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焼戻しとは
【キーワード】焼戻しマルテンサイト・2 次硬化
焼入れ直後の鋼は、マルテンサイトと残留オーステナイト、炭化物などで構成されている状態です。このとき、マルテンサイトは炭素が過飽和の 状態で、オーステナイトは分解しようとしている不安定な状態ですので、加熱されると安定な状態になろうとします。 その加熱操作を「焼戻し」と言い、一般 には４つの過程に分けて説明されます。
【第一過程】 ２００℃までの加熱で焼入れ状態のマルテンサイトが「焼戻しマルテンサイト」に変わります。 両者は、焼戻しマルテンサイトになると腐食されやすいことで識別される以外はわかりにくいのですが、加熱によって低炭素のマルテンサイトに変化するととも に、炭化物に分解しており、このために焼入れ時の内部応力が緩和されます。 これを利用して、変形を治具を用いて矯正する操作ができます。
【第二 過程】 200-300℃で、残留オーステナイトが分解して（ＳＫＤ11など鋼種によってはこの温度では分解しないものもありますが・・・）マルテンサイ トに変化します。 もちろん、一気にこの温度で焼戻しすると、先の第一過程が同時に進行することになりますので、変形の矯正をするには１回目の焼戻しを逸 するとそのあとの矯正は難しくなり、その時にはかなり硬さを犠牲にして１回目の焼戻し温度より高い温度で行わないと矯正できません。
また、焼戻し の冷却の際に生じたマルテンサイトは焼入れで生じたものと同じで、再度焼戻しする必要があります。（「３００℃以下の温度での焼戻しは１回でよい」と主張 される人もおられるようですが、やらないほうが良い理由は考えにくく、確実に２回の焼戻しをすることが必要と考えています）
【第三 過程】 焼戻しマルテンサイトが２５０℃以上でフェライト（α鉄）とセメンタイトの混合組織に変化し、次第に軟らかくなっていきます。 （ここでの組織は 温度とともに変化していきます。フェライト/セメンタイト混合組織の層間距離が粗くなり、次第に球状化する変化が見られますが、専門的ですので内容は割愛 します。）
この段階では「低温焼戻し脆性（ぜいせい）」と呼ばれる現象があります。 多くの鋼種では３００℃付近で焼戻ししたものの耐衝撃性が急 激に低下します。（試験結果で低下しない鋼種もありますが・・・） そのほかに磨いた鋼を空気中で250℃程度に加熱したときにもろくなる鋼種もありま す。 この温度に磨いた鋼を短時間に加熱しますと、青い色に着色しますので、「青熱（せいねつ）脆性」とも呼ばれます。（じん性の低下はこの温度では現れ ないでもっと高い温度で現れるようです)
これらの脆性への対処については、じん性の要素があまり必要なく、硬さを重視する場合はこれを無視して焼 戻しされる場合もあるようですが、一般的にはこの温度帯（300-400℃付近)での焼戻しは避けるのが無難です。
それ以上の温度で焼戻ししたも のを再度脆性温度帯で焼戻ししても脆化して衝撃値が低くなることはないようです。脆化の原因は残留オーステナイトの分解による生成物によるとされ、ベーナ イト化の影響が強いとされます。
工具鋼におけるこれらのじん性低下についてはあまり論じられておらず、むしろ、じん性や機械的性質の変化（焼戻し 温度との関係を示すグラフなど)をみて、そのような「温度-硬さ域」を避けることで対処するようにするとよいでしょう。
【第四過程】 Ｃｒ・Ｗ・ Ｍｏ・Ｖなどの炭化物を形成する元素を多く含む合金鋼では、500℃以上の温度で安定な炭化物の析出と成長が見られます。これを2次硬化と言います。
Ｃｒ 炭化物は形が大きく、分散しない傾向が強いために2次硬化にはあまり関与しませんが、それ以外の炭化物は微細に析出して結晶にひずみを与えて硬化します。
焼 戻し時間の例はこちらを参照
工具鋼の焼戻し
【キーワード】機械的性質・
