造を持つことで知られています。結果として得られた積層ダマスカス鋼の機械的特性は、製造時に54回折り曲げたサンプルと250回折り曲げたサンプルで特性評価されました。
シャルピーVノッチ衝撃試験では、54折りサンプルの衝撃靭性は4.36 J/cm 2、250折りサンプルの衝撃靭性は5.49 J/cm 2であることが示されました。引張試験では、両方のサンプルの降伏強度と伸びはそれぞれ約475 MPaと3.2%で同様であることが示されました。ただし、54折りサンプルの最大強度は、250折りサンプルの最大強度よりも著しく低くなりました（750 MPa対860 MPa）。この研究では、折り畳みプロセスが鋼の機械的特性に大きな影響を与え、折り畳み数が増えるにつれて靭性が向上することが示されました。[24]この効果は、ミクロ組織の薄化と微細化によるものである可能性が高く、最適な特性を得るには、鋼を数百回折り畳む必要があります。
ダマスカス鋼から作られた他の鋼のさらなる研究でも同様の結果が示され、折り目が増えると衝撃強度と靭性が向上することが確認され、この発見は高温でも一貫していることが判明しました。[25]また、ダマスカス鋼の機械的特性と元の材料を比較したところ、ダマスカス鋼の特性は2つの構成鋼の特性の中間に位置し、複合材料の特性と一致していることがわかりました。
ラミネートとバンド
積層材やバンドの加工や設計も機械的特性に大きな影響を与える可能性がある。焼き入れ温度や鋼を焼入れする液体に関係なく、衝撃がバンドの方向に対して垂直である場合のダマスカス鋼の衝撃強度は、衝撃がバンドの方向に対して平行である場合の衝撃強度よりも大幅に高い。[26]
これはダマスカス鋼の破損および破壊メカニズムによるもので、亀裂は 2 つの構成鋼の界面に沿って最も速く広がります。衝撃がバンドに平行に向けられると、亀裂は積層界面に沿って容易に広がります。衝撃がバンドに垂直に向けられると、積層界面は効果的に保護され、亀裂をそらし、亀裂が材料を伝わるのに必要なエネルギーが増加します。バンドの方向は、変形を防ぎ、靭性を高めるように選択する必要があります。
冶金プロセス
るつぼ「ダマスカス」鋼を冶金構造[27]に基づいて識別することは困難であり、るつぼ鋼を他の種類の鋼と1つの基準だけで確実に区別することはできないため、るつぼ鋼の以下の特徴を考慮する必要があります。
- るつぼ鋼は液体であり、実質的にスラグのない比較的均質な鋼含有量をもたらす。
- 樹状突起の形成は典型的な特徴である
- サンプル全体にわたる樹枝状および樹枝状間領域への元素の偏析
これらの定義によれば、るつぼ鋼の現代の再現[7]は歴史的な例と一致しています。
ビン鉄：西夷人が生産した。螺旋状の模様があるものもあれば、胡麻状や雪の結晶状の模様があるものもある。ナイフや刀を拭いて「金糸」ミョウバンで処理すると、模様が現れる。銀よりも価値がある。[28]
— 曹昭
炭素の添加
ウーツ鋼のインゴットを得るための製錬工程では、木質バイオマスと葉が、微量合金元素を豊富に含む特定の種類の鉄とともに、炭化添加剤として使用されていたことが知られています。これらのインゴットはその後さらに鍛造され、ダマスカス鋼の刃に加工されました。現在、研究により、カーボンナノチューブは植物繊維から得られることが示されており、[29]ナノチューブが鋼鉄の中でどのように形成されたかを示唆しています。一部の専門家は、より詳細な分析が進むにつれて、より多くの遺物からそのようなナノチューブが発見されると予想しています。[30]
ウーツは、ビルニによって「シャブルカン」（硬い鋼、おそらく白鋳鉄）と「ナルマハン」（軟らかい鋼）を使用した共融合プロセスで作られたとも言われている。[31]どちらも、高炭素および低炭素のブルーム鉄、または鋳鉄を含む低炭素ブルームのいずれかの形態であった。[32]このようなるつぼレシピでは、必要な炭素含有量を提供するために植物材料を追加する必要はなく、したがって、セメンタイトのナノワイヤやカーボンナノチューブは植物繊維の結果ではなかったであろう。
現代の研究
ドイツの研究チームは2006年にダマスカス鋼で鍛造された刃物にナノワイヤとカーボンナノチューブが含まれていることを明らかにする報告書を発表しました。 [33] [30] [34]しかし、アイオワ州立大学エイムズのジョン・ヴァーホーヴェンは、るつぼ鋼にナノワイヤが含まれていることを報告した研究チームが見ていたのはセメンタイトであり、セメンタイト自体も棒状に存在する可能性があるため、棒状構造にはカーボンナノチューブが含まれていない可能性があると示唆しています。[35]
技術の喪失
