第一鋼業株式会社~熱処理用語

空冷 (くうれい)      [k35]

加熱後に空気中で放冷することをさします。

扇風機(ファン)を用いて冷却速度を早めたり、早く冷却する場合も多く、これは、「ファン空冷」や「衝風(しょうふう)空冷」などと言われることもあります。

焼入れの場合は「空気焼入れ」と呼ばれます。非常に焼入れ性の良い鋼の場合は、急冷による変形を少なくするために、この遅い冷却をしますが、焼入れ性の良い鋼は、これによっても充分に硬化します。

「焼ならし(焼準)」も空冷による冷却をします。

この場合は、鋼の表面と内部の組織を均一化させるために、あえて急速な冷却をしない・・・というための操作ですが、硬さを調整する必要があれば、風速を変えるなどの冷却操作をします。


しかし、これらの非常に焼入れ性の良い鋼でも、焼入れの冷却が遅くなって、充分な硬さが出ない場合は油冷する場合もしばしばでてきます。その場合は、「空冷」を指定される鋼であっても、油冷や場合によってはその他の急速な冷却をする場合はしばしばあります。

さらに、指定の冷却方法によって、硬さが十分に出ている場合でも、じん性の低下等が顕著になる場合もありますので、「空気焼入れ鋼は空冷する」・・・というように画一的に考えないで、、臨機応変に熱処理しないといけません。

DC11の衝撃特性例DC11の引張特性例

(大同特殊鋼DC11のカタログから引用)

  

工具鋼では、焼戻し時の冷却は空冷します。

しかし、構造用鋼などでは、焼戻し脆性域をすばやく冷却するために、水冷や油冷を奨励している場合が多いようです。この違いは何なのでしょうか?

この理由については、詳しく解説されたものを読んだことはありませんが、いろいろな見方考え方があるようです。

例えば、焼入れ性を高める合金元素が多いので、その必要性がないというような記事を読んだ記憶がありますし、当社でも、急冷をすることによる比較実験をやったことがありますが、きっちりと差異はわかりませんでしたので、なんとも言えません。

どうも、性能的には変わらないような感じですが、(それらの文献に出逢えば紹介しますが)、むしろ、変形や割れなどの懸念があるので、急冷しないほうが良い・・・というのが、その理由のように思っています。

つまり、工具鋼の焼入れの仕方と残留オーステナイトの問題が関係していると考えています。

工具鋼の場合の焼入れでは、焼入れ後に常温まで完全に冷却すれば、非常に割れや変形のリスクが高くなる・・・など、実際の焼入れ工程では、(小さな試験片の焼入れとは違って) 熱処理中の変形や割れ、硬さや組織調整などを考えた冷却作業が行われており、教科書どおりの焼入れ作業はほとんど行われていないと言えます。

そのために、高合金鋼などでは、1回目の焼戻しの冷却時にも残留オーステナイトが変態することなどもあって、それらの変化が割れや変形を生じさせる可能性が高いことから、焼戻し後の急冷は避けたほうがいい・・・ということになっているという理由は当然に考えられます。

2回目以降の焼戻しはどうか・・・となると、急冷するということは、熱収縮時に余計な応力を生じさせるので、できるだけ「偏応力」を生じさせたくないという理由から、必然的に急冷は避けられることになっているのでしょう。

このように、熱処理の全てが理論的に確立された考え方で行われているというものでないので、「工具鋼の焼戻しは空冷」というのは、経験的に不具合を避けるために行われているもの・・・だと思っています。

もっとも、先の機械構造用鋼における焼戻し脆性域を回避するための「急冷」についても、大きな品物を急冷して、変形や割れのトラブルを起こさないように、急冷しないで空冷をする場合が多いです。

近年の鋼材品質は、それらの焼戻し脆性が検討されていた頃のものとは比較にならないほど高品位になっていますので、現実問題として、昔の考え方をすべての構造用鋼に当てはめていいのかどうかもわからない気がします。

このような問題は随所にあります。 熱処理理論は昭和50年代以前までに確立されたものが多く、継続的に研究されてこなかった上に、今、それを研究する技術者も少なくなって、JIS規格等すらも、本質に迫る改定がなされていない現状ですので、今後も、ケースバイケースで熱処理が行われていくものは少なくないと言えるでしょう。

もっとも、それがいいかどうかではなく、標準化された作業を行うことで品質のばらつきを抑えるという現在の考え方であり、何が最高の熱処理かを考えながら行なう熱処理は、今後ますます少なくなっていくのでしょう。

(この見方考え方についても、問題がないか注視をしていかないといけない内容であることに変わりはありません)



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