連続冷却変態曲線
  (れんぞくれいきゃくへんたいきょくせん)[r10]

CCT曲線とも言います。

縦軸に温度、横軸に時間をとり、焼入れ温度から等速冷却したときの温度推移と常温硬さを示した図です。

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共析鋼に近い鋼のCCT曲線

この図は、共析鋼(SK85のような鋼種)の焼入れ時の冷却速度を変えて冷却したときの組織変化と常温硬さを示した図です。

このCCTは、Continuous-Cooling-Trancformationの頭文字をとっています。

この図を作るためには、小さな試験片を焼入れ温度(ここでは860℃)に加熱後、冷却速度を制御装置を利用して、等速に冷却をして常温まで冷却した後の硬さなどを示しています。

例えば、300℃/sec以上の速さで冷却するとすべてがマルテンサイトになることがわかります。

540℃/secで冷却すれば、916HV(ロックウェル換算で67HRC)以上の硬さになり、200℃/secまではマルテンサイトとパーライト(ツルースタイトやソルバイトといわれる微細なパーライト組織)の混合組織になる・・・ということが読み取れますし、それからさらに冷却が遅くなるとやわらかい「焼なまし組織」になる・・・ということがわかります。

実際の熱処理で1cm角程度の小さな試験片を用いて水焼入れした場合には、硬さが880HVを超えることが難しいのですが、この装置は、そう言う条件を作っているので、逆に言うと、実際の熱処理作業の条件と異なる冷却方法といえます。

熱処理の研究が盛んだった1960年代は、これを用いて実際の熱処理の推定をすることもありましたが、現在ではあまり見ることも、使うこともほとんどなくなりました。

変な言い方ですが、現状の熱処理では、このCCT曲線は実用性に乏しく、熱処理の説明用に使用される程度の利用価値しかなさそうに思います。

ある大きさの品物を焼入れした場合に、いくらの硬さになるのかを知ることは重要なのですが、焼入れ性の低い鋼種や品物が大きくなれば、各部の冷却速度が大きく異なり、また、連続冷却することは難しいとともに、水や油の冷却材ではそれをするのが難しい・・・などもあって、この図を利用しにくいといえます。

もし、ある品物の焼入れ硬さを推定するなどには、適用は難しく、いろいろ考えるよりも、「試験的に焼入れしてみる」ということのほうが確実で手っ取り早いので、このような図を使って机上で検討するということはなくなりました。
(しかし、熱処理の勉強をするための基本図表であることには変わりはありません)

CCT曲線は、恒温変態曲線(S曲線)などとともに使用して、小さな品物や比較的焼入れ性の悪い鋼種の焼入れ状態を推定には役に立ちます。

しかし、近年は非常に焼入れ性に優れた鋼種が増えており、大きな形状の品物を扱うことが多いために、これらには使いにくく実用性もないと言えます。

このこともあって、例えば、日立金属(株)では、(焼入れ性の良い鋼種が多いのですが)大きいサイズの品物(丸棒)の硬さ推定や、中心硬さの推定ができる「半冷曲線」というものを作成して公表しています。

また、最近では、パソコンソフトなどを用いて、比較的簡単に、加熱冷却シミュレーションができるようになってきていますので、それを利用して焼入れ状態を検討することもできるようになってきています。

しかし、当社でも、PCを用いてシミュレーションをすることがありますが、硬さの推定や冷却過程のシミュレーション結果と、熱電対を用いた冷却過程の実測とはかなり異なってきます。

計算に使用する要素(因子)が多くなると、とんでもない結果が出ることもあり、それらについて実際の熱処理内容を理解して補正するなど、使い方を工夫しないといけません。

しかし、大型の品物の冷却状態を推定することなどの、簡単に実験できないことを検討できる便利さがあるので、今後は利用も広がっていくかもしれません。


このように、実用性に乏しいCCT曲線ですが、熱処理講義にはしばしば取り上げられます。しかし、「熱処理現場ではどのように使ったらいいのか?」という実用的な内容は説明されません。

当社の実情では、 焼入れ性の低い鋼種を取り扱う割合が減っていますので、「パーライトノーズにかからないようにするためには、 その温度まで何秒で冷やせばよいか・・・」などという使い方はほとんどやらなかったようです。

これを使って、構造用鋼の焼入れで焼入れ後の硬さが出なかった時などに、 その冷却過程を考察するような場合に用いる程度しかしていなかったようです。

小さいテストピースのような熱処理は教科書で説明されているのですが、実際の熱処理は、品物の大きく、さらに、いろいろな制約や条件が加わりますので、教科書にかいてあるように一律にはできないし、行われていないことも多いのです。

例えば、実際の品物になると、焼入れ時の割れや変形を避けるために、油温(通常は60℃程度)や室温まで冷やすことはありませんし、冷却速度を途中でコントロールしますし、水や油などによる冷却速度も等速ではないので、それらをこのような曲線と同様に説明できません。

これらの図は、熱処理を学ぶ場合には避けて通れないのですが、熱処理勉強用の特殊なグラフと考えて学ぶ程度でいいような気がします。


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