このページでは、「焼入れ」について説明しますが、重要な項目ですので、おさらいで、最初にその他のいくつかの項目を確認してから本題に進みます。
サイドメニューで項目をさがしてお読みいただくのもいいでしょう。

はじめに

紛らわしい熱処理用語について

熱処理用語には、「焼入れ」のほかに、よく似た言葉が出てきます。
焼き戻し」「焼なまし」「焼ならし」・・・などです。その他の用語もありますが、下の4つが混同しやすい用語ですので、イメージしておいてください。

1)焼入れ : 鋼を硬くする操作。(加工記号はHQ:クエンチ)
2)焼戻し : 焼入れした後で、硬さを下げたり、強靭性を増す操作。
         (同 HT:テンパー)
3)焼なまし :鋼をやわらかくしたり、応力を除去する操作。
         (同 HA:アニーリング)
4)焼ならし : 組織や硬さを均一にする操作。
         (同 HNR:ノーマライジング)

これらの熱処理操作をすることによって、鋼の硬さだけではなく、組織、機械的性質、化学的性質、その他が変わります。それらを総称して「熱処理する」といいます。

ここでは、鋼を硬くする「焼入れ」を取り上げますが、それに引き続いてセットで行なう「焼戻し」についてもでてきます。

熱処理コラム
業界の熱処理用語

「焼入れ」は、英語ではハードニングHardening ・ クエンチハードニングQuench-hardening などと称されますので、熱処理業界の人は、焼入れすると言わないで「クエンチ」や「クエンチング」などと言う人もいます。

また、JISの加工記号で、焼なまし=HA ・焼ならし=HNR ・焼入焼戻し=HQ-HT  と表記されますので、それをそのまま「エッチエー」「エッチキュー」などの言い方は、お客さんを含めた関係者の間では、何の違和感もなく使われます。

また、JISの加工記号の熱処理の分類は「H」が最初にきますので、古くから焼入れすることを「エッチする」、焼入れ・焼戻し(または調質のこと)を「マルエッチ」などといいます。
マルエッチとはHをまるで囲んで焼入れすることを表現していたことによりますので、焼なましは「マルエー」、焼ならしは「マルエヌ(または「ノルマ」)」などで呼称されています。

当社の熱処理現場では、焼入れしたままの状態の品物を「アズキュウ(AS-Q)」、調質した品物を「マルエッチ品」といった会話が交わされていますが、年々、これらを聞く機会は少なくなっている感じがします。

真面目くさった顔で、 「マルエッチする」「エッチする」と言っているのは、初めて聞く人には、不穏な感じがすると思うのですが、当事者は「知らぬ顔」なのが面白いですね。

丸棒鋼のJISに「熱間圧延丸棒鋼」というのがあります。
これに関する業界用語で、メーカーで丸棒鋼に圧延されたものを 「アズロール材(As-roll)」、メーカーが出荷するまでに、ある程度の強度に熱処理(調質)されたものを 「メーカーマルエッチ材」、 焼きならし済みのものを「メーカーマルエヌ品」などと呼ばれることもあり、これらも同じような業界用語です。


焼入れ

焼入れ操作

熱処理パターン

この図は、熱処理の工程を表したもので、熱処理線図と言われるものです。

この図は、左から右に時間経過しており、品物を加熱炉(炉)に入れて、段階的に目的温度(焼入れ温度)まで温度を上げて、そして、急冷します。
この作業で、鋼は非常に硬くなります。これが焼入れ操作です。

この急冷(冷却方法1)は、鋼種によって異なり、水冷、油冷、空冷などの方法で冷却します。また、この図のように、通常は、焼入れに続いて、時間をおかないで、引き続いて焼戻しをします。
この詳細は、後ほど説明します。


焼入れ

鋼を変態点以上の温度に保持した後に「急冷」する操作を「焼入れ」と言います。
変態点以上に加熱して、焼入れすることで十分硬化させることができる温度を「焼入れ温度」といい、その操作を「オーステナイト化する」というように表現する場合があります。

一般的には、焼入れは「硬くする」ために行うもので、加熱温度と冷却速度が重要になります。

「急冷」は、硬くするための冷やし方をいいます。
水に入れる「水冷」を「水焼入れ」、油に入れる「油冷」を「油焼入れ」といいますが、鋼種によっては空気中に放冷する(「空冷」)ことで焼入れ硬化する鋼種もあり、これも含めて「急冷」と表現しています。

