PR

固溶化|溶体化

鋼の温度を上げて、その組織中に析出している炭化物などの構成物を、固溶体(組成の中)に溶け込ませることを「固溶化(または溶体化)」といいます。

通常の熱処理では、焼入れ焼戻しで析出した炭化物などを、もう一度、高い温度まで温度を上げて、組織内に溶け込ますことが「固溶化(溶体化)」です。

… ですが、熱処理では、このような説明の用語で使うことが少なく、ほとんどは、ステンレスの熱処理用語としての「溶体化処理(固溶化処理)」のほうがよく使います

ステンレス鋼の溶体化処理

オーステナイト系ステンレスや析出硬化型ステンレスでは、高い加熱温度(溶体化温度)から急冷して、常温でもオーステナイト組織の状態の鋼にする熱処理を固溶化処理(溶体化処理)といいます。

溶体化処理の熱処理パターンのイメージ

この処理方法は焼入れと同じような操作です。

これによってオーステナイト系ステンレスなどは常温でも普通の鋼のように高温域でのオーステナイトと同じ状態になるため、耐食性があり、常磁性で、硬さも柔らかい状態になります。

これは、固溶化処理(または溶体化処理)という熱処理です。

また、析出硬化型のステンレス鋼は、溶体化処理の後の時効処理(H処理)で硬化させる処理をします。

常温の鋼の温度を高めてA1変態点以上の温度(750℃~950℃程度以上)に保持すると、常温で体心立方晶であった結晶構造が面心立方格子のオーステナイトに変化します。

このときに、炭化物を構成する元素などが組織中に拡散して溶け込んだ状態が「固溶化している状態」です。

この状態から、通常の高炭素の鋼では、急冷するとマルテンサイトなどの組織に変化して硬化します。

そして、炭化物成分などは素地(マトリックス)中に溶け込んだおり、温度を上げていくとそれが炭化物となって析出します。

これに対して、低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼では、急冷しても常温でオーステナイトの状態のままの状態です。

炭素量が少ないのでマルテンサイトになって硬化することもなく、オーステナイトの特徴である耐食性などに優れた鋼になります。

もしも、オーステナイト系ステンレスの急冷する際の冷却速度が遅いと、結晶粒界に耐食性や耐熱性を阻害する組織が析出します。

このために、水冷するなどで「急冷」することが重要です。

不完全な冷却では耐食性などに劣る、好ましくない組織が生じるのですが、これを ステンレス鋼の鋭敏化 といいいます。

鋭敏化すると、結晶粒界からの耐食性劣化が生じやすくなります。

これを防止するには、溶体化処理をやり直さなければなりません。