第一鋼業~熱処理はどのようにすればいいですか?

からだで感じる「熱処理温度」

現在のデジタル世代の若い人たちには、からだの五感を使って温度がわかる・・・と言っても馴染みがないかも知れません。

しかし例えば、捨てられたタバコの温度がかなり高い温度であることや、切削加工された時に出てくる切り粉が青くなっているような場合は油が燃えるくらい高い温度になっていること、熱そうな品物に水をかけたときにジュッと蒸発するのはその品物で大まかな温度を把握しているのは確かでしょう。

意識せずに「からだで温度を感じている」といえます。

ここでは、「見て」「触って」・・・など人間の感覚で温度を判定する方法を紹介します。

ここに紹介する図表は、日立金属(株)のカタログに掲載されたものを紹介させていただいていますが、同社の主要鋼である「SLD」 のカタログに掲載されていたものです。(型録番号 HY-B6-c )

この写真はすでに1960-70年頃にはカタログに掲載されていて、2000年頃まで残っていた記憶があります。

その日立金属のカタログも更新されて、今後もこれらが再掲されることはないと思いますので、今後もできる限り紹介して伝えていくつもりです。



加熱色と加熱温度

火色と温度

炉の温度は、1975年(昭和50年)頃の「自動温度制御の炉」と呼ばれるものでも熱電対や計器類を含んだ温度精度は2%程度であれば最上の部類でした。

1000℃の2%は20℃ですが、この程度の焼入れ温度誤差は、当時では全く気にすることはなかったのですが、当時は熱処理の「匠」がいて、彼らは焼入れの火色を見て10℃程度以内の温度精度で判定していました。

「計器より自分の目が正しい」と豪語する熱処理の「匠」は、駆け出しの「ど素人」の私などが温度計を持って温度を計測する以上に温度感覚はすごいもので、その正確さは舌を巻く状態であったことは確かです。

1980年頃までの熱処理技能士1級の実技試験では、温度の違う3種類のソルトバスが用意されて、そこから適切な温度のソルトバスを選んで炭素工具鋼を実際に加熱~水焼入れして、表面硬さを規定値以上に焼入れする試験内容があリました。

ソルト加熱は気体雰囲気と違って、ソルトの被膜が急冷を妨げるので、その焼入れのコツを先輩が後輩に教えているという情景もあったほど、当時は「目で温度を見る能力や熱処理操作の基本」が実技試験で試されていました。

今では、炉の構造や作業方法も変わって、炉の温度を目で見て確かめる必要性も無くなったので、そのような実技内容はなくなったのですが、感覚で温度を知ることは、現在の熱処理でも生きています。


860℃のソルト液面1030℃のソルト液面

この2つは、ソルトバスの液面の写真ですが、熱電対で測定した温度は、左側は、860℃、右側は、1030℃です。

これは、熱電対で測定する内部温度ですので、ここに見える表面温度は、少し低いはずですが、上図に示した「温度と色の関係」は、当らずとも遠からず・・・という感じがつかめるでしょう。

現在、火色(炉の内部)が外から見える加熱設備は少なくなりました。

当社では、ソルトバスを含めて、温度測定には熱電対など熱電温度計を使っていますが、これらを定期的な検査や取り替えをして管理していても、まれに、急激に劣化して温度が大幅に狂う場合があります。

このソルトバスでも、20℃ぐらいの誤差が生じると、作業者は火色を見て、感覚的に異常を感知することができます。
温度計をみるだけではなく、液面と温度の状態を脳裏に叩き込んでいると、いろいろなところで役に立ちます。

この「色と温度の関係」は周囲の明るさによって変わりますので、直射日光の当たらない室内で温度計と比べて色を認知するという経験が必要になるのですが、温度精度をとやかく言うものではなければ、うまく利用いただくといいでしょう。


「焼戻し色」と焼戻し温度判定

焼戻し色の例

この写真は、機械加工した金属光沢面を大気中で短時間加熱したときに着色する色で、「焼戻し色」、「テンパーカラー」と呼ばれるものです。

焼戻し時の加熱だけでなく、機械加工中のキリコが着色する現象や、刃物などの刃付けでグラインダーで成形する時に、少しきつく砥石を当てると、温度が上がって色が変わる経験がある方もおられると思います。

この着色は、熱のよって鋼の極表面が酸化してできる膜によるものです。

この温度と色の状況は、鋼種によっても、また、仕上げ面の状態によっても微妙に異なリますので、図に表示された色と実際の温度は異なるかもしれませんが、目安の感覚として、加工中のキリコにしばしばみられるような「青みがかった色」であれば、部分的であっても300℃前後のかなり高温になっているということがわかります。

