鋼の熱処理焼入れ6 焼入れに重要なエムエフ点、エムエス点

エムエス（Ms）点・エムエフ（Mf）点について

焼入れ中に、マルテンサイトが生じ始める温度をMs（エムエス）点、マルテンサイト変態が完了する温度をHf（エムエフ）点と言います。

焼入れにおいて生じるマルテンサイトの生成量は、温度の降下につれて進行するので、冷却中に品物の温度がMs点に達すれば、ゆっくり冷やしてもマルテンサイト変態が進行します。

これを、「マルテンサイトは時間変態ではなく、温度変態だ・・・」と説明する人もいます。

このために、一般的には、焼入れ操作について、「焼入れ冷却中に、パーライトなどが析出しないように、Ms点までを速やかに冷却して、それ以下の温度域では、品物全体を均一に冷却する」というように熱処理操作する・・・と説明されます。

冷却過程でパーライトなどの柔らかい組織が析出すると、十分な硬さが得られませんから、パーライトが出ないように早く冷却し、また、Ms点以下では、急激な温度変化は、各部の温度差から、焼割れや変形の原因になる・・・という理由から、ゆっくり冷却するのがいいために、このような表現をされるのでしょう。

Ms点は、マルテンサイトの生成にともなって、焼割れや変形が起きやすい温度が示されているということなので、特に大きな品物の焼入では、Ms点を意識する必要があります。

一般的には、鋼種の変態点は、鋼材の成分と焼入れ時の冷却速度に依存し、その生成量（マルテンサイトの割合）はMs点の温度以下の温度に依存します。

しかし残念ながら、このMs（やMf）はすべての鋼種でデータが示されているわけではありません。しかし、熱処理では大切な数字で、Msについては（成分範囲は限定的ですが）計算によって求める方法が考案されています。

Ms点を計算で求める

鉄鋼協会の書籍「鋼の熱処理」によれば、
Ms（K）＝823－350C－40Mn－35V－20Cr－17Ni－10Cu－10Mo－10W＋15Co＋30Al　
という式が示されています。

Rowland&Lyleの式では
Ms(℃)＝499－324×(C%)－32.4×(Mn％)－27×(Cr％)－16.2×(Ni％)－10.8×(Si％)－10.8×(Mo%)－10.8×(W%)　・・・

・・・　このように、その他の研究を含めると、下表の例のように、いろいろな計算式があるようです。

もちろん、これらの式を適用するには、成分範囲の制限があって、どんな鋼種でも適用できるというものではありませんし、高合金鋼になると、適用できないものも多いようです。

この表は、九州工大さんの1986年のレポートから引用しています。

試しに、数種の式をつかって現用鋼種のMs点の実測値と平均的に計算した値をくらべてみました。（しかしこれは、単に、「これらの式は、簡単に適用するのは問題がありますよ！」ということを示しているだけですので、見ておくだけにしておいてください）

（　）内は数種類の式から計算した数値で、「計算」のところに、平均（最大－最小）の数値を書いています。　－は適用範囲外であったことを示しています。　資料は少ないのですが、実例と比較すると、そんなに精度が良くない感じなのですが、鋼種ごとに実測したMs点がわかっていると、熱処理では利用価値があるのですが、残念ながら、それを実測して掲載している例はそんなに多くありませんから、その場合は、使えそうな計算式で推定できます。
Msの計算例と実測値に例
この計算結果を見ると、低合金のものは当たらずとも遠からず・・・ですが、高合金になると、その多くは条件範囲を外れてしまって、全く使えそうもないという結果でした。

ちなみに、このMs点の測定は、簡単な方法としては、冷却中の品物の温度推移を測定して、変態時の熱反応の起きる温度でそれがわかります。また、下の図のように、長さ変化で変態を捉えても推定できます。

しかし、冷却速度によって変態のしかたが異なることや、品物の大きさなどが冷却速度に影響することもあって、それを、公表できるデータにしようとすると、難しい問題があるので、各メーカーの鋼種カタログでも、あまり見ることはありません。

そのために、概算の計算値といえども、何も数字がないよりも、いいかもしれませんので、上の計算式は、結構役に立ちます。

焼入れ時の加熱冷却による寸法変化量の図

上のいろいろな計算式を見ると、一般的には、C・Mn・Crなどが多くなるとMs点が下がり、特に炭素の影響が大きいということが読み取れます。　そして、面白いことに、CoだけがMs点を上げるように働いていますね。このコバルトの多い鋼種は、3回焼戻しが必要な鋼種があるなど、気にすべき元素のようです。