残留オーステナイトの安定化        [s06]

残留オーステナイトとは、焼入れをするために高温に加熱してオーステナイト組織にしたときのオーステナイト組織が、焼入れ後もそのまま常温で残っているものをいいます。

焼入れしたままの状態では、SKD11などの高合金工具鋼では、残留オーステナイトは20%以上、SKS3でも5%程度残っているのが通例です。

それは、不安定なもので、特に温度が加わると、オーステナイトからその他の組織に変化しやすいので、製品になった後に変寸や変形、割れの原因などになる可能性が高いために、それを、充分な焼戻しをするなどによって、他の組織に変化しないようにすることを「安定化させる」といいます。


多くの焼入れして硬化する鋼種では、焼入れで生じた残留オーステナイトは、400℃程度以上の焼戻し処理で分解し始めて、560℃程度以上で消失します。

このために、残留オーステナイトを完全に消失させるには、560℃以上の高温に焼戻しするのが確実な方法とされますが、このような高い温度で焼戻しすると、ほとんどの鋼は硬さ低下が生じるために、残留オーステナイトの問題はいろいろな問題を含んでいます。

この残留オーステナイトの硬さは、マルテンサイトなどの焼入れして硬化した組織に比べて、非常に柔らかいために、その部分がショックアブソーバーの役目をして、衝撃値が増加するという見方がある反面、外力や温度によって組織変化しやすいので、もしも、品物が製品となって使用中に組織変化すると、寸法変化が生じて変形したり、割れの原因になると考えるために、できるだけ少ないほうがいいとする考え方があります。

このために、焼入れ後の鋼の残留オーステナイトを少なくするためには、焼入れ温度を高くしないことや、焼入れ直後に液化炭酸ガスなどで-75℃に冷やすサブゼロ処理をするという方法でその生成を少なくする対策などが有効です。

ただし、このサブゼロ処理の温度や残留オーステナイトが少なくなる割合などは、鋼種や焼入れの条件により異なります。

焼入れによって生じた残留オーステナイトは、常温以下に温度を下げれば、変態してマルテンサイトなどに変化するというものでもなく、液体窒素などで-180度程度に冷却しても、変化しない場合もありますし、時効変化(時間を経て変化すること)や強加工によってマルテンサイトやその他の組織に変化する場合もあります。 

焼入れして残留オーステナイトが組織中に残った状態の鋼を、180℃程度の焼戻しをしたのちに-75℃のサブゼロ処理をしてもほとんど硬さが上昇しないということが起こります。

これは、サブゼロ処理による効果が見られないことになるのですが、ある意味では、オーステナイトがその他の組織に変化しにくい状態になっているということで、これを「残留オーステナイトが安定化した」と説明されます。


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