超サブゼロについて教えてください

【質問】

超サブゼロとは何ですか?わかりやすく教えてください。



【回答】

熱処理操作の一つとして、0℃以下に品物の温度を下げる処理を「深冷処理」や「サブゼロ処理」と呼ばれています。

その中で、-100℃以下にする処理は「超サブゼロ処理」「クライオ処理」などと区別されています。

サブゼロ処理は、焼入れ直後(焼戻し前)の工程中に行うことで残留オーステナイト(焼入れ硬化しないで残っている組織)を焼入れ組織に変化させて硬化する目的で行うことがおおく、 これによって、硬さの上昇、経年変化の減少などに効果があります。

鉄鋼の熱処理での一般的なサブゼロ処理は、液化炭酸ガス(またはドライアイス)を用いて-70℃程度に冷やす処理が行われていますが、 液体窒素を用いて-180℃程度の温度に冷却する処理が アメリカ合衆国などで古くからおこなわれており、「サーモオーバンド」などの商標名で、現在でも、特殊熱処理として行われているものもあります。

それによると、熱処理済みの製品に対して、注意深くプログラムしたパターンで処理をそれを行うと、硬さは変化しないで工具寿命が格段に伸びる・・・という効果を謳っており、 特許技術となっているものもありましたので、このために、通常のサブゼロとは区別されて「超サブゼロ処理」と呼ばれるのかもしれません。

この処理は、大量の液化窒素ガスを使い、長時間をかけて行われるために、処理費用は高額になります。

超サブゼロ装置の例 (当社のクライオ槽の例)

このように、超サブゼロをすることによって、何らかの組織等の変化が生じると考えられたことから、平成年代の初期には国内でもいろいろな研究が行われたようです。

しかし、効果的な処理方法や成果についての評価はよくわかっていないようです。


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超サブゼロは『残留オーステナイトの変化は関係がないために、焼戻し後に行っても問題がない』とされています。

しかし、当社の比較例では、SKD11系の材料で焼入れ直後に-180℃に処理したものと、-75℃の通常サブゼロをしたものに対して、硬さ上昇は両方とも起こりますし、180℃に焼戻しした後にも、クライオ処理では若干の硬さ上昇はあります。

焼戻しをすると残留オーステナイトが安定化するとされていますが、極低温に冷やすと、若干は変態するようです。

しかし、SKD11などでは、いくら低温にしても残留オーステナイトがなくならないので、何かそのほかの変化が起きていると考えられて、現在でも、いろいろな熱処理が試されている状態と言っていいかもしれません。

寿命については当社の過去の例では、何とも言えない状態です。

当社では、500℃以上の高温焼戻しをしたものについても、超サブゼロ処理をすると、何か違った効果が得られると考えて、超サブゼロ処理を継続的に行っています。

現在はその効果が確かめられていませんが、他社の例も含めて、時間がたてば、何かわかってくるのかもしれません。

近年は、クライオジェニックスとよばれる、アルゴンを使った様々な超低温の研究が行われています。しかし、液体窒素を使う以上に高価ですし、現状では、熱処理分野で利用できるような低温処理による成果はあまり聞こえてこないようです。

当社では、昭和末期からサーモオーボンド処理品と通常サブゼロ品の性能比較調査をしたり、液化炭酸ガス温度と液化窒素でサブゼロをした品物の寿命や性状を比較調査したのですが、その時は、はっきりとした有意性はつかめませんでした。(寿命は伸びるのですが、硬さによる長寿命化以外の要因が特定できませんでした)

また、超サブゼロ処理を行うと、音響製品や音響機器に音質が良くなる変化がある・・・といううわさなどもあって、その実験をしました。

しかし、これについても、このような五感的な評価は当社の得意ではありませんでしたので、それ以降は行っていません。

現在も当社のクライオ装置を使って超サブゼロ処理を継続していますが、亡くなられた熱処理の大家の大和久先生はしばしば、その優位性を声高に主張されていて、いろいろ教示いただいたのですが、当社でも「何かがある・・・」と考えて試行錯誤ながら、時間があれば何かをやっている状況です。


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