急冷の反対は「徐冷」と表現されます。「焼なまし」では、炉の中でゆっくり冷やす「炉冷」などの方法で、鋼が硬化しないで柔らかくなるのですが、冷却速度が遅いほうが柔らかくなる傾向になります。

【適正な焼入れ温度】 これを標準焼入れ温度ともいいます。
鋼種ごとにJIS規格や鋼材のカタログなどに示されています。

その温度に加熱して、指定の冷却材(水・油など)で冷却するのが焼入れの操作です
(焼入れ操作の実際の様子は、こちらのページ中ほどの動画を参考にしてください)

硬い=強い」ということですので、焼入れをすることによって硬くて強い刃物や工具などを作ることができます。

【焼入れに似た処理】
オーステナイト系のステンレス鋼の耐食性を増すために、高温の状態から水冷する処理をしますが、これは「焼入れ」とは言わずに溶体化処理(固溶化処理・水靭など)といいます。これについては、別に説明します。


熱処理による強さと硬さ

【強さ=硬さ】 大雑把な言い方では、熱処理(焼入れ・焼戻し、焼なまし等)によって硬さ、強さ等の性質を変化させますが、硬さは引張強さなどの「強さ」と相関があります

硬さが高くなると、引張強さが増加しますので、「強さ」を上げるために熱処理(焼入れ)をして硬さを高くする・・・ということになります。

通常の品物は、正しく熱処理できているかどうかは、「硬さ」測定によって確認します。
(逆に、硬さ以外の試験・検査は、要求がなければほとんど行うことはありません)
このために、多くの硬さ換算表には、硬さと引張強さの関係が示されています。

【耐摩耗性とじん性】 一般的には、硬さが高くなると耐摩耗性が上昇しますが、逆に、衝撃値は低下します。

工具などでは、耐摩耗性を高くするには硬さをあげ、刃欠けが生じる場合には硬さを下げるという硬さ調整をすることが必要です。
これは主に、焼戻しの温度調節で行います。
もちろん、必要な硬さが出るかどうかは、鋼種の成分値によります。

【調質】 機械部品などで機械構造用炭素鋼や低合金鋼などを用いる場合には、高い硬さよりも強靭性が重要なので、機械構造用鋼は炭素量が0.5%以下で、それを焼入れして、500℃以上の、比較的高温で焼き戻しして、表面と内部の硬さの差を少なくする熱処理(=調質)が主体となっています。
この「調質」は、焼入れ・焼戻しの一種です。

【高張力鋼板】 高張力とは、「高い引張強さ」のことです。
「高張力鋼板」とは、文字通り、高い引張り強さを有する鋼板ですが、これは、「構造用」に溶接や曲げ加工などができるように、比較的低炭素で、通常の鋼板(SS400などの「普通鋼板」)以上に強度を上げている鋼板で、1000Mpクラスのものもあります。

しかし、この呼び方は、通常の普通鋼板「SS400」(引張強さは400Mp≒40kg/mm2程度)に対して高張力である・・・というだけで、このHPで説明する、焼入れをして強度を上げることができる鋼材とは根本的に異なります。

例えば、S45Cを焼入れ焼戻しすると、(小さな品物では最高で)2000Mp程度の引張強さがえられます。

この高張力鋼板は、メーカーで各種の熱処理はされていますが、再度、焼入れ焼戻しをするものではありませんし、焼入れしても高い硬さはえられません。

【強さの限界】 引張強さは、硬さとともに上昇します。しかし、およそ200kg/mm2(55HRC程度)以上になると、硬さとの相関がなくなってきて、それ以上に硬さをあげても引張強さは上昇しません。(逆に、硬さをあげると、低下してきます)
むやみに硬さを上げることだけにこだわるのは考えもので、鋼種に応じた最適な硬さがある・・・ということが言えます。

【成分系】 一般的に、工具に使われる鋼は、様々な合金元素で構成されており、工具類で「切削工具」などのように、非常に高い硬さと耐摩耗性が必要なものは、当然、炭素量が多くなっています。

反対に、熱間で用いられる工具などでは「高温強度」「耐熱性」などの性質が必要なために、炭素量が0.4以下程度に抑えたものが多いのですが、これはやはり、炭素量による影響が大きいということでしょう。

