ソルトバス熱処理とは

ソルトバス熱処理とは、食塩や塩化バリウムなどの塩(えん)数種類を中性になるように混合して、熱処理温度に合うように融点を調節した「塩浴剤」を使用します。それをポット(熱処理槽)にいれて加熱溶融し、そこへ品物を入れて加熱する熱処理法です。

品物1つずつを、ソルトの膜で覆われた状態で空気に触れないようにして加熱しますので、「無酸化熱処理」に分類されている、古くからおこなわれる高級な熱処理方法です。

ソルトバスによる作業風景(ソルトバスでの作業風景)

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当社の設備は、比較的小さなものです。近年、「鉄鋼の焼入れ焼戻し」などの熱処理の多くは、 真空炉や雰囲気炉といった設備が主流で、 これらは大型化する傾向に加えて、熱処理方法が標準化・パターン化される傾向にあるなかで、

(1)品物1つずつを個別に熱処理ができること 
(2)温度設定を簡単に変えるなどの小回りが利く 
(3)鉄鋼の組織を調節する 恒温変態を 利用した特殊な熱処理ができる・・・などでソルトバスが見直されています。

古くからある設備ですが、小ロット品でも個別の熱処理ができる、特徴のある熱処理設備として注目されています。

ここでは、初めてソルトバス熱処理に触れる方にも詳しくわかりやすいように、 作業方法などを紹介させていただきます。

第一鋼業 高温ソルトバス 第一鋼業 中温ソルトバス
(ソルトバスの設備例)

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鉄鋼の焼入れ・焼戻し

鉄鋼の熱処理で最もポピュラーなものは「焼入れ・焼戻し」で、その主な目的は、鋼を「硬く・強くする」ことです。

通常の鋼では、「焼入れ」することによって硬さが上昇して「強く」なります。しかし、焼入れしたままの状態では、衝撃などに 対して極端に「弱く」なっていますので、 引き続いておこなう「焼戻し」によって、ねばく、強い状態にして、希望する「硬さ」(強さ)になるように調整する一連の作業が「焼入れ・焼戻し」です。

焼入れ焼戻しの熱処理工程を見てみましょう。
高速度鋼の熱処理手順

この図は高速度工具鋼の焼入れ・焼戻し工程の例です。
図の左から右に時間経過と温度のイメージが示されています。


品物は「乾燥」→2段階の「予熱」 (予熱①・予熱②)→「本熱」(指定された「焼入れ温度」に加熱)→「焼入れ」( 500-550℃程度の温度に保った後に常温まで大気中で冷却) という「焼入れ工程」と、(下側の図の)硬さを調節する、「焼戻し」(この図では2回)で、熱処理が完了します。

この例では、乾燥、予熱、本熱、冷却、焼戻しをするために、5つ以上の温度を変えたソルトバスを使用しています。


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全体の作業手順

焼入れ・焼戻しの熱処理作業のほかに、作業の準備や検査等が行われます。それらの一連の工程は次のような順序で行われています。


一連の作業は、すべて、手作業で行います。品物は、かごなどに入れるか、針金などで吊るして熱処理をします。

ソルトバス熱処理の工程図


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実際の作業例

焼入れ焼戻しの熱処理工程の例

熱処理工程 治具にセットかごにセットして→
熱処理工程 加熱 乾燥後に予熱します。
熱処理工程 焼き入れ加熱 焼入れ温度に加熱して
熱処理工程 取り出し 取り出して・・・・。→
熱処理工程 焼入れ冷却 焼入れ(冷却)します。→
熱処理工程 焼き戻し 引き続き焼戻しをして → 

最終は、洗浄して、防錆油を塗布して完了です。


ソルト熱処理肌の例

一連の熱処理工程はすべてソルトバスを使用して熱処理します。

製品の仕上がり肌は、写真のように、金属光沢が消えて、ねずみ色に仕上がりますが、 表面が着色している程度で、ペーパーなどで軽く磨いていただくと金属光沢になります。

出荷前には湯洗や水洗をしてソルトを除去していますが、完全に除去できないで微量のソルトが残っている場合があり、高温高湿な環境では、放置すると「さび」が発生しやすくなっています。