こうした模様のある刀の生産は徐々に減少し、1900年頃には中止された。最後の記録は1903年にスリランカでクーマラスワミによって記録されたものである。[27] 18世紀と19世紀の一部の銃工は、模様を溶接した銃身を「ダマスカス鋼」と呼んでいたが、るつぼ鋼は使用していなかった。この衰退を説明するために、いくつかの現代理論が試みられている。
- この鋼の貿易は距離が遠いため、貿易ルートの長期間にわたる中断によりダマスカス鋼の生産が終了し、最終的にはその技術が失われる可能性があった。
- 鋼鉄の生産に必要な材料が別の生産地域から入手された場合、またはこれらの重要な微量元素が欠如している鉱石から製錬された場合、タングステン、バナジウム、マンガンなどの炭化物形成物質の主要な微量不純物は鋼鉄の生産に必要な材料内に存在する必要がない可能性がある。[7]
- 特定の温度での最初の鍛造後に制御された熱サイクルを行う技術も失われ、その結果、鋼に最終的なダマスク模様が形成されなかった可能性がある。[7] [8]
- イギリス領インド帝国による生産税や輸出禁止という形での鉱業と鉄鋼製造の混乱も、主要な鉱石源や主要な技術に関する知識の喪失につながった可能性がある。[36]
現代の推測
ダマスカス鋼の成分中にカーボンナノチューブが含まれているとされる発見が事実であれば、ウーツ鋼の生産が鉱石源や技術的知識の喪失により中止されたという仮説を裏付けるものとなる。カーボンナノチューブの沈殿は、おそらく特定のプロセスの結果であり、生産技術や使用される原材料が大幅に変更された場合、再現が困難になる可能性があるからである。[37]カーボンナノワイヤーが発見されたという主張は、その後の研究によって確認されておらず、観察されたナノワイヤーが実際には伸びたいかだなのか、セメンタイト球状体から形成された棒なのかについては、学者の間でも論争がある。[35]
現代のダマスカス鋼の複製の試みは、原材料や製造技術の違いにより必ずしも完全に成功するとは限らないが、現代では数人の研究者が、オリジナルのダマスカス鋼と一致する、表面に目に見える炭化物の縞模様を持つパターン形成過共析るつぼ鋼の製造に成功している。[7] [8] [38]
現代の複製
考古学者たちは実験考古学を用いてダマスカス鋼の再現を試みてきました。多くの人がダマスカス鋼の製造方法 を発見したり、リバースエンジニアリングしたりしようと試みてきました。
モラン：ビレット溶接
パターン溶接というよく知られた技術（複数の異なる部品からブレードを鍛接する）は、ダマスカスブレードに見られるものと似た表面パターンを生み出すため、現代の鍛冶屋の中には、オリジナルのダマスカスブレードはこの技術を使用して作られたと誤って信じる者もいた。しかし、今日では、ウーツ鋼とパターン溶接の違いは完全に文書化され、よく理解されている。[39] [40] [41]パターン溶接鋼は、1973年にブレードスミスのウィリアム ・F・モランがナイフメーカーズギルドショーで「ダマスカスナイフ」を発表して以来、「ダマスカス鋼」と呼ばれている。[42] [43]
この「現代のダマスカス」は、数種類の鋼と鉄のスライスを溶接してビレットを形成して作られており、現在、「ダマスカス」という用語は（技術的には正しくないが）、業界では現代のパターン溶接鋼の刃物を表すために広く受け入れられている。[44]パターンは、鍛冶屋がビレットをどのように加工するかによって異なります。[43]ビレットは引き伸ばされ、必要な数の層が形成されるまで折り畳まれます。[43]モランが設立したアメリカ刃物職人協会 でマスタースミスの資格を取得するには、鍛冶屋は最低300層のダマスカス刃物を鍛造する必要があります。[45]
ヴァーホーヴェンとペンドレー：るつぼ
JD・ヴァーホーヴェンとAH・ペンドレーは、ダマスカス鋼の元素、構造、外観の特徴を再現する試み[46]に関する論文を発表しました[7] 。彼らは、インド産のウーツ鋼の特性と一致する鋼塊から始めましたが、これはヴァーホーヴェンとペンドレーが入手できた数多くのダマスカス鋼の特性とも一致していました。
ウーツ鋼は柔らかく、焼きなましされた状態で、過共析状態から生じたセメンタイト球状体の中に、純粋な炭化鉄の粒と粒構造を持っていた。バーホーベンとペンドレーは、鋼の表面の粒が炭化鉄の粒であることをすでに突き止めていた。彼らの目標は、ダマスカス鋼の刃に見られる炭化鉄のパターンをウーツ鋼の粒から再現することだった。
このような材料は低温で加工して、パターン溶接されたダマスカス鋼と同じように、フェライト/パーライトとセメンタイトの球状帯が混在する縞模様のダマスカスパターンを生成することができるが、炭化物を溶解するのに十分な熱処理はパターンを永久に破壊すると考えられていた。しかし、VerhoevenとPendrayは、真のダマスカス鋼のサンプルでは、鋼を中温で熱サイクルと熱操作することでダマスカスパターンを回復できることを発見した。[47]
