真空炉を使って行う熱処理を真空熱処理といいます。
鉄鋼の熱処理で用いられる「真空炉」は、宇宙の真空のような高真空ではありません。
真空炉が使われるのは、加熱中の表面の品質を低下させにくいためです。
また、加熱前に、品物の仕上がりをよくするためと、真空ポンプの劣化を防ぐために、品物についた油分や汚れを除去する洗浄にための装置や、不活性ガスによる冷却のための装置などを含みます。
大気中の酸素が、加熱中に鋼の酸化や脱炭（鋼中の炭素が失われる不具合）を生じさせます。
これを防ぐために、炉内の空気（酸素）を除去するために減圧して、真空に近い状態で加熱し、さらに、加熱効率をよくする目的で、不活性ガスを加えた雰囲気中で加熱して焼入れする熱処理法を「真空焼入れ」といいます。
「完全真空」「オール真空」という慣用的な言い方
すべての熱処理工程（焼入れから焼戻しまで）を真空炉を使って行う場合を、慣用的に「オール真空」と呼んでいます。（業界用語のようなものです）
それではなく、例えば、熱間鍛造型などで、熱処理後に成形加工する品物では、焼入れ工程だけを真空炉の真空雰囲気で行い、焼戻しは通常の大気雰囲気で行う … という例もあります。
このような場合も真空熱処理に分類されています。
このために、焼戻しを含めて真空雰囲気で行って、光輝状態になるような熱処理の「オール真空」と焼入れだけを真空炉で行う場合などでは、熱処理費用が異なります。
真空炉は品物の表面の劣化を少なくするため
すべての熱処理工程を真空雰囲気で熱処理すると「銀白色」に仕上がります。
加熱前に製品を洗浄して、きれいな状態で加熱するので、全く熱処理前の金属色担っているのではありませんが、きれいな金属肌で仕上がります。
その分、熱処理費は高くなります。
それもあって、鉄鋼の熱処理では、焼入れ時の品物の酸化や脱炭による品質の劣化が問題になるので、コスト面や納期を考えて、焼入れだけを真空炉で行い、焼戻しは大気加熱で行う工程が取られていることも多いようです。
このような焼戻しを大気雰囲気で行う熱処理工程でも、表面の着色などはあっても、熱処理後の加工手間がかなり少なくなるメリットがあります。
つまり、真空炉のメリットは、仕上がり肌の美しさというよりも、高温での酸化や脱炭が防ぐのが第一の目的です。
熱処理費用は高額ですが、焼入れのあとに続く加工工程の削減効果は真空焼入れすることで、現在では高級鋼の熱処理の主流になっています。
1室構造で窒素ガス冷却の炉が主流
現状の設備を見ると、空冷で焼入れできる高合金鋼が多くなっていることもあって、多くの真空焼入れ炉は、1室構造で窒素ガスを用いて冷却するタイプが主流です。
このために、油焼入れが必要な鋼種には適用できないために、油冷のできる真空炉を設置する例も増えてきています。
これは1室タイプの真空炉の外観の例です。
焼入れは窒素ガスを圧縮して大量に噴射して品物を強制冷却する「加圧冷却」という方法で焼入れします。
ハイスの熱処理はソルトバスから真空炉に
近年は、精密部品の多い高速度工具鋼を使った工具なども、従来のソルトバスを使った熱処理から、真空炉を使う熱処理に移行していっています。
高速度鋼の多くは、焼入れ性はダイス鋼ほど高くないので、従来から、空冷よりも冷却が速い「ソルトバス」を用いた熱処理が行われてきました。
それが、加圧冷却することで冷却速度が向上し、さらに、ソルトバスに比べてきれいな外観で仕上がることもあって、高速度鋼の熱処理は、真空炉を用いるように変わってきています。
真空炉とソルトバスの成績評価
しかし、従来のソルトバスで熱処理したものと比べて、工具寿命が短い … と指摘されたり、また逆に、高評価もあって、製品寿命などの評価もわかれているようです。
主観的な意見も多いこともあって、工具寿命の評価自体も難しいものですが、当然、設備の特性に加えて、熱処理のやり方もソルトバスと真空炉では違うので、何らかの違いが寿命などに関係してくる可能性はあります。
例えば、ソルトバスは1品処理（一つずつ焼入れする）が主流ですが、少し大型の真空炉では、ソルトバスに比べて1回に処理できる量が多いので、混載（いくつかの鋼種や形状の違うものを同時に熱処理すること）する場合も出てきます。
そうすると、大きさの違いに加えて、鋼種の違い、炉の装入方法、加熱温度、保持時間、冷却方法などがすべての品物に対して最適にならないことが出てきます。
もちろんこれは、熱処理技術に負うところも多いのですが、費用などもあって、ある程度は避けられないことです。
このように、ソルトバスと真空炉での熱処理は熱処理方法の違うのですから、たとえ同じ硬さだ … といっても、何らかの違いが生じることは当然出てくるはずです。
意外ですが「同じ硬さ」というのも曲者です。
63±1HRC の場合に、64と62では差がないはずはないので、目標硬さなどを含めて、深堀りすることも必要です。
ともかく、もしも何らかの疑問点や問題点があれば、それを見過ごさないで、熱処理屋さんや熱処理担当者にフィードバックすることで常に改善につなげるようにすることが重要です。
