オーステナイト         [a22]

γ鉄固溶体をオーステナイトといいます。鋼を常温から加熱すると、結晶構造が体心立方から面心立方に変わります。
この状態が「オーステナイト状態」で、鋼をこの状態に加熱してから、焼入れなどの熱処理操作をします。

焼入れ後に鋼中に残ったオーステナイト組織を「残留オーステナイト」といいます。また、オーステナイト系ステンレスは固溶化処理をすることで常温でもオーステナイトの状態になっており、比較的軟らかく、耐食性に優れます。



鉄-炭素2元系平衡状態図
ここでは、少し熱処理の専門的な内容を紹介します。
WEBから引用した平衡状態図で説明しましょう。
この図の中段左側のγ固溶体(オーステナイト)がそれで、例えば、1%Cの炭素鋼の1000℃の状態は「オーステナイト」の状態になっています。

  

つまり、鋼を加熱することで相変化します。(これを熱処理用語で「変態する」といいます)
その状態からゆっくり冷やすと、面心立方のものが加熱前の体心立方晶になって柔らかくなります。

例えば、炉の中でゆっくり冷やす操作を「焼なまし」と言います。
しかしこのオーステナイト状態から急冷(炭素鋼の場合は水冷)すると、体心正方晶の「マルテンサイト」という組織に変化して、非常に硬くなります。
この操作を「焼入れ」と言います。

通常、鉄-炭素2元系の鋼では、冷却する速度によって、それが早い順から、「マルテンサイト」「トルースタイト」「ソルバイト」「パーライト」などの組織に変化します。冷却速度が早いほど硬くなるというイメージです。

これはCCT曲線と言われるもので、冷却速度と硬さを示していますが、Psの線にかかる遅い冷却になると、硬さが急激に低下することがわかります。

マルテンサイト以外はパーライトという組織の同族ですが、冷却速度が遅くなっていくと、上の順で、硬さが低下しています。
この「パーライト」とは、フェライト(Fe)と炭化物(セメンタイト)が層状になった組織をいいます。
これは、高温でオーステナイトだったものがすべて変態してしまうと、常温になった時には、前にあったオーステナイトはほとんど無くなります。

しかし、炭素鋼ではなく、焼入れ性を高める合金元素(Mn、Niなど)などを加えた合金鋼になると、焼入れ後にマルテンサイトにならないオーステナイトが残ります。これを「残留オーステナイト」と言います。

この残留オーステナイトは結晶粒界に残る場合が多いのですが、オーステナイトは常温でも比較的柔らかい組織です。

ステンレス鋼の分類の1つである「オーステナイト系のステンレス(例えばSUS304など)」などはオーステナイト化温度から急冷する固溶化処理(溶体化処理)をすると、全部が常温でオーステナイトの状態になっています。
オーステナイトは比較的柔らかい組織であるとともに、耐食性に優れています。

【ステンは硬い???】 余談ですが、しばしば、オーステナイト系のステンレス鋼板でも、「ステンは硬い」という言葉を聞きます。
例えば、SUS304の0.1mmステンレス鋼板と、例えば軟鋼板SS400の0.1mm鋼板をハサミで切ってみるとわかるのですが、ステンレス鋼板のほうが切りにくいことがわかります。これは、主に「鋼板の硬さの違い」があるためであって、ステンレスだから硬いということではありません。

ここでは詳しく説明しませんが、特に圧延された薄い鋼板は、鋼材の組織の違いによる硬さ、圧延による加工硬化による硬さのほかに、刃物との摩擦などの条件や加工誘起マルテンサイトなどが関係します・・・・。これらを考えると、鋼の面白さがあるのですが、ここでは紙面の関係で、割愛します。

【注意】この平衡状態図では焼入れしてできるマルテンサイトや、ゆっくり冷やした時のパーライト、ソルバイト、残留オーステナイト・・・などの常温における組織の状態は、この平衡状態図では説明できません。S曲線やCCT曲線などで説明されますが、この平衡状態図は、単に、ある成分の鋼の、ある温度での「状態」を示しているだけですので注意してください。



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(来歴)H30.11 文章見直し

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