ナイフなど工具に使用する合金工具鋼は、目的とする使用時の機 械的性質（変形しない、割れない、摩耗しない・・・など）を決めるために材料を選定した上で熱処理をします。
材料メーカーでは比較的試験が簡単な 「硬さ」を指標として、いろいろな機械的性質との関係を調べて公表しています。
「硬い＝強い」「やわらかい＝ねばい」ということは感覚的には 分かっているのですが、これら試験の結果から、焼戻し温度、硬さを基準にして材料の持つ機械的性質を数値的にとらえることができます。 言い換えれば、こ れが材料設計、熱処理設計をする基本の数値になります。
「硬いから少し軟らかくする」「これは摩耗しにくい」などという感覚も大切ですが、これら のデータはしっかりした裏付けをもとに考えることができる貴重な資料です。 これをもとに「最高品質」を決定できるのです。（これについては別項の「材料選定の考え方」などで説明してい ます）
また、別紙にわ かりやすくまとめられた日立金属のカタログの数値をもとに、各表の見方や考え方を説明していますので、一読ください。（別紙はこちら）
【コ ラム】 新熱処理理論？または何かのご都合？
この場を借りて、世にまかり通っている「不思議」についてお話します。
上記に説 明しましたように、焼戻し温度に対応してマルテンサイトやオーステナイトが変化していきますが、焼戻し温度や焼戻し回数によって硬さが変化していくのはわ かりますね。
硬さは簡単に測定することができることもあって、熱処理品質を示す指標として、また、熱処理の成否の判定、品質保証の代用、商取引の 基準として利用されています。
しかし、この硬さにこだわるあまりに、熱処理を依頼する側も受ける側も間違った考え方をしていることにしばしば遭遇 します。以下が世にまかり通っている「不思議」なのですが、皆さんはこの①～⑧について、正しいと思いますか？ ・・・・・・
①「硬さが規定以内 になっていればいい」し、価格が安いなら「焼戻しは1回」でいい・・・
②変形や焼き割れを防止するためには、あえて冷却速度を遅くして冷却を制御 する。
③金属の脆性（ここでは詳しく解説しませんが、焼戻し脆性や低温脆性など）についてはお客様の要求がなければ考慮する必要はない。
④ 硬さが1番重要で、指定範囲になっていればよい。・・・
・・・・ などなど、熱処理の考え方を無視している例が多々あることに驚かされますし、 言葉は違いますが、これをまことしやかに話される人や技術者がいることも知っています。 困ったことですが、それを、お客様の指示で行っている例もありま す。
さてそれでは、これらについてはどうでしょうか？
⑤一般には、硬さを下げることで「じん性」が増加すると考えられていますが、果たし てそうでしょうか？
⑥硬さ換算表で換算した硬さは正しいのでしょうか？
⑦抜き取り検査より全数検査が正しい硬さを示しているでしょう か？
⑧規格値を0.5ＨＲＣ外れると使い物にならない（または、0.5ＨＲＣの違いなど何もない）のでしょうか・・・・・・？？？
もっ とも、こんなことまで考えて熱処理を依頼することはないと思いますし、ほとんどそのために問題が表面化することはまれですが、「硬さと特性値を理解して熱 処理依頼されていますか？」「熱処理屋さんがやってくれるのだから、間違いないと思っていませんか？」
工具や品物に命を吹き込む「熱処理」です。 見えないからこそ熱処理理論や熱処理技術が大切です。 ・・・・・・ このように考えてこの文章を書いていますし、当社では先輩からそれを受け継いでい ます。 これをお読みいただいておられる方は、正しい熱処理知識で最高の最高品質を得る方法にくわえて、トラブルが起こった時の問題解決のための知識とし てこれを考えるための糸口を見つけていただけることを期待しています。 閑話休題、脱線はこれくらいに…。
【コラム：野中豊】
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