研究者らは、炭化物形成元素のうちの 1 つであるバナジウムは、炭化物を溶解するのに必要な温度よりも高い温度に鋼が達するまで分散しないことを発見しました。したがって、高温処理によって炭化物に関連する模様の視覚的証拠は除去できますが、炭化物形成元素の根本的な模様は除去できませんでした。
その後、炭化物が再び安定する温度で低温熱処理を施すと、それらの元素による炭素の結合によって構造が回復し、その場所にセメンタイト球状体が偏析する可能性があります。
鍛造後の熱サイクルにより、炭素は炭化物形成物質よりもはるかに速く移動するため、これらの炭化物形成物質上に炭素が凝集します。熱サイクルが進行すると、オストワルド熟成によってセメンタイト球状体が粗大化します。
アノソフ、ワズワース、シャービー：ブラート
ロシアの年代記には、ブラット鋼と呼ばれる素材が、剣、ナイフ、斧などの高価な武器の製造に使われたことが記録されている。ロシア皇帝ミハイルは、 1621年にブラット製のヘルメットを作らせたと伝えられている。ブラットの正確な起源や製造方法は不明だが、ペルシャやトルキスタン経由でロシアに輸入された可能性があり、ダマスカス鋼に似ており、同じものだった可能性もある。パベル・ペトロヴィッチ・アノソフは、 19世紀半ばにその製造法を再現することに成功した。ワズワースとシャービーもブラット鋼の再現を研究し[8]、1980年にその結果を発表した。
追加調査
ドレスデン工科大学の研究チームは、 X線と電子顕微鏡を使用してダマスカス鋼を調べたところ、セメンタイト ナノワイヤ[48]とカーボンナノチューブ[33]の存在を発見しました。ドレスデンチームのメンバーであるピーター・パウフラーは、これらのナノ構造は鍛造プロセスの結果であると述べています。[30] [49]
サンダーソンは、鍛造と焼鈍のプロセスがナノスケールの構造を説明すると提案している。[49]
ドイツの研究者らは、従来の折り曲げや鍛造ではなく、レーザー積層造形技術によって高強度ダマスカス鋼を製造する可能性を調査した。 [50]得られたサンプルは、引張強度1300MPa、伸び10%と、古代のダマスカス鋼よりも優れた機械的特性を示した。
銃の製造において
20世紀初頭以前は、すべての散弾銃の銃身は、鉄と鋼の細い帯を加熱し、心棒の周りに成形することで鍛造されていました。[51] [52]このプロセスは「ラミネート」または「ダマスカス」と呼ばれていました。[51] [52]これらのタイプの銃身は脆弱であるという評判があり、現代の無煙火薬や中程度の威力の爆薬と一緒に使用することは決して意図されていませんでした。[52]ダマスカス鋼に似ているため、ベルギーと英国の銃器メーカーによって高級銃身が製造されました。[51] [52]これらの銃身には証明マークが付いており、軽い圧力負荷で使用することを目的としています。[51]現在の銃器メーカーは、コルトM1911ピストルのスライドアセンブリとトリガーやセーフティなどの小さな部品を粉末スウェーデン鋼で製造しており、渦巻き状のツートン効果を生み出しています。これらの部品はしばしば「ステンレスダマスカス」と呼ばれます。[53]
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ダマスカス鋼に関連するメディアがあります。
- 「金属加工におけるダマスカス技法」
- Verhoeven, JD ; Pendray, AH; Dauksch, WE (2004 年 9 月)。「ダマスカス鋼の継続研究: Alwar Armory の棒鋼」。JOM。56 ( 9 ): 17– 20。Bibcode :2004JOM....56i..17V。doi : 10.1007/s11837-004-0193-4。S2CID 137555792 。
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- ワグナー、ドナルド B. (2008)、中国の科学と文明第 5-11 巻: 鉄冶金学、ケンブリッジ大学出版局
- Loades, Mike ; Pendray, Al (2017年11月21日). The Secrets of Wootz Damascus Steel. YouTube . 2021年11月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- US 5185044、Verhoeven、JD および Pendray、AH、「ダマスカス刃の製造方法」、1993 年 2 月 9 日発行