品物を加熱して、焼入れ温度に到達してから、その温度で保持する時間を 「焼入れ保持時間（または単に保持時間）」と言います。
この保持時間については、近年は、「構造用鋼や低合金鋼では、保持時間は必要がない」といわれています。
これは、別に取り上げますが、実際に品物を加熱する際には、図のように、品物の表面温度は簡単に測定できますが、内部や奥まった部分などの温度は把握しにくいし、また、加熱設備や品物が大きくなると、加熱炉の温度分布の影響も加わります。
さらに、目的の加熱温度に近づくと温度勾配が小さくなって、目的温度に到達しにくくなるので、作業的には、一定の保持時間をおくようにするのが無難です。
温度不足の部分は品質不良につながるので、一般鋼材の焼入れの保持時間については、古くからのアメリカ的な基準に沿って「焼入れでは鋼材1インチ当たり30分、（焼戻しでは1インチ当たり1時間）」という考え方が採用されてきました。
私が勤めていた熱処理工場でも、炉内の温度分布や、品物が大きい場合の時間差を考慮して、ある程度の保持時間をとったほうが無難だという考え方から、保持時間をとる基準が生きており、鋼材のサイズや装入量に応じて保持時間を決めて、それを標準化しています。
現実的作業では、「保持時間をとる必要がない」と言い切るのは少し無謀な感じを持っています。
保持時間はいらない … という考え方について
しかし近年は、構造用鋼などの低合金鋼などでは保持時間が不要だという考え方で講習会などでは説明されています。
しかし、合金成分の多いダイス鋼などの場合では、合金成分が鋼中に溶け込むためには、ある程度の時間が必要だ … という意見も根強いようです。
これらについて、私自身で、ソルトバスを用いて実験して確認したところ、工具鋼を含むすべての鋼で、特に焼入れ保持時間を設ける必要はないという結果で、小さな試料で加熱温度が目的温度に達してから、すぐに焼入れしても、また、15分～60分程度の保持時間をとっても、組織や硬さの差はありませんでした。
つまり、この私の実験では、小さな品物の中心に熱電対を入れ、予熱なしで昇温させて、焼入れ温度範囲内になったらすぐに焼入れした場合と、焼入れ温度に一定時間おいて焼入れした場合の硬さと組織の違いを確認したのですが、この実験のように、ごく小さい品物で、さらにきっちりと温度が把握できれば、保持時間をとらなくても特に問題はないことを確認しています。
しかし、実際の現場的な熱処理の加熱では、実験のように単純ではありません。
加熱速度による変態温度のズレや過熱（変態点を超えても変態しない状態）、設備の温度精度、炭化物（厳密には共析炭化物）がオーステナイト中に溶け込むのに必要な時間などの不安定要素を考慮すると、やはり、保持時間はゼロではなく、若干の余裕を持った時間が安心だ … と考えています。
実際の操業中には、品物の温度ではなくて、雰囲気温度を測定している場合がほとんどですから、保持時間を取らないというのではなく、従来どおり、一定の保持時間を決めて熱処理を行っていて問題がないのなら、あえて、保持時間をなしにする … というのは考えものだと思っています。
もちろん、保持時間が非常に長くなりすぎると、結晶粒が大きくなって、じん性が低下するなどの問題が出る可能性がありますので、これは問題です。
もちろん、焼入れの加熱では、必要以上の保持時間をとるのは害あって益なしです。
ただ、これについても、保持時間の実験をしてみると、時間の影響は温度の影響に比べて小さいので、1～3時間程度の加熱保持時間では、組織や硬さも変わらないので、時間の長短については、そんなに気にすることもありません。
ただし、高速度工具鋼については、合金成分量が多く、1100℃以上の高い焼入れ温度で焼入れする特殊な焼入れ方法なので、長い保持時間を取って結晶粒が粗大化するのを避ける必要があります。
絶対に、ハイスの保持時間は長くならないように気をつける必要があります。
（これについては、いろいろな説明が必要なので、ここでは詳しくは触れません）
焼戻しについては、別に説明するので、ここでは触れません。
焼入れ時の冷却
焼入れ温度に加熱して赤熱した品物を冷やすときに、扇風機に当てて冷やすよりも油で冷やすほうが、また、それよりも、水中に入れるほうが、さらに、冷却中に強く振るほうが早く冷えます。
そして、熱処理では、焼入温度から500-400℃程度までの冷却能力の大小がポイントになります。
これは、あとのページの変態曲線でも説明します。
そしてさらに、実際の熱処理では、焼割れや変形を少なくするために、常温まで冷却液の中で冷やすことは普通はしない … という作業の仕方をします。
このことは、熱処理理論としては矛盾点があるのですが、品物第一なので当然に行われている方法ですが、一般の書籍ではほとんど触れられていないものの、不具合を避けるためには重要なことです。
また、焼入れ時の冷却速度は焼入れ品質に大きく影響します。
品物が大きい場合などで、500℃程度までの焼入れ冷却が極端に遅いと、正常な焼入れ状態にならないで、ソルバイトなどの組織が析出するなどで、硬さ低下やじん性の低下が起こる場合もあります。