できるだけ時間を置かずに、ペーパー掛けや後加工をしていただくことでさびの問題は回避できますが、特に錆を嫌うものや、 研磨加工などの後加工しないものについては、ソルトバス熱処理が適さないものもありますので、事前にご相談ください。 使用しているソルト剤は中性で体に触れても無害なものを使用しています。

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ソルトバス熱処理の特徴

ソルトバス熱処理は熱処理方法の一つで、他の熱処理と同様に、長所・短所があります。

1)ソルトバス熱処理は、無酸化焼入れに分類されています


ソルトバス熱処理では、所定の温度のソルトバス(塩浴槽)に品物を浸漬して、加熱や冷却操作をしますので、熱処理中に、 空気に直接に触れないことで 表面の性状が変化しにくい高級熱処理の一つです。

2)比較的早い加熱冷却速度


空気などの気体に比べて、ソルト比重が3程度以上と大きく、比熱も大きいために、 焼入れ時の冷却速度が大きいという特徴があります。
冷却速度が遅くなると、「硬さ」や「じん性」が低下しやすい鋼種もあるので、冷却が速いことはこれらの鋼種には適していますが、逆に、 浮力や対流の影響、急激な温度変化は変形の原因になる場合があります。

3)熱浴焼入れ


ソルト焼入れは、ソルトバス中に浸漬して焼入れを行います。水冷や油冷に比べると、温度を高くしたソルトバスに焼入れするために、これを 「熱浴焼入れ」と言います。

これは、恒温変態を利用する、ソルトバスの大きな特徴で、マルクエンチやマルテンパーなどの特殊な熱処理を行うことができます。
しかし、低合金鋼などの焼入れ性の低い鋼種では、高温のソルトを使用するために、油焼入れに比べて焼入れ硬さが低下する場合があります。

4)短所もあります

熱処理中に、小さな穴にソルトが詰まることと、通常の洗浄では、表面に微量のソルトが残って「さびやすい」点があります。

加熱中に、小さな穴にソルトが入り込んで穴が詰まる場合や、製品の凹部や隅部にソルトが残ってしまう場合があります。特に、3mm程度以下の穴や、ネジ部がある場合は注意しなければなりません。

熱処理後に、水洗、湯洗、防錆油塗布・・・などの処理をして出荷していますが、それでも、穴などにソルトが残る場合があります。 目に見えない微量のソルトが残っていることもあって、時間がたつと「さび」が発生することがありますので、これらが製品になった時に問題になる場合は、ソルト熱処理は不向きです。

5)なによりも、小回りが利く


当社のソルトバス設備は比較的小さなものですので、品物を1個ずつ処理したり、焼入れ温度などの熱処理処理条件を簡単に変えることができます。 特に、高速度工具鋼(ハイス)は、焼入れ温度を変えることで、それの持つ特徴を生かすことができることは大きな利点です。

また、熱処理試験などでは、温度などの条件をいろいろ変えることも比較的簡単なために、安価に熱処理試験ができます。

【ご注意】

ソルトバスによる焼入れは古くからおこなわれており、「ソルト焼き入れは変形が少ない」とか「ソルト焼入れの品質は優れている」 ・・・などとPRされることもあったようですが、これは、厳密にいうと正しい表現ではありません。

変形は形状などが最も影響します。それに、加熱冷却中の熱膨張収縮や温度の不均一さがなどが加わる「温度的な要素」が変形につながりますし、 さらに、熱処理によって結晶状態が変化し、体積変化が起きる「変態」によるものが複合して変形が発生します。

これは、ソルトよりも冷却速度の速い「油焼入れ」などに比べて変形が小さくなる要素はありますが、上記の複合によって変形しますので、 単純な形状を除いて、通常の成形品では、どのような変形の状態になるのかは予測できない状況です。

熱処理品質についても同様です。
近年、工具などの熱処理の主流になっている真空焼入れでは、窒素ガスで強制冷却するタイプが多いのですが、 冷却速度がそれより早いソルトバスは、品物が大きい場合や高速度工具鋼などでは、品質が良い場合が多くあります。しかし、鋼種の特性や形状が異なると、必ずしも早い冷却が必要でない場合などもありますので、必ずしもソルト焼入れが優れているとは言い切れません。
初回品を熱処理する場合などは、品質の優劣などは、事前にお問合せいただくのがいいでしょう。

◎ソルトバスを利用した特殊な熱処理(恒温熱処理)

やや専門的ですが、紹介します。(こちらにも説明記事があります)

