鉄鋼の熱処理と加工

熱処理の冷却剤は、鋼を焼入れによって硬化するときに使われる液体で、水、ポリマー水溶液、油、塩浴剤などがあります。

清浄度は鋼に含まれる非金属介在物の度合いをいい、鋼の品位を表す指標です。しかし近年は製鋼技術向上によって非金属介在物は急激に減少して、鋼材の品質は非常に向上しています。

鉄鋼を鋳込んだ際の凝固過程で、最初に析出する炭化物を初析の炭化物、一次炭化物、共晶炭化物など呼ばれます。これは工具鋼の耐摩耗性を高める効果がありますが、逆に、大きな炭化物はじん性を低下させます。

焼入れしたままのマルテンサイトは、180℃程度の焼戻しによって焼戻しマルテンサイトに変化します。その詳細はよくわからないところもありますが、この焼戻しによって、多くの鋼はじん性が高くなるので、焼戻しすることは非常に大切です。

熱処理による変形の原因は、自重や外力の他に、熱膨張率と変態による変寸があり、品物が高温でやわらかいですし、焼入れ操作中の温度や変態による変化の制御は簡単ではありません。

TTT曲線、S曲線は、オーステナイト状態からある温度に冷却した時の恒温変態の様子を表した時間－温度の関係を示した変態図ですが、熱処理説明では、焼入れ時の時間経過と出現する組織などの説明のために使われます。

温度と硬さの関係が数式で表され、それを焼戻しパラメータといいます。それを図にしたものが鋼種のカタログにいくつか見受けられます。たとえば、焼戻し硬さは、温度と時間の関数で表されるというものです。その例を紹介しています。

熱処理をするときに生じる変形が生じる原因は、3つの要因に分けられます。熱膨張、熱収縮によるものと組織変化に伴う体積変化のである変寸と自重やセット方法で受ける力が複合した結果生じます。

温度を加えて、時間変態を促進させる処理を時効処理といいます。析出硬化型のステンレス鋼やマルエージング鋼は、これによって、硬さが上昇します。