鋼は、使用する目的似合った「鋼種」を選んで熱処理して用います。

鋼には、いろいろな特性を高めるために、様々な合金元素が添加され、それが新しい成分系の鋼種として分類されていますが、残念ながら、合金量を増やせばいいというものではありません。

「絶対的に良いオールマイティーな鋼種」は簡単に見つからないので、特に長寿命を期待したい工具などでは、鋼種を決めるのは大切なことになります。

コラム

焼入れでは、機械的性質が変わる】 
SKD11の1cm角の1mの熱処理しない棒の両端を、 「はり」のように支えると、中央部がたわみますが、 それに対して、60HRCに焼入れ焼戻ししたもののたわみ量を比較すると、どうなるのでしょう。・・・と質問すると、多くの人が、「焼入れして硬化させたもの方が「たわみ」はかなり少ない」と予想します。しかし、実際にやってみると分かるのですが、たわみの大きさは、どちらも変わりません。

なぜなら、焼入れ焼戻しなどの熱処理をすると鋼は 「硬く、強く」なって、引っ張り強さや圧縮強さ(およびそれに伴って、耐力など)が増すのですが、弾性変形域で働く「ヤング率」などの物理的な性質は熱処理では大きく変えられない性質だからです。

長尺の焼入れした品物でも、エアリー点、ベッセル点などと呼ばれる、2点で品物を支えたときに、最も曲がりが少なくなる点は変わりません。

エアリー点

エアリー点:両端面が鉛直に平衡となる支持位置。(WEBの画像をコピー)

つまり、熱処理して鋼の強度が上がると、曲げても元に戻る範囲(弾性限)を大きくできますので、外力に対しては永久変形しにくくなり、 変形後に元に戻ってくれる性質が付加されるのですが、 断面積の小さな細長い品物では、自重のタワミは、鋼の持つ基本的性質(=物理的性質)なので、どうにもできません。



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焼入れ関係の項目

***1ページ***
1. はじめに
 紛らわしい熱処理用語について

  ※コラム 業界の熱処理用語
2. 焼入れ
 焼入れ操作

 焼入れ
3. 熱処理と強さと硬さ
 ※コラム 焼入れでは機械的性質が変わる

***2ページ***
4. 炭素の量で焼入れ硬さが決まる
 マルテンサイト
 残留オーステナイトについて
 ※コラム マルテンサイトの話

***3ページ***
5. 不完全焼入れ
6. エムエス(Ms)点・エムエフ(Mf)点
7. 焼入れ性
 大きさと成分で変わる表面硬さ

 焼入れ性
 ※コラム 高硬度鋼

***4ページ***
8. 焼入れ性を増す合金元素
 合金が多いほど機械的性質が優れる?
 ※コラム レアメタル・レアアース
 質量効果と臨界直径
 最大有効直径
 有芯焼入れ

***5ページ***
9. 焼入れ温度
 熱処理用試験片
 変態温度と熱処理温度
 焼入れ保持時間
10. 焼入れ時の冷却

***6ページ***
11. 機械構造用鋼の熱処理
12. 調質
 調質で知っておくべき問題点
 焼いてみないとワカラナイ?
13. 焼ならし
14. 固溶化(溶体化)熱処理

***7ページ***
15. 工具鋼などの合金鋼の焼入れ
16. 硬さと炭素量が最重要
 市販鋼種の標準熱処理温度について
 鋼種を考える場合は・・・
 焼入れ硬さが出にくい鋼種の対応
 焼入れによる寸法変化(変寸)

***8ページ***
17. 標準熱処理ではない熱処理をすると・・・
 熱処理の可能性や未知の領域
 熱処理のシミュレーション

***9ページ***
18. 熱処理を説明する図表
 恒温変態曲線(S曲線)

 連続冷却変態曲線(CCT曲線)
 恒温熱処理の図について

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熱処理ページ目次

トップページ (INDEXのページ)
鉄と鋼の状態を理解しよう
焼入れについて(9ページ)
焼戻し(2ページ)
焼なましについて
熱処理設備
硬さおよび硬さ測定
工具材料を選ぶ場合に・・・
材料の「耐摩耗性」「じん性」とその試験方法
工具鋼の技術資料の見方
からだで感じる「熱処理温度」
火花試験をやってみよう
熱処理の不具合(変形・割れ)
表面熱処理
熱処理組織
硬さ換算表の例
その他

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