鋼は、焼入れ温度からの温度の降下中にマルテンサイトと呼ばれる組織が出現して「硬く」なります。その硬化を始める温度(Ms点)は鋼種(成分) によって異なっていますが、たとえば、200℃前後で硬化し始める鋼があるとすると、ソルトバスの温度を少し上の温度にしておいて、そこに浸漬して冷却すると、 品物全体の温度を一定にした状態から、均一な焼入れができることになります。これが「マルクエンチ」と言われる「恒温処理の一つ」です。

このように、焼入れの冷却過程で、常温までの中間温度で その冷却過程をコントールすれば、マルテンサイト量をコントロールしたり、 ほかの組織(たとえばベイナイトなど)を出現させることなどが可能です。それらによって、油冷や水冷などとは異なる金属組織を得ることができますし、もちろん、機械的性質も特徴あるものになる可能性があります。

マルクエンチ、マルテンパー、オーステンパーなどと呼ばれる恒温熱処理法は、熱処理中の変態をうまく利用することで、 熱処理変形を軽減したり、組織の調整をしたり、「焼き割れ」を防ぐ・・・・などに応用できる可能性があります。
・・・ このように、ソルトバス熱処理には、今までにない品物の品質特性を引き出すことができる可能性が秘められています。


冷却能の比較例
危険性は?

ソルト剤は塩(えん)の混合物で、大量に飲み込んだりしない限り、無害とされています。ソルトバスの前身には、金属の鉛を溶融した「鉛浴(えんよく)」が 用いられていましたが、鉛の蒸気は人体に有毒ですので、今日では、ほとんど使用されません。また、同様の効果を狙った、流動層炉と言われる、アルミナ粉などを高温の流気で加熱して対流させている中に品物を入れる熱処理設備などもあります。これは、鉄鋼の熱処理では、あまり普及していません。


恒温熱処理や部分熱処理はソルトバスが使用されますが、現在では、特殊な処理以外は、真空炉などの無酸化炉による熱処理が主流です。

ソルトバスのソルトの成分を変えることで、浸炭や軟窒化処理、CVDと呼ばれる表面処理なども行われています。(当社では行っていません)

恒温処理については、ソルト以外に、高温の油を用いる恒温処理などもありますが、広い加熱温度範囲(160~1300℃)に対応できるのは、ソルトバスの特徴の一つでしょう。

このように、ソルトバスは他の熱処理設備とは違った点があって、新しい熱処理ができる可能性を秘めていますが、当社の設備でいうと、 小規模で生産性も低く、手作業であるので、将来的には、消えゆく運命にさらされているのは否めません。


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熱処理設備の紹介

当社ソルトバス工場の設備一覧です。 
※は、通常の焼入れ焼戻し処理では使用していません。


用途 作業寸法 常用温度
焼入れ加熱用中温ソルトバス φ450×550 700~1000℃
焼戻し、焼入れ冷却用ソルトバス 500×600×深さ550 150~300℃
高温加熱用ソルトバス 200×350×深さ300 1000~1250℃
焼戻し用ソルトバス φ450×深さ500 540~650℃(注)
※焼戻し用電気炉 200×200×奥行300 150~600℃
※サブゼロ装置 600×600×深さ500 常温~-75℃
※クライオ装置 300×300×深さ400 常温~-180℃

 (注)常用温度は540~650℃ですが、180~680℃の焼戻しが可能です。
全工程に対応できる品物は、長さ250mm・単重1kg程度のものが適寸ですが、熱処理の内容・種類で変わる場合がありますので、事前にお問い合わせください。

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お問合せ・ご注文について

  

現在は、WEBから直接ご注文いただけません。まず、こちらの会社HPのメールフォームに聞きたい内容を記入いただいてメールをお送りください。
折り返し、営業担当者からご連絡させていただきます。

(申しわけありませんが、現在、日本国内(日本語)のみの対応とさせていただいております。また、売り込み、企業・物品等の案内などにはお答えしておりませんのでご了承ください)


★今までにカスタムナイフの熱処理などで当社をご利用いただいた方へ
従来の入力フォームはございません。こちらの問い合わせフォームをご利用いただき、熱処理依頼の内容などをご記入ください。
当社の営業担当者からご連絡させていただき、手順や金額などは個別にご案内させていただいています。


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