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初析の炭化物(しょせきのたんかぶつ) [s18]

溶けた状態の鋼を冷却して凝固させる際に、オーステナイト中に析出する炭化物のことをいいます。

これを「1次炭化物」ともいい、炭化物として析出する場合は、共晶化合物として析出するので、「共晶炭化物」と称されることもあります。

高炭素高合金工具鋼では、耐摩耗性向上に寄与しますが、大きさや量によって、衝撃じん性値は低下します。

SLDの焼入れ焼戻し組織SKD11(日立金属のSLDカタログより)

例えばSKD11(C1.5%、Cr12.0%、Mo1.0%他)では、写真の下方の白い組織がそれで、製鋼時の1550℃程度の高温では、ほとんどすべての元素が溶湯の状態で解けていますが、溶湯を鋳込むと、融点の高い成分のものから順番に凝固して炭化物になります。

ここではまず、合金元素の炭化物が析出した後に、その他の成分が溶け込んだオーステナイトとなって凝固しますが、この状態は高温状態であっても固体状態の混合物といえますので、この状態を「固溶体」といいます。

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溶湯の状態または鋼のオーステナイト状態になったときに、すでに生成している炭化物は、1050℃程度の焼入れ温度ではオーステナイト中に溶け込みません。

これが「初析の炭化物(共晶炭化物ともいう)」といわれるものです。

すなわち、「鋼塊」がその後の製造過程で「鋼材」になって、機械加工後に熱処理(焼入れ焼戻し)するときに、素地(マトリックス)に溶け込まない炭化物と溶け込む炭化物があり、溶け込まない炭化物が初析の炭化物です。

初析の炭化物は、共析炭化物(鋼の場合は、オーステナイトに溶け込んでいて、高温焼戻し時に析出する炭化物)に比べて大きい場合が多く、硬さ自体も高いものが多いので、その量の多少は耐摩耗性を左右させます。

一般的にそれが多ければ耐摩耗性は高くなりますが、残念ながら「じん性」を低下させる要素の一つです。

初析の炭化物の種類、形状、量などをコントロールするのが製鋼技術にかかっており、それが鋼材の性質(耐摩耗性、じん性)を決めるといっていいかもしれません。

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