私自身の経験で言えば、この印刷された色の感じは若干全体が赤みがかっていて、「青さ」が少ないように感じていますが、厳密なものではなくていいので、この写真の色を自分なりにイメージしておくといろいろなシーンで役に立つでしょう。

200℃付近で黄土色、300℃付近で青色、・・・という感じでいいでしょう。
キリコが青色になっていれば、 衣服などに触れると燃え出すほどに高温になっていますので、うっかりと触ると大変ですね。

その着色は、表面の薄い酸化膜のようなものですので、時間が経過すると高温側の色へ移行してしまいます。

(例えば、試験片を入れて周囲温度を推定する場合などでは、試験片を長い時間放置せずに、すぐに温度を判定するようにします)

現在では、いろいろな安価な温度計(表面温度計や輻射温度計など) がありますので、このような色変化を利用して温度を知ることは少なくなっていきますが、覚えておいて損になることはないでしょう。




鋼の温度判定と感覚の表現

温度判定の一例

この内容も、多分、多くの人は感覚的に身についているかもしれません。
あらためて見ていくと、再認識できるところもあるでしょう。

この一覧より低い温度についても、皆さんは五感を駆使して温度を感じていますね。
熱い品物を素手でさわる時、ベタッと品物を触る人はいないと思います。

品物に遠くから手を近づけると熱くなっている品物かどうかは感じますし、手を近づける感じでその品物の大まかな温度を推定して、もしさわれそうなら、「ちょこっと」一瞬手を触れて、それから手の感触と頭の中の温度感覚をあわせながら、品物表面の温度を推定しますね。

そして、品物の温度が50℃程度までなら体温と比べながら温度を推定しますし、50℃を超えると、じっとさわっているのは無理になってきます。

そしてそれ以上の温度では、ここに書いている水(実際には、唾?)をかけてその蒸発具合をみようとする・・・などは、多くの方はやっておられるでしょう。

そのあたりを日立金属さんのカタログでは、上表のように表現されています。


現在はどうなのでしょう

近年の炉などの加熱設備は自動化されていて、火色や冷却過程が見える熱処理炉がほとんど無くなっており、炉中の温度や冷却中の品物の温度を直接に測るということは無くなっています。

しかし、大型の品物で自動化した雰囲気炉に入らないような大きな品物は、未だに大きな大気炉(大気雰囲気で加熱する炉)をもちいて加熱して、炉から取り出した冷却中の品物は冷え加減を見ながら熱処理していますので、すべてが自動化されて温度管理をしているというものでもありません。

特に大きな品物は、均一に冷やすことや冷えすぎないようにすることは非常に重要で、これを誤ると焼入れ硬さや割れなどに影響しますので、常に五感を働かせて品物を見守ってやることは大切なことです。

冷却過程の温度を的確に判定し、それによって、油冷する時間や焼戻し炉に入れるタイミングを計って最良の焼入れ状態にコントロールするのですが、このためには、300℃以下になった時の品物の温度は特に「現場の熱処理」では重要です。

昭和年代末期頃までは、「熱処理の匠」が、品物に手をかざして品物との距離の感覚で品物の温度を感じたり、唾液や水を品物にかけて、表面温度を判定していいました。まさにこの一覧表にあることをやっていました。

当時でも熱電対タイプの表面温度計がありましたが、高価でしたので、「温度チョーク」や「温度ペレット」という、一定温度で書いた字が消えたり、錠剤が溶けるように作られた温度測定用の小道具などがありましたので、それらを使って焼戻しのタイミングを見たり、品物各部の温度差を見ることで表面温度を確認することもありましたが、何よりも、体の感覚のほうが手っ取り早いという状態だったのでしょう。

今日では、安価で高性能な熱電対式の表面温度計や非接触で温度を測る輻射温度計が使われるようになって、非常に簡単に表面温度が測定できるようになっていますが、現在でも、自分の感覚で温度を感じて作業している人がいるのは確かです。

熱処理以外でも、モーターの発熱異常がないかどうかを、50℃、60℃という使用限度は手で触って感じることことは、機械メンテナンス上では重要なことです。

お風呂の温度もまず手で測るのですから、その感覚に温度計などの道具を加えて少し訓練することで、温度はかなり正確にわかるようになるのですから、人間の能力を使わない手はありません。

このような知識(図表)が多く示されておれば重宝することが間違いないと思うのですが、このような図表は消えていく運命にあるのは残念なことです。


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