残留オーステナイト        [s05]

【用語の意味】
焼入れ後の常温において、鋼中に残留するオーステナイトのこと。
およそ400℃以上の焼戻しで分解を始め、600℃でほぼ消失します。
これが組織中にあることによっては、長短所(功罪)があり、また、色々な考え方があるようです。

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【補足説明】

焼入れした鋼の中に残っているオーステナイトは「残留オーステナイト」と呼ばれます。
残留オーステナイトが多くなると、①焼入れ時の硬さ低下 ②弾性限の低下 ③経年変化が出やすくなる ④着磁力の低下する ・・・ などの影響(多くは悪影響ですが)がでてきます。
また、経験的な事例ですが、ショアー硬さとロックウェル硬さの相関が崩れて、特に、ショアー硬さがでない(硬さ換算表の数値から外れる)・・・という現象も経験しています。

適度な残留オーステナイトはじん性を向上させ、ショックアブソーバーとなって、焼き割れや使用中の割れを防ぐという「良い影響」もあると言われていますが、当社で製作している金属せん断刃物のうち、高負荷が加わる刃物については、残留オーステナイトはできるだけ少ないほうがいいと考えています。

刃物の刃先のような微小部分に大きな力を受けるものや、変形生じるような力をうける製品では、残留オーステナイトが極力少なくなるように、焼入れ温度の管理や高温焼戻しをすることによって、生成を少なくするのことを基本としています。

これとは正反対で、摩擦摺動面などで、残留オーステナイトが残っている品物の最表面が変形を受けてマルテンサイトなどに変わることで、その部分が硬化して、 耐摩耗性が向上するという「加工誘起マルテンサイト」についての考え方もあります。

これについての一例ですが、CrやNi量の多いステンレス鋼の削り加工時に、急に削りにくくなることを経験することがあります。
これには、加工部分の組織の微細化などによるものもありますが、加工誘起マルテンサイトの生成が関係しており、着磁する状況が見られたり、耐食性が低下、破損などにつながることがあります。

この残留オーステナイトについては、未知の問題を含んでおり、非常に興味深いものと言えます。

SLDの残留オーステナイト 日立金属技術資料SKD11の残留オーステナイト量

【焼戻しでの残留オーステナイトの減少】

残留オーステナイトは、焼戻し温度が400℃以上になると分解し始め、多くの鋼種は、550℃以上でほとんどゼロ%ちかくになりますので、 高温焼戻しをする高速度鋼などの鋼種であれば、それを懸念することは少ないと言っていいでしょう。

そのほか、サブゼロ処理によっても減少します。 しかし、液体窒素温度までのサブゼロ処理でも、完全に消失しない鋼種も多いので、 サブゼロ処理での消失を過信しないように注意する必要があります。

当社での特殊な例として、航空機部品などで残留オーステナイトを嫌う熱処理品では、サブゼロと高温焼戻しを繰り返して、 それをほとんどゼロにしているなどの例がありますが、厳密にいうと、完全になくすのは難しく、熱処理費用は非常に高価になります。

ナイフや工具に多用されるSKD11に代表される冷間工具鋼では、 通常の焼入れをして、200℃前後の低温焼戻しをすると20%以上という、かなりの量の残留オーステナイトが残っていますが、その状態のシャルピー衝撃値などが高いことから、硬さとじん性を兼ね備えた、この熱処理条件で熱処理されている場合がほとんどです。

打ち抜き用の刃物などでは、 それが問題になるほど、高負荷の状態ではないと考えてあまり神経質にならなくていいのですが、ゲージや超精密部品には残留オーステナイトは好ましくありません。

ナイフや工具に使われる合金量の多い高合金工具鋼では、 Mf点(焼入れによってマルテンサイト変態が完了する温度)が常温付近やそれ以下のものがあるということも残留オーステナイトが多くなる原因の一つです。

さらに、実際の熱処理作業では、割れ(焼割れ)の危険を避けるために、完全に品物が冷えないうちに焼戻しに移行する場合も多いという操業上の理由も加わって、焼入れした後には、かなりの量の変態しないオーステナイト組織が残ってしまいます。

焼入れした後の残留オーステナイト量は、鋼種(成分)によって異なります。
上図は日立金属の代表鋼種であるSLD(SKD11相当)の例ですが、この鋼種の標準焼入れ温度は1000-1050℃となっていますが、焼入れ温度が高いとそれが増加しているので、絶対に、指定の焼入れ温度範囲を超えてはいけないのが鉄則になります。

また、焼入れ時の冷却速度が遅い場合は、それが増加するというデータもあります。
興味ある方は日立金属のSLDの関連資料を確認いただいたらいいのですが、熱処理操作における焼割れ防止対策などで、残留オーステナイトの状態は大きく変化しますので、単純には説明しにくいこともたくさんあり、この残留オーステナイト問題は難しい問題です。


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