鋼材是世界上最好用,人類使用最多的金屬材料,佔了所有金屬材料約九成比例,說現代化文明幾乎就是鋼材撐起來的一點不為過。這裡不是百科全書,無法列舉所有製刀鋼材,也不是材料教課書,無法詳細解說鋼鐵結構與物理化學變化,鋼材分類更是五花八門,可以運用來製作刀子的材料不少,各有所長,無法一一列舉,在此僅就常見材料簡單列舉說明:
鐵 Iron, Fe
鐵是地球各項天然元素中,質量佔比最高的元素,也就是說,地球有很大一部分都是鐵組成的,但是鐵在自然界會氧化,也就是會生鏽,所以是以氧化鐵,也就是鐵鏽或鐵礦的型態存在,更不是從地底下挖出來就是鐵塊鐵條的狀態,也因為鐵的熔點高,相關鐵的冶鍊技術是人類演化相對後期才發展出來的。
有了鐵之後,因為硬度還足以應付一般工作,加上豐富的存量及低廉的價格,鐵成為人類製造各種工具最常用,並且相當重要的材料,人類發展到拿鐵來做刀具,幾乎是必然的結果。鐵是製刀最基本的元素,不過雖說鐵還算硬,但實際上做些特定工作時還是有些缺陷待彌補,像是硬度不足以勝任人類進化過程中的某些工作,甚至是有點偏軟;還有容易氧化腐蝕,耐磨以及強度漸漸不夠用等等,例如用鐵來製作鋼筋可以勝任,鋼筋的HRC約在15左右,用同樣的材料來製作軸承或彈簧就不夠力了,以這樣的條件用來製作刀子更會讓廚師感到力不從心。
鋼 Steel
鐵很好用,但是有些先天上的缺陷,所以發展過程中,具研究精神的好事者會想在鐵裡面加一些有的沒的,看看有沒有不一樣的效果出現,會不會更好用,所以現在常見到加在鐵裡面的元素琳瑯滿目,各有巧妙,都歸功於前人的研究精神。鋼是以鐵為底的合金,其中在鐵裡面加入碳,會讓鐵不再軟趴趴,硬度表現比較好,碳是鐵的硬化劑,是鋼的各種元素中,影響最明顯直接的一種。
鋼很適合用來製作刀子,容易取得,硬度足夠,又好塑形,基本上刀子乍看之下就是一塊鋼,磨利後再加上握把而已,不過實際上的廚刀製作牽扯更多複雜的學問在裡面,不是表面上看到的麼簡單。
各種鋼材選擇很多,分類也不少,大多以國家地區發展來做區分,或有自己的編號方式,不過近年國際化,要說哪一國製造的刀一定用該國鋼材的話,那也不見得是理想的分類方式,例如美國研發的鋼,可以在大陸生產,用來製造歐洲刀,日本製刀也會使用瑞典鋼,日本或德國生產的鋼材也可以賣到其他國家,製造或代工完成刀具,再貼上標籤送往全世界賣。一般來說,刀廠會毫不保留,甚至很驕傲的揭露刀子使用的鋼材或編號,如果刀廠不願意標示所使用鋼材的話,可能用的材料很好想保密或是材料不好想保密,那消費者選購時要思考一下,刀子所用鋼材上不上得了檯面,或許廠商不願意在選擇材料上炒作,雖然標示材料不是刀子性能的保證,也不適合做為選刀的重要依據,但至少也可以做為選刀的一些參考。
碳鋼 Carbon Steel
在鐵裡面加碳,鐵中送碳讓相對柔軟的鐵質地變堅硬,功用有點像神奇硬化劑一樣,而且只要重量比例上加入少量的碳,就可以達到相當明顯讓鐵堅硬的效果。鐵的分子結構像個立方形箱子,每個角落有個分子,核心在這個盒子正中心,這個結構有些空隙,用碳分子填入空隙,讓整體結構更紮實,材料更堅硬。

最原始的鐵,裡面沒有別的元素,這裡姑且稱之為原位鐵,或叫做肥粒鐵,這個鐵的結構像個盒子,這盒子結構容不下其他分子,必須要加熱讓這個盒子變大,空間增加,才可以放進其他原素,像是把碳趁著高溫狀態給放進去,放愈多硬度就愈高,但是冷卻的時候,這個結構又會縮小,一些超量加入的碳會被擠出來,所以之前的努力就白做工了;不過如果高溫狀態加入碳,然後把這個結構快速冷卻,裡面的碳就會困在裡面來不及跑出來,所以可以讓含碳的成分多一點,材質硬度高一點,但是這樣子做,有點像讓一個胖子忽然穿上緊身衣,整體束得很緊,也就是材料很硬,不過緊身衣外雖然剛毅堅強,緊身衣內卻是波濤洶湧,或且叫做”應力”很大,隨時找個突破點就要爆發,把壓力釋放出來,就像是我們看到質地硬脆的材料一樣,不小心就會破裂,如何讓鋼材又硬又強,必須要設法釋放、消除一些應力,以免材料隨時都會崩潰,這些特性需要利用溫度控制來達到一些想要的金屬特性,這透過熱來讓鋼材個性改變的過程,就稱做熱處理。
按照含碳量不同,碳鋼一般分為低、中、高三等,依重量比例,含碳量低於0.3%稱為低碳鋼,0.31~0.6%為中碳鋼,0.61%以上就是高碳鋼,含碳愈高就愈硬,但是也愈脆,含碳愈低,鋼的質地相對較軟,較不易被破壞,韌性,或是強度就會比較好。硬度與韌性常常是天平的兩邊,這邊好了那邊就差,那頭低了這頭就高,當更多元素加進來,就有更多天平要平衡,最後拿捏取捨,就看師匠功力跟市場反應了。

鋼材中的碳,影響鋼材個性,在含碳量大約 0.8% 左右,冷卻過程中肥粒鐵跟雪明碳鐵會一起析出共存,這就稱做共析鋼;當含碳低過0.8%稱做亞共析,冷卻過程中肥粒鐵先析出;而含碳量超過0.8%則稱做過共析,冷卻過程雪明碳鐵先析出;如果元素結晶析出很不均勻,就叫做偏析,偏析算是不太受控制的結晶,有點在家裡像做蛋糕時,麵糊攪拌不均勻,最後吃起來一口麵粉,一口糖,一口蛋,每一口都有驚喜,不過都不是原本想要的結果,所以簡稱失敗作品。

前面提到鐵在高溫時含碳可以較多,不過冷卻時就會從鐵裡面排擠出來,有點像把鹽巴溶解在水裡,溶到某個程度就無法再溶進水中,叫做飽和,但是這時候如果把水加熱,就可以溶進更多鹽巴,稱做過飽和;過飽和狀態一旦降溫,鹽巴就會再被排出來;冷卻過程中鋼材中排出來過量的碳,會以雪明碳鐵(碳化鐵)的形式不規則的分布在鐵分子之間,就像後面會提到的烏茲鋼,超量的碳化物排出時形成各種紋路,其實是頗嚴重的偏析,紋路看起來像是水波、雨滴各種紋路,就是這種情況,如果紋路剛好做成刀鋒,就可能會有不同材質出現在鋒線上,形成類似鋸齒狀態,也解釋了傳說中大馬士革鋼製成的刀子有無數微鋸齒的傳說。
高碳鋼
在不鏽鋼進入廚刀市場之前,廚刀一直由高碳鋼擔任領頭羊,在阿公阿嬤那個時代的廚房裡,用的差不多就是高碳鋼刀,因為高碳鋼堅硬,好加工,製做出來的刀子鋒利,持鋒性佳,即使鈍了也容易再磨利,所以高碳鋼幾乎就是廚房用刀的代名詞,現代化不鏽鋼刀進入廚房之前,養活大家先祖的先祖等列祖列宗的,就是高碳鋼廚刀。高碳鋼的刀子,外表來看呈現一種古典美,輕彈刀身會聽到高頻清脆響聲,但也因為會生鏽,如果長時間不使用,最好上一層油防鏽,避免銹壞刀子。
不鏽鋼 Stainless Steel,鉻

在鐵裡面加入某些元素,例如鉻,可以在鋼材接觸氧氣的時後,產生不一樣的氧化反應,鉻會在接觸氧氣的表面形成氧化鉻薄膜,保護主材料不受侵蝕,即使薄膜受損,也可以很快修復,形成不易氧化,不鏽的特性,但是鉻含量要達到一定值時,鋼才會有金鐘罩耐蝕性,因此不鏽鋼一般鉻含量至少為10.5%,鋼材中的鉻含量大於13%時,即可稱做不鏽鋼,不鏽鋼都含鉻,目前還沒見過不含鉻的不鏽鋼。金屬對酸鹼環境下不動如山的程度稱為耐蝕性,不鏽鋼的耐蝕性會隨含碳量的增加而降低,所謂不鏽性是對大氣環境下抗氧化能力,但是抗氧化與耐蝕性隨著合金成分不同與外在環境不同而有變化,例如304不鏽鋼在乾燥清潔環境中不鏽性好,但是到了海邊鹽分高的地區就很容易腐蝕陣亡。大多數不鏽鋼的含碳量均較低,所以相對於高碳鋼,不鏽鋼的硬度就比較低了,加上鉻鋼耐磨的特性,鉻鋼加工比較費力,這也是不鏽鋼問世初期難進廚房的原因之一,所以如果再有機會看到鋼材成分,就可以從鉻含量大概判斷防鏽能力與可能硬度。
不鏽鋼刀子外觀比較現代感,如果用手指輕彈刀身,聽到的是比較低沉的回應,不像高碳鋼一樣的清響。不鏽鋼刀具跟外界物質比較不會有反應,使用起來方便,需要的關注可以比較少,頗適合現代忙碌,無法全心照顧刀具者使用。
合金鋼 Alloy Steel

除了碳這個重要元素以外,鉻可以左右著不鏽鋼特性,隨著時代進步,冶金技術總要有些不同的東西問世,在鋼材料中加入不同原素,效能表現會有些差異出現,下一章節是除了碳與鉻之外,其他元素在鋼合金裡面的作用。