品物が大きくなると仕方がないのですが、プロテリアル（旧：日立金属）（株）さんでは、焼入れ温度と常温の中間温度までの冷却時間を「半冷時間」と表現して、その条件で得られる硬さなどをグラフ化して、大きな品物の硬さを推定できる方法を提供しています。（→こちらを参考に）
冷却状態を数値化するのは難しい
通常行われる作業での冷却の速さは、空気＜圧縮ガス＜ソルト＜焼入れ用油＜水 のようになります。
これを数値的にとらえるのは難しいのですが、私は、パソコンで冷却をシミュレートする場合には、「熱伝達係数（例えば、cal/min.mm2.℃など）」を使って条件を決めるのですが、私の場合は、水冷0.04、油冷0.008、空冷0.00007という数字を使っています。
数字上でいえば、空冷に対して油冷は114倍、水冷は570倍という冷えやすさで、水冷は油冷の50倍も冷やしやすいという数字になっています。
この数字でも、うまくイメージできませんね。
さらに、実際の作業での冷却は、水冷（または水焼入れ）、油冷（油焼入れ）、空冷（空気焼入れ）、ガス冷（雰囲気冷却：普通は窒素ガスによる場合が多い）などの方法をつかって冷却速度を変えるのはもちろん、ガスの量、攪拌程度、途中で引き上げる、途中から別の液体に入れる … などで冷やし方を変えて作業します。
どういう方法が最適なのかを説明するのは難しいのですが、冷却が遅くなると十分な硬さが出ないので、変形や割れなどを勘案しながら、作業標準を作って作業を標準化して行くことが行われます。
このように、冷却速度を調整する方法には、冷却媒体を変えることや、撹拌したり流速を変えたり、冷やす時間を変えたり、ソルトバスや ホットオイルなど、冷却剤の温度を変えるなどで品物が冷える速度（冷却速度）や変態終止温度を変えたり調節したりします。
現在では、工具鋼の焼入れの主流になっている「真空熱処理」でも、速い冷却を求められるので、窒素ガスを圧縮して大量に品物に吹き付けることで、（これを加圧冷却といいます）、油冷に近い冷却能力のある設備も増えていますし、油冷装置を備えるなどの設備も増えています。
冷却は速くするのが望ましいけれど
上の図で見ると、小さな品物で、なおかつ、単純な形状であれば、
油冷→ソルト冷却→衝風空冷 の順で早く冷えるということが確認できます。
しかし、一般の品物になると、冷却中は隅角部や表面から温度が下がりますので、冷え方が不均一になります。
それが、曲りや焼割れ、硬さの差異の原因になります。
それを避けるために、冷却過程の温度を調節するのですが、完全に冷却するまでに途中で液体から引き上げたり（これを「時間焼入れ」といいます）、 気体の風量を調節するなどが行われます。
さらに、その冷却方法で時間やタイミングを調節して、「曲がり」や「割れ」対策をする場合もあります。
その他、焼入れ冷却の方法として、金型ではさみ、その熱伝導を利用して冷却する方法もあります。「プレス焼入れ」「金型焼入れ」などと呼ばれて、 曲り取りを併用する焼入れとしても利用されます。
最近の「ホットスタンプ」とよばれる、自動車用鋼板などのの成形技術も、このような金型冷却を利用しています。
熱処理のコンピュータシミュレーション
先程少し触れた、熱処理をパソコンなどでのシミュレーションですが、現時点でも、万能と言えるまできていない感じがします。
まだまだ高価なソフトウェアを使うことや、与える条件自体がよくわからないことなどもあって、難しい点が多いように思います。
私自身も、現役のときには使っていたのですが、単純形状の加熱冷却状況の場合でも、熱電対などを用いて実験したものと、なかなか、うまく結果が合ってくれません。
もちろん、結果が合うように、パラメータ値を変えたりするのですが、そうなると、何のためにコンピュータを使っているのか、本末転倒になってしまいます。
いろいろな結果に影響する要素を考えなければならないし、何よりも、「変態」については難しい問題です。
パラメータのとり方で数値が大きく変動しますし、何よりも、それらを考えるのに、結構時間を要するので、私の場合は、このHPでもいくつか紹介していますが、補助的な利用の域を出ませんでした。
冷却シミュレーションを考える場合は、品物の持つ温度を、冷媒である空気や水などが奪い去ることで品物の温度を低下していくのを計算してくれるのですが、熱の移動は、伝導と対流が主に関係するうえに、鋼材の特性で、温度域によって熱伝達係数、比熱、熱伝導率などが変わります。
さらに、冷媒の温度、攪拌速度（流量）や、一般的には鋼であれば、組織変化する時の発熱、品物や冷却材の量なども影響します。
これらを、シミュレーションソフトを使って検討することも、次第に可能になってきていますが、鋼の成分などの違いや加熱冷却工程全般をシミュレーションできて、簡単に扱えるようになるのは、時間がかかりそうに感じています。
熱処理品質向上のためには、冷却過程の研究は一つのポイントといえるでしょうが、商業的には扱いにくく、私のイメージでは、熱処理テストをするほうが手っ取り早いので、もっぱら「焼いてみる」というほうが確実な感じがしています。
しかし、このHPでも、私が作った、いくつかの図も、真偽の程はよくわかりませんが、使い方によっては単純に視覚化できるので、結構